数字式的元件参数测试仪的设计.doc
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(完整word)数字式的元件参数测试仪的设计 毕 业 设 计 [ 论 文 ] 题 目:数字式的元件参数测试仪的设计研究 Title The design and research on digital component parameters tester 院 系: 专 业: 姓 名: 指导教师: 2010年 6 月 6 日 摘 要 此设计是基于51和C语言编程的数字式电阻电容电感测试仪的制作.类似于万用表的功能,我们不是直接测量这些未知量,而是用电压电流等这些容易测量的已知量来进行转化。设计当中将一些芯片组合起来并用编程控制产生了幅值稳定的直流电源以及交流电源,选择合适的标准RLC,根据串联分压的原理分别测量出标准电阻电容电感的电压,这样根据串联电路的等量关系很容易知道需要测量的RLC,最后用显示装置把未知RLC显示出来.这种方法比较直接,通俗易懂,程序也都比较直接,在很多仪器仪表的制作工艺当中都有所用到。设计的关键是要产生合适的电压信号,选择合适的标准电阻电容和电感,还有用51与C语言程序来实现的未知变量与已知变量之间的等量关系. 关键词 编程、标准电阻电容电感、测试仪、A/D转换、显示 ABSTRACT This design is based on the 51 and C language programming of the production of the digital resistance capacitance and inductance tester. Similar to the multimeter functions, we are not directly measuring the unknown quantity, but with these easy to measure as voltage and current of a known quantity to be converted。In the design,it combines a number of chips and produces amplitude control of a stable DC power and AC power with programming。 According to the principle of series voltage divider , select the appropriate standard of RLC, resistance and capacitance are measured in the standard inductor voltage。 Thus, according to the series volume, it is very easy to know the value of the RLC. At last, use a display device to display the unknown RLC. This method is relatively straightforward and easy to understand, the program is also relatively straightforward, and many instruments have used the production technology。 The key is designed to produce the appropriate voltage signal, select the appropriate standard resistance capacitance and inductance, as well as with 51 and C language program to implement the known and unknown variables and equal relationships between variables. Key words programming, standard resistance capacitance inductance tester, A / D converter, display 目 录 摘要 1 Abstract 1 一、 绪论 3 1.1 课题背景 3 1。