首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 电力工业论文 > 电气测量论文 > 数字电压系统基于89C51控制的设计研究

数字电压系统基于89C51控制的设计研究

2020-05-26 243 上传者：管理员

摘要：在自动测试系统、工业自动化仪表等智能化测量领域,传统指针式电压表存在精度低,读数不方便等缺点,已不能满足时代需求.本文提出一种基于89C51控制的数字电压系统,它是以AT89S52为主控器,经A/D转换电路把模拟量转换为数字量,即为输出的电压值,并通过LCD电路显示.该系统具有操作方便,精度高,可扩展性强及集成方便等优点。

关键词：
A/D转换
单片机
数字电压
电气测量
加入收藏

随着电子技术的发展,各类高精度测量仪表随之诞生.在电子产品运用与维修时,电压的测量是一项常规性操作,通常使用电压表或万用表来进行测量,而它们均为指针式仪表,测量时因档位选择不当、摆放位置不同及读数姿势等因素都会造成读数不准确,测量精确度不高,不能满足数字智能化时代的要求.文中提出的数字电压系统以单片机AT89C51为主控器,通过A/D转换电路将模拟量转换为数字量,由LCD显示电路显示测量结果,具有操作方便,精度高,抗干扰能力强,可扩展性强及集成方便等优点,在智能化测量领域具有良好应用前景.

1、系统总体设计

该系统采用模块化设计方法,以单片机为主控器,LCD显示电路及A/D转换电路组成数字电压表控制系统,通过可调电位器调节电压表来模拟电压的输入,经AT89C51单片机控制电路完成对外围硬件控制及运算,然后进行A/D转换[1]出数字量,即为输出电压值,最后由LCD显示.

2、统硬件设计

数字电压系统电路有主控模块电路、LCD显示模块电路及A/D转换模块电路组成,其接口电路原理图如下:

图1数字电压系统接口电路原理

2.1主控模块电路

该主控模块电路由AT89C51控制器、电源电路、复位电路及时钟电路组成单片机的最小系统,采用电源电压为5V,选用振荡器频率为11.0592MHz的石英晶体,通过按键电平复位方式进行复位操作.

2.2LCD显示模块电路

显示模块电路选用LCD1602[2]字符型模块,内部控制器为日立公司生产的HD44780,可用来显示数字及字符.其外部引脚一般有16条,8条数据线D0-D7与单片机P0口相连,3条控制线RS、RW、E分别与单片机P2.0、P2.1和P2.2相连.

2.3A/D转换模块电路

A/D转换模块由A/D芯片和可调电位器组成,A/D芯片选用TLC549芯片,共有8个引脚(4、8引脚为接地和电源输入,2脚AIN连接可调电位器RP2的滑动端,1脚REF(+)、3脚REF(-)为参考电压输入分别接+5V电源及地端,5脚CS为片选信号与单片机的RD引脚相连,7脚I/OCLK为时钟信号与单片机的T1引脚相连,6脚DOUT为转换后的串行数据输出与单片机的WR引脚相连),其具有8位转换结果、用CMOS技术、差分基准电压输入、低功耗及5V供电范围等特点.

3、系统软件设计

3.1算法设计思路

通过可调电位器RP2改变电压输出值在0～5V内连续变化,从而可以模拟模拟量的变化.依据A/D转换芯片工作时序,利用定时器0定时5ms,设置计数器累计4次,定时器0产生中断,也就是20ms进行一次A/D采样转换,然后调用A/D转换值函数将值转换为对应的ASCII值,最后通过LCD显示A/D转换值函数把转换的数字量显示在LCD1602上,显示范围为0～255.

3.2数据结构[3]3]设计

数字电压表系统的数据结构设计如表1所示:

表1数字电压表系统的数据结构

3.3程序设计过程

3.3.1主函数设计

主函数模块主要完成硬件初始化、定时器[4]初值计算、定时器设置及函数调用等功能,其程序如下:

编程表达式1

3.3.2定时器0中断服务函数设计

设置软计数变量keytime为4,定时器T0定时5ms后,进入定时器T0中断服务函数,软计数量keytime减1,当keytime值为0时则表明20ms时间已到并进行采样一次;否则T0中断函数返回主函数,继续计时.实现程序如下:

编程表达式2

3.3.3A/D采样转换函数设计

根据A/D转换芯片TLC549的工作时序,要求片选信号CS置低电平,内部电路在测得CS下降沿后,再等待两个时内部时钟上升沿和一个下降沿后,才能进行A/D转换.其程序编码如下:

编程表达式3

3.3.4A/D值转换ASCII码函数设计

若要在LCD上显示A/D转换值adbl,则需要把它转换成对应的ASCII码,其实现函数如下:

编程表达式4

3.3.5LCD1602显示函数设计

LCD显示函数模块包括LCD初始化函数、写入指令数据到LCD函数、写入显示数据到LCD函数、LCD显示A/D转换值函数及延时函数.

编程表达式5

4、束语

该控制数字电压系统总体设计采用模块化方法,分析各硬件电路,列出数据结构表,设计出相应的算法,并编写出各模块程序代码,进行统一调试,然后对比系统在不同模拟输入量时,通过LCD显示输出电压值的情况,可达到预期效果.且它采用单片机控制,具有电路简单,精度高,可扩展性强及集成方便等优点,它将在智能化测量领域发挥更大作用.

参考文献：

[1]罗力渊.电工电子技术应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2015.

[2]彭伟.单片机语言程序设计实训[M].北京:电子工业出版社,2012.

[3]施伯乐.数据结构教程[M].上海:复旦大学出版社,2011.

[4]龚运新.单片机C语言项目式教程[M].北京:北京邮电大学出版社,2012.

梁建华.一种基于89C51控制的数字电压系统的设计[J].商丘师范学院学报,2020,36(06):18-21.