基于at89c52的简易数显交流毫伏表

基于at89c52的简易数显交流毫伏表内容摘要：

() Vout =Vinma () 单片机最小系统 我们的 MCU 最小系统板的 CPU 是采用 89C52 单片机，包含 A/D 转换， D/A 转换，考虑到精度等问题，我们没有选择传统的 8 位转换芯片 0809 和 DAC0832，而是选用美信的 12 位转换芯片 MAX187 和 MAX5352,MAX5352 用的标准电压 可由 MAX873 的基准产 14 生，这里我们用 MAX038 提供的 基准参考电压。 显示部分 方案一：采用 LED 显示， LED 可以用移位寄存器 74164 或者专用芯片 MAX7219 驱动，优点是控制比较简单，而且串行显示只占用很小的 I/O 口。 但也有一个很大的缺点，只能显示一些简单的 ASCII 码字符，显示的信息量十分的有限，对于本系统复杂的功能不太适合。 方案二：采用字符型 LCD 显示， 字符型 LCD 可以采用 74LS164 通过同步串口驱动。 优点是控制比较简单，而且显示 内容清晰明白。 如图 V s s1V D D2VL3RS4R / W5E6D B 07D B 18D B 29D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714B L A15B L K16SMC1602A+ 5VR110KR210 1 / 2 W+ 5VP 1 .3P 1 .4P 1 .5P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7 图 字符型 LCD 显示 Character LCD display 经过综合考虑我们的显示部分选择方案二，考虑到显示的内容，我们选择型号为SMC1602A 的液晶，因为其在满足题目要求的基础上，显示的信息更广，而不只是几个电压数字，人机交换界面更加人性化。 信号输出 输出部分用 MAX038 做信号发生，我们选择由单片机来控制信号频率的输出，采用它内部的 的基准，这样可以实现频率的预置，使其范围非常容易地达到 10Hz～200KHz，而且可以实现频率的不同步进，电压误差小，波形也非常 完美。 在频率预置时，由测频反馈系统把实际频率反馈到单片机，如果两者有差距，由波形控制系统直接对输出进行校正。 由于 MAX038 输出任何频率的波形时其峰 峰值为 2V，为达到题目输出有效 15 值 1V 的要求，所以要对其输出电压进行放大处理，我们采用了放大处理，只要放大 倍即可。 此时电路中不易受外界影响，能够很好的保持输出波形，运算放大器我们选择的是 OP27，其单位增益带宽宽，可以在输出频率范围内完全满足放大要求。 自 动 量 程 转 换 继 电 器 组输 出 信 号频 率 转 换A T 8 9 C 5 2判断 图 自动量程转换 Automatic range conversion 自动量程转换和保护电路 R110 0 KR410KR210 0 0KR35KR51KR620KS4S3S2S5 S6 V C C V C CV i n继电器组V ou tO P 27D z 2D z 1D1 D2S1 图 衰减与放大 电路 Attenuation and amplification circuit 我们采用了两大组继电器来控制电路状态，实现参数的自动测量和输出频率转换。 第一组用 6 个继电器来实现测量部分的电路，利用同相比例运算电路实现输入信号的放大。 通过闭合继电器开关 S3 和 S5可以是输入信号放大 2倍，通过闭合继电器开关 S3 和 S6 可以是输入信号放大 20 倍。 利用反相比例运算电路实现输入 信号的衰 16 减。 通过闭合继电器开关 S1 和 S4可以是输入信号衰减 5 倍，通过闭合继电器开关 S2和 S4 可以是输入信号衰减 50倍。 另一组用 4 个控制信号输出电路，主要接 4路不同频率转换电路，以实现输出不同频率的要求。 在考虑到电压较高的时候，会损坏运放，所以我们在运放上加了保护电路。 运算放大器虽然有很大的共模抑制比，共模放大倍数很小，但并不意味着可以加很大的共模电压。 过大的共模电压可能会破坏内部的偏置，导致内部放大电路不能工作在放大状态。 为防止这种情况的出现，必须在运放差分输入端加保护电路限止共模电压。 图 中 D D2 的运用是限止共模电压的一种方法，信号输入端的电压被限止在 （ VCC+VD） ～ +（ VCC+VD）之间。 利用稳压管 Dz1 和 Dz2 接成反向串联电路。 若输出端出现过高电压（过载），集成运放输出端电压将受到稳压管稳压值的限制，从而避免了损坏。 程 序 初 始 化比 较比 较„ „闪 烁进 行 测量 显 示进 行 测量 显 示进 行 测量 显 示如 果 超 量 程如 果 进 入 设 定 值进 入 第 一 个 继电 器 ， 进 行 判 断如 果 不 在 设 定 值 之 间 ， 则 关 闭 继 电器 ， 进 入 下 一 级 继 电 器 进 行 判 断如 果 在 设 定 值 之 间直 到 进 入 最 小 设 定 值返 回 初 始 化 状 态 图 换挡及保护程序流程 Process of shifting and protection procedures 由于 200V 电压远大于为我们测量时其余的档的安全测量值，所以我们用程 序有效的避开危险电压，输入信号先从高档位向低挡位检测，当达到这个值所在的档位时，继电器闭合，否则进行下一级检测，直到该信号的电压值落在其应该在档位上为止，只要检测出值，所有的继电器都断开，等待下一次测量的指令，然后再进行下一次的测量，如果一开始就超量程，那么液晶就会闪烁。 这样就很好的保护了整个换挡电路， 17 虽然不能一直测量，但是我们可以在不同的点上取样，这样对一些特殊电路非常适用（如图 ）。 18 3 设计中所用的主要元器件简介 控制核心 AT89C52 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51指令系统，片内置通用 8位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2 个外中断口， 3个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行 通信口， 2 个读写口线。 