单片机课设正弦交流信号有效值的测量Word文件下载.docx

1、Keywords: RMS measurement, modulus conversion circuit, single chip microcomputer control1 电路设计 为了测得正弦信号的有效值，硬件电路的设计应包括信号的输入采集电路，模拟量与数字量转换电路，单片机控制电路与数字显示电路。1.1信号采集与转换电路设计本次设计所使用的A/D转换芯片是TLC549，它是一个串行8位A/D转换器，通过三线与通用微处理器进行串行接口。因为是使用的串行接口电路，电路设计较简单，但是传输数据较慢。通过阅读TLC549的资料手册，可以知道其具有4MHz片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换

2、时间最长17微秒，本次设计要求检测的是50Hz的正弦波信号，其转换时间完全可以满足电路设计要求，因此不用担心串行电路的传输速率较慢的问题。 TLC549所允许的输入电压不超过5v，设计要求能够检测的正弦波幅值为0到15v，所以在测量超过5v的正弦波信号时，需要先将信号分压到5v以下，才能输入TLC549。电路图如下图所示，当所测信号在5v以下时，SW3开关接上，信号不需要分压直接输入芯片；当信号在5到10v之间时，SW3开关接中，信号经由电阻R3和R4分压后，将R4两端电压作为输入信号输入芯片；当信号在10到15v之间时，SW3开关接下，信号经由R5、R6和R7分压后，将R7两端的电压作为输入

3、信号输入芯片。这样的设计满足了TLC549对输入信号的要求，只需在后续设计中将结果线性放大就可以得到正确测量值。图1 信号采集与转换电路1.2 单片机控制电路设计控制电路系统采用AT89C52作为主控制器，单片机具有体积小，方便操作，应用灵活，运行稳定准确等特点，现已广泛应用于各方各面。单片机控制电路如下图所示，P1.0接收经TLC549转换后的数字信号，P1.1用于控制TLC549的工作状态，P1.2给TLC549提供时钟信号，P1.3与P1.4用于控制LCD显示屏的工作状态，P1.5与P1.6用于选择还原分压信号的放大系数，开关S1放大2倍，开关S2放大3倍，具体使用哪个开关视情况而定，P

4、0口接LCD显示器。图 2 单片机控制电路1.3显示电路设计显示电路主要由LCD显示器构成， R/W端口用于控制数据的操作是读取还是写入，因为本次设计中LCD显示器只用来显示数据，所以将R/W端接地即可。RS与E端与AT89C52相应端口相连接，E端口是启动信号端口，RS端为高电平时，功能为数据输入，低电平时为指令代码输入。D0到D7端口与AT89C51的P0口相连，单片机将要显示的数据传送到LCD显示器，因为在此处，P0口作为普通的I/O口使用，因此需要在外部加上拉电阻才可以使用。图3 显示电路1.4总体电路总体电路如下图：图4 总体电路正弦波信号经过合适的处理后，经由A/D转换芯片，将模拟

5、量转化为数字信号，交由AT89C52处理，最后将处理结果通过P0口传输到LCD显示器，至此，完成了正弦波模拟信号的采集，数字转换，软件处理以及显示的过程。2 软件设计本次设计要求是测量50Hz的正弦波信号，一个周期为20毫秒，而我们所需要的是正弦波的峰值，在20毫秒内，将采集的数据等时间间隔采样50个，然后比较这50个数据的大小，将最大的那一个数据作为该周期内的峰值，将峰值除以根号2作为该正弦信号的有效值。程序系统框图如下： 否是图5 程序系统框图程序代码如下:#includemath.h#include TLC549.hLCD1602.hsbit S1=P15;sbit S2=P16;uch

6、ar Table50,times=0;bit flag=0;void initT0（）;void main（） uchar j; uchar Max,Result; initLCD（）; initT0（）; while（1） if（flag） Max=Table0; for（j=1;jMax） Max=Tablej; if（S1=0） Max=2*Max; if（S2=0） Max=3*Max; Result= Max/sqrt（2）; writeLCD_com（0x80+11）; writeLCD_data（Result/100+48）; writeLCD_data（Result%100/1