2 国内外研究现状 3 1.3 研究目的 3 二、 算法概要 4 2。1流程图及简单的电路图 4 2.2算法简述 4 三、 电阻元件的测量 5 3。1 A/D转换的原理 5 3。2直流电压的测量 7 3.3直流电压的产生 10 3。4电阻值的测量及显示 13 四、 电感电容元件的测量 16 4。1 交流电压的产生 16 4.2 交流电压峰峰值的测量 19 4.3 电容值的测量及显示 26 4.4 电感值的测量及显示 27 致谢 30 参考文献 31 附录程序 32 一 绪论 1.1课题背景 目前使用的电感测量方法是用数字LRC 测量仪, 但数字LRC 测量仪的数字化程度并不高,其参量分离是靠同步检波器实现的。 随着单片机技术的发展,其在智能化测量仪表中的应用越来越广泛,利用单片机的软件来代替硬件的功能,可以实现仪表测量的自动化,并能进行数据分析处理,以达到仪表的高可靠性、高精度、多功能。 本文提出了一种利用MCS- 51 及其他系列的芯片和C语言编程来实现对电阻电容电感的测量。 1.2国内外研究现状 通常的测量仪器采用阻抗矢量电压法测量电容, 需进行稳压、交流供电。 近年来随着计算机技术的广泛运用, 电容测量方法有了较大的进展, 但常用的方式是利用占用口线较多且价格昂贵的A D 转换器将模拟信号输入计算机进行测量。。根据一阶线性暂态电路理论, 可以有一种占用资源少且能方便地实现模拟信号的检测方法, 设计了电路和软件编程简单、口线较少且无需交流供电的单片机电容测量系统。 在科学实验和生产中, 人们经常需要快速精密地测量电感和电容器件的值, 一般的测量大都是采用交流电桥法和谐振法, 即模拟法.然而这些方法的测量时间较长, 不适于专业化测量。我看过笔者提出了一种用P IC16C62 单片机测量L、C 的一种新的数字方法, 这种测量方法的精度只取决于对相位的测量, 且这种测量方法的速度快, 特别适用于专业化流水线测量. 1.3研究目的 万用表大家都知道它有三个基本的功能,测量电压电阻电流。将万用表进行各种不同的合适设置,能够很方便的测量出来.类似的,数字电路参数测试仪也是用来测量各种电路元件包括电阻电容和电感的。本实验中需要用单片机编程来进行简单的电阻电容电感的测量,也很方便。同时在示波器以及信号发生器中也可以根据波形的测量间接地知道电阻电容电感的数值。等等,这些电子元件都用不同的方法进行了测量达到了目的。 二 算法概要 2。1流程图及简单的电路图 被测R、L、C经过欧姆电压转换电路,转换成所需要的模拟电压,并将其放大到A/D转换器的规范值,由A/D 转换器转换成数字量 再送入单片机.由单片机根据需要进行一系列处理(如非线性校正;四则运算:计算最大值和最小值等),处理后以数字显示测量结果。 以下是RLC测量电路的流程图以及电路图,三个可以统一加交流电,也可以在测量电阻时用直流信号,消除电容和电感的影响.在本设计当中,电阻的测量采用标准的直流电压信号,电容电感的测量采用标准的正弦波信号,下面分别进行叙述。 下面是整个设计当中的设计流程图以及简单的电路设计图: 2。2算法简述 在测量电容时,加入交流电压信号,将电容电感转换成容抗或者感抗1/wC或者wL 由串联分压可以知道未知电容和未知电感的计算公式 同样 = 在测量电阻时,加入直流电压信号,根据串联电路分压关系推算我们可以得到未知电阻的计算公式。 其中U是输入的电压信号,分别是待测电阻电容电感 、分别是标准的电阻电容和电感。 在这个过程当中标准电阻电容电感的选择需要遵循一定的原则,为了充分利用A/D转换的效率,提高测量的精确度,要尽量选择比较合适的阻抗使测量的电压信号比较接近5V。要达到这一个目的,我们就需要用程序来控制标准电阻电容电感的选择,使尽量多档位的电抗值被选到而达到控制电压的目的。这时我们可以用继电器分档进行选择,以下几章会分别详细介绍。 三 电阻元件的测量 3.1 A/D转换的原理 工程实际中需要测量的信号,一般都是模拟信号,而计算机系统只能对数字信号进行运算、处理和存储。因此要用计算机系统测量模拟信号,必须先将模拟电压信号转换为数字信号,这一过程称为模/数(A/D)转换. 实现A/D转换的原理电路有多种,下面简单介绍并联比较法A/D转换的原理.并联比较法将输入的模拟信号转换为二位数字信号输出的原理电路如3.1图所示: 图3.1。1 A/D转换原理 在图3。1。1中有三个比较器,各比较器的参考电压分别为(1/4)VREF、(2/4)VREF、 (3/4)VREF,比较器的输出为电平信号(数字信号).