P 1P 2P 3P 4P 5P 6P 7P 8R S T9P 10P 11P 12P 13P 14P 15P 16P 17X T A L 218X T A L 119GND20P 21P 22P 23P 24P 25P 26P 27P 28P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 32P 33P 34P 35P 36P 37P 38P 39V C C40AT 89 C5 2 图 AT89C52 引脚示意图 AT89C52 pin schematic AT89C52 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机．片内含 8K byTES 的可反复擦写的只读程序存储器（ PEROM）和 256 byTES。 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS51指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU ）和 FLASH 由存储单元，功能强大AT89C52 单片 适用于许多较为复杂控制应用场合。 AT89C52 提供以下标准功能： 8字节 FLASH 闪速存储器， 256 字竹内部 RAM , 32 个I/O 口线， 3 个 16 位定时／计数器，一个 6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89C52 可降至 OHz 的静态逻辑操作，并支持两种软件 19 可选的节电上作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时／计数器．串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 P0 口： P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 1/O 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时．每位能吸收电流的方式驱动 8个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“ 1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部 上拉电阻。 在 FLASH 由编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字 节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口： P1 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， Pl 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL 逻辑门电路。 对端口写“ 1”， 通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 IIL 与 AT89C51 不同之处是， 和 还可分别作为定时/计数器 2 的外部计数输入（ ）和输入（ ) , FLASH 编程和程序校验期间， Pl接收低 8 位地址。 P2 口： P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL 逻辑电路。 对端口 P2 写“ l，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入 口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ llt ）。 在访问外部程序存储器或 16位地址的外部数据存储器（例如执行 MOvx@DPTR 指令）时， P2 送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器、如执行 MOVX@RI 指令）时， P2 口输出 P2 锁存器的内容。 FLASH 编程或校验时， P2 亦接收高位地址和一些控制信号。 P3口： P3口是一组带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O口。 P3口输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流） 4个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入“ 1”时，它们被内部上拉 电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL)。 P3 口除了作为一般的 I/0 口线外，更重要的用途是它的第二功能。 此外， P3 口还接收一些用于FLASH 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 表 AT89C52 引脚说明表 AT89C52 Pin Description Table 名 称 功 能 Vcc 接 +5V 电源正端 Vss 接 +5V 电源地端 XTAL1 接外部石英晶体的一端。 在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，构成片内振荡器。 20 XTAL2 接外部石英晶体的一端。 在单片机内部，它是片内振荡器的输出端。 0P 口 ~ 统称为 0P 口。 作为双向 IO 口。 1P 口 ~ 统称为 1P 口。 作为双向 IO 口。 2P 口 ~ 统称为 2P 口。 作为双向 IO 口。 RXD 串行口输入端 TXD 串行口输出端 0INT 外部中断 0 请求输入端，低电平有效 1INT 外部中断 1 请求输入端，低电平有效 T0 定时器 /计数器 0 计数脉冲输入端 T1 定时器 /计数器 1 计数脉冲输入端 WR 外部数据存储器写选通信号输出端，低电平有效 RD 外部数据存储器读选通信号输出端，低电平有效 ALE/ PROG 地址锁存有效信号输出端 PSEN 片外程序存储器读选通信号输出端，低电平有效 RST 上电复位或掉电保护端 EA / Vpp EA 为片外程序存储器选用端。 低电平时，只选用片外程序存储器，否则选用片内存储器。 真有效值 直流 转换器 AD637 目前，低精度交流数字表大多采用平均值原理，只能测量不失真正弦波的有效值，故受到波形失真度 的限制而影响测量准确度和使用范围。 真有效值数字仪表可测量任何复杂波形而不必考虑波形种类和失真度的优势以及测量准确度高、频带范围宽、响应速度快的优点而得到广泛推广。 在真有效值数字电压表设计中，提高 DVM的测量准确度。