7、0+48）; writeLCD_data（.）; writeLCD_data（Result%10+48）; V flag=0; TR0=1; void initT0（） TMOD=0x01; TH0=（65536-400）/256; TL0=65136%256; ET0=1; TR0=1; EA=1;void T0_time（） interrupt 1 Tabletimes=ADConvert（）; times+; if（times=50） TR0=0; times=0; flag=1;TLC549转换源代码如下：intrins.hsbit cs=P11;sbit clk=P12;sbit d

8、out=P10;uint ADConvert（） uchar i,temp; uint shuju; cs=1; clk=0; cs=0; _nop_（）; for（i=0;i8;i+） _nop_（）; clk=1; temp=（temp1）|dout; clk=0; shuju=5.0/255*10*temp+0.5; return（shuju）;LCD显示源代码如下：#include 0;delaytime-） for（i=124;ii-）;void writeLCD_com（uchar com） RS=0; LCD_DATA=com; delayms（5）; EN=1; EN=0;/

9、EN=1;void writeLCD_data（uchar dat） RS=1; LCD_DATA=dat;void write_string（uchar col, uchar line, uchar *table） if（col=0） writeLCD_com（0x80+line）; while（*table!=0） writeLCD_data（*table+）; else if（col=1） writeLCD_com（0xc0+line）; else return;void initLCD（） writeLCD_com（0x38）; writeLCD_com（0x0c）; writeLCD

10、_com（0x06）; writeLCD_com（0x01）; write_string（0,2,RMSV）;3 仿真结果图6 仿真结果图7 仿真结果图8 仿真结果图9 仿真结果图10 仿真结果图11 仿真结果可以看到，仿真显示结果基本符合输入信号的有效值。4 心得体会通过本次课程设计，我明白了模拟量与数字量之间的转换，模拟量的采集，单片机控制的工作原理，定时器的工作方式以及显示电路的设计与原理。在本次课程设计过程中，遇到的问题首先是芯片的使用，例如，TLC549的使用，LCD显示器的使用等。通过查找芯片资料解决了芯片使用上的问题。这些问题在课程设计之前，都不清楚，通过查资料，相关书籍，以及问

11、同学，将这些问题一一解决，为电路的设计做好了铺垫。在设计电路过程中，设计的思路很重要，例如，如何得到正弦波的峰值成为本次课程设计的关键，在获得正弦波峰值的方案上也有很多，为了简化设计，采用了本次设计的方案。在芯片的选取上也有很多方案，A/D转化芯片种类繁多，本次设计选取的TLC549在硬件电路的搭建上有很多方便之处。当然，本次课程设计存在一些不足之处，例如，TLC549的输入电压有一定范围，小于设计要求的电压，对于一个未知的电压容易超出量程，需要在设计中加入超量程报警电路。软件编程设计上仍然存在很多不足，在查阅资料，请教同学之后，才完成了软件的设计。这次课程设计，我收获很大，提高了我遇到问题解

12、决问题的能力，加强了与同学就学习问题的交流讨论，加强了自己的动手能力，明白了团队合作的作用，同时也认识到了自己不足，在电路设计，元件参数的选取，芯片的选取，软件编程的问题上仍然存在不足，最重要的是认识到了光有理论知识是远远不够的，理论需要结合实践才能发挥最大的作用。这些问题的暴露让我知道了以后努力的方向，在加强理论学习的基础上，提高自己解决问题的能力，提高自己动手实践的能力。参考文献1李群芳.单片微型计算机.北京：电子工业出本社，20082伍时和.数字电子技术基础.北京：清华大学出版社，20093胡乾斌.单片微型计算机原理与应用.武汉：华中科技大学出版社，20064李刚.51系列单片机系统设计与应用技巧.北京：北京航空航天大学出版社，20045孙育才，MCS-51系列单片微型计算机及其应用.南京：东南大学出版社，1997