利用比较器将输入模拟电压信号和各自参考电压进行比较,从而把模拟信号转换成数字信号.输入模拟电压Ui处于不同的范围,对应于不同的比较器输出数字信号Q0、Q1、Q2,如表3.1.2所示。 表3.1。2 输入模拟信号和输出数字信号关系 输入模拟信号 电压范围 比较器输出 Q2 Q1 Q0 转换结果输出 D1 D0 0~(1/4)VREF 0 0 0 0 0 (1/4)VREF~(2/4)VREF 0 0 1 0 1 (2/4)VREF~(3/4)VREF 0 1 1 1 0 (3/4)VREF~(4/4)VREF 1 1 1 1 1 比较器输出的数字信号Q0、Q1、Q2,并不是二进制数码,只是反映一定电路状态的电平信号,还需要经过一定的逻辑运算电路,将Q0、Q1、Q2电平信号转换成二进制代码D0、D 1才能作为转换结果输出.实现从Q0、Q1、Q2到D0、D1转换的逻辑运算。 因此,并联比较式A/D转换电路,实际上是根据输入模拟信号的电压范围,产生相应的数字信号输出.按此原理增加比较器及相应的电路元件数量,就可以增加输出数字信号的位数。输出数字信号位数越多,输入电压的范围划分则越细,输出数字信号就越能够准确地反映输入模拟信号的量值。输出数字信号的位数,常用于表征A/D转换器件的精度。常见的A/D转换器件的精度有8位、10位、12位等。将模拟信号转换为数字信号,需要一定的时间,称为转换时间。转换时间也是选用A/D转换器件的一项重要指标,常见A/D转换器件的转换时间一般为几十纳秒到几十微妙。 由于A/D转换过程需要一定的时间,如果需要转换的是一个交流信号,则转换开始时和转换结束时信号的电压值是不同的,由此将会造成A/D转换的误差,如图3。1。3(a)所示。抑制A/D转换过程延时误差的办法是增加一个采样保持电路,如图3。1。3(b)所示。图3。1.3(b)中,外部被测电路等效为一个戴维南信号源电路,us为被测电压,Rs为等效电阻. (a)转换误差 (b)采样/保持电路原理 图3。1。3 A/D转换误差及采样/保持电路原理 在采样/保持电路中,先将开关K合上,外部信号源对电容C充电(放电),待电容C上的电压uc与被测电压us相等(接近)时,再断开开关K.在电容C和输出引脚之间,连接有一个电压跟随器,由于电压跟随器的输入阻抗可以看作无穷大,所以开关K断开后,uc和uo等于开关K断开时刻的被测电压us值,并且维持不变. 开关K合上的过程,称为信号的采样,采样结束后开关K断开的过程称为保持.采样/保持电路有时也简称S/H(Sample/Hold)电路. 采样过程所需的时间T,取决于Rs、C电路的时间常数。当电容C的值确定时,取决于外部信号源的电阻Rs值。通过对开关K从导通到断开的时间控制,实现对采样时间的控制。信号的采样时间,应该根据外部信号源的电阻Rs值,维持最小采样时间。 从理论上说,采样时间T越长,us和uc的值越接近,因此采样时间越长越好。工程实际中一般取时,近似认为us和uc相等。 MAXIM ICL 7109 是单片三态控制、二进制形式输出的12 位A/ D 转换器,具有极性和过量程指示.MAXIM 公司在ICL 7109 的基础上增加了零积分阶段,保证过载时快速恢复,消除过载残余、串扰和滞后作用; 通过增大ICL 7109 的电流源容量,加强了总线驱动能力,能够快速驱动单片机总线上可能出现的较大电容。 MAXIM ICL 7109 的封装形式为DIP40 ,引脚功能见下表3.2 直流电压的测量 直流电压的实用测量电路如图3.2.1, 由单片机AT89C51 、A/D 转换器、MAXIM ICL 7109组成。将MODE 引脚接地,使MAXIM ICL 7109 工作于直接输出方式。将RUN/ HOLD引脚与AT89C51的P14 引脚相连,用程序位控制转换过程。将STA2TUS 引脚与AT89C51 的INT1引脚相连,转换结束时请求中断.采用6MHz 晶振,MAXIM ICL 7109 完成一次转换所用时间T = 8192 ×58/ 6MHz = 7912ms ,即转换速率为12.6 次/ 秒. 3.2。1 直流电压测量电路 上图中, 读高、低字节测量数据的地址分别为FD00H 和FE00H ,电压高、低字节测量数据分别寄存在单片机片内RAM 单元39H 和38H ,供应用程序使用.实现一次基本量程的电压测量程序见附录. 电压高、低字节测量数据分别寄存在单片机片内RAM 单元39H 和38H中,现在需要进行转换把二进制的数值转换成十进制数值的电压信号,然后将数字电压信号转换成模拟的电压信号。 在利用计算机的电气测量与控制系统中,有时只要将测量、计算的结果以数字量的方式显示、存储,或者直接以数字信号输出的方式控制输出开关,起到控制的作用;有时则需将数字信号转换成模拟电压信号输出。将数字信号转换成模拟电压信号的过程称为数/模(D/A)转换。转换原理如下 一个多位二进制数中每一位的1所代表的数值大小称为这一位的权。如果一个n位二进制自然数用a=Dn-1Dn—2…D1D0B(B为二进制数标记)表示,从最高位Dn—1(简写作MSB)到最低位D0 (简写作LSB)的权依次为2n-1、2n—2、…、21、20. 4位权电阻网络D/A转换器原理如图6。2.1所示,由权电阻网络、4个电子开关和1个加法放大器组成。S3、S2、S1、S0是4个电子开关,其状态分别受4位输入二进制代码D3、D2、Dl、D0的取值控制,代码为1时开关触点连接到参考电压VREF上,代码为0时开关触点接地。 图3.2.2 D/A转换原理 根据加法放大器的原理可得: (3—5—1) 显然上式括号中的值即为输入二进制数值,也就是说输出模拟电压值对应于输入二进制数值.增加权电阻和电子开关的数量,就可以增加输入数据的位数,输出模拟电压值能够反映更多位数输入二进制数字的值,从而提高D/A转换的精度。 从式(3—5—1)中可知,输出电压uo始终为负值,要想得到正的输出电压,可以将VREF取为负值,或者在输出端增加一级模拟反相器。 图3。2.2中的电子开关,通常称为模拟开关,其作用是通过数字信号控制模拟信号的选择性导通和截止,在D/A转换集成电路器件内部,设计有相应的模拟开关电路。 由以上原理可以得出用C语言写出下列将二进制的数字电压信号转换成十进制的模拟电压信号,程序如下 将39H 和38H单元中的二进制数转化成十进制数的电压值程序 #include<stdio。h〉 void main int a[],b[],i; //定义数组将39H 和38H单元中二进制数据拷贝 int m=39H,n=38H,j=128; for(i=7;i〉=0;i++) //将39H单元中数据送入数组a[] { a[i]=m/j,j-—; } for(i=7;i〉=0;i++) //将38H单元中数据送入数组b[] { b[i]=m/j;j--; } 将二进制的数据经过一定的变量关系转化成精确的电压数值然后输出 float r,vot=0.0; //定义参考电压信号 r=REF; int a=2; for(i=7;i〉=0;i++) {vot=vot+a[i]*r/a;a=a*2;//转换39H中二进制电压值 } printf(“39H中电压转换信号是vot=%f\n”,vot) for(i=7;i>=0;i++) //转换38H中二进制电压值 { vot=vot+b[i]*r/a;a=a*2; } printf(“38H中电压转换信号是vot=%f\n”,vot) printf(最终的电压转换信号是vot=%f\n”,vot) 知道了这个直流电压测量程序以及硬件封装好后可以直接用来测量直流电压的数值,这样我们可以测量上述经过方波到直流电压信号然后放大后的电压信号的电压值。 3.3 直流电压的产生 先产生方波信号 ORG OOOOH AJMP MAIN ORG 0030H MAIN: CLR P2。0 ;置P2。0为低电平(执行时间为一个机器周期) NOP ;空操作(执行时间为一个机器周期,仅用于延时,以下同) NOP NOP NOP SETB P2.0 ;置P2。0为高电平(执行时间为一个机器周期) NOP NOP AJMP MAIN ;绝对转移至主程序处 END 编译通过后,将文件烧录到89C51芯片后,将芯片插入到LED数码管输出实验板上.通电后运行接示波器观察可以发现P2.0输出精确的方波(高电平5.42us,低电平5.43us),周期为10个机器周期10.58us. 将此方波信号用整流桥整流后输出标准的直流信号,图3。2。3是单相桥式不控整流电路原理图 图 3.2。3 单相桥式不控整流电路原理图 当电源的极性2瑞”+"3端”-"时,12,34两端的二极管导通,输出的电压信号上正下负,方波的正半周期信号转换成直流信号输出,到方波的负半周期时即2瑞”-”3端"+”时,13,24两端的二极管导通,输出的电压信号上正下负。由此可见,方波信号被整流后成为连续的直流信号输出在14端,这样就可以运用在电路的测量中了。 下面介绍一种微型直流一直流变换器电路, 可由12V直流电压产生30V直流电压。这种变换器的主要优点是电路简单, 体积小, 成本低, 性能好.驱动能力要求不大, 输出电流小于1mA,但对稳定性要求很高,输出电压对输入电压的变化不敏感, 体积要求很小。 图3.2。4 微型直流升压变换器 变换器的电路如下图所示。其工作原理简要说明如下 1、振荡器。由一个集成块CD4011和电阻R3、电容C1组成.是一个由三级反相器构成的环振, 第四个与非门V2:D用于输出振荡波形, 并避免后级对振荡器的影响。按图中的元件值设置, 振荡频率约50KHZ。 2、电流开关。振荡信号由R4、P1传到三极管P2的基极, 若振荡器输出高电平, T2导通,若振荡器输出低电平, T2截止。T2这样迅速地反复导通与截止, 在变压器TT1的原边中感应出非常高的交变电压, 通过变压器提升并桐合到副边。 3、整流滤波电路.该电路采用半波整流, 由电解电容进行滤波, 从而得到30V直流电压。 4、负反馈电路。要想得到非常稳定的输出电压,必须引入强烈的负反馈。图中, R5和R6构成采样电路, 输出电压的变化由采样电路反馈到运算放大器uA741 的反相输入端。2uA741的同相输人端可接6V基准, 6V基准由电阻R1和齐纳二极管D1构成。R1可以采用2—5K的电阻以减小功耗。⑥脚输出端, 通过R2限流电阻接到调整管T1的基极。 如果由于某种原因, 使输出电压升高, 则uA741的反相输入端电位将升高, 它的输出将降低, 从而降低调整管的基极电位, 使调整管的输出电流减小, 在变压器原边感应的交变电压降低, 从而降低输出电压, 达到稳压的目的。 电路的调节非常简单, 只要调节电位器P1, 改变开关管T2的工作点, 就可 改变变压器原边感应的交变电压, 从而就调节了输出电压的值。调节过程中, 不能使T2发射结并联的电阻太小, 否则T2不能导通,输出电压为零。 很显然我们可以把输入电压信号控制为5V。方法是调节电位器P1, 改变开关管T2的工作点, 就可改变变压器原边感应的交变电压, 从而就调节了输出电压的值。 可是这个调节怎么控制呢,这时可以用到模拟多路开关,对输出的信号进行控制,是最后输出的达到我们需要的信号。以下详细介绍下模拟多路开关的原理。 模拟多路开关 当需要对多路输入信号进行测量时,通常不必每一路输入信号配置一套采样/保持电路和A/D转换电路,可以采用模拟多选一开关,分别对多路信号进行转换。常见的模拟多选一开关有CD4051等,下图3。2。5为CD4051的引脚功能。 图3.2.5 CD4051的引脚功能 CD4051为8选1模拟多路开关。INH(6脚)为芯片使能引脚,只有当INH引脚为低电平时,选通功能才能被使用。当传递的信号为双极性交流信号时,VEE(7脚)连接负电源,当传递的信号为单极性正电压信号时,VEE引脚也可以接地。 A、B、C三个引脚(9、10、11脚)为选通控制引脚,当A、B、C三个引脚的值为0~7时,对应选择X0~X7引脚与X引脚导通。 模拟信号可以从X0~X7引脚输入,X引脚输出,这种情况下CD4051被用作信号选通器;模拟信号也可以从X引脚输入,X0~X7引脚输出,这时CD4051被用作信号分配器. 这样将电位器P1分成八个不同的位置标示八个不同的阻值,同时分别连接在~的位置,同时来控制ABC的开断来选中~的电位信号。可以用C语言来控制,用0表示低电平,1表示高电平,比如101则用二进制转化成十进制为5,即电平被选择,此时3输出一个电压信号到测量电路中,经过单片机测量和AD转化和DA控制得到电压数值得到近似5V的电压信号,如果离5V比较远,则逻辑控制电路重新选择继电器的开关重新选择电平信号,就这样反复循环1到7次总能找到比较接近的电压值,然后继续进行测量.程序见附录。 这样程序执行完成之后就能输出近似于5V的直流电压信号.同时这个过程当中还有一个问题就是这个过程中的直流电压测量电路,上面已经知道了这个直流电压测量程序,硬件封装好后可以直接用来测量直流电压的数值,这样我们可以测量上述经过方波到直流电压信号然后放大后的电压信号的电压值voltage。 我们暂且将这个通过转换得到的近似5V的电压信号定义为输入电压U,下面我们将进行标准电阻的选择,使选择的标准电阻两端的电压能够最大程度的利用A/D转换。同样的我们这时仍然可以利用模拟多路开关进行标准电阻的选择.具体操作步骤如下: 分别接0。1欧姆、1欧姆、10欧姆、100欧姆、1000欧姆、10K欧姆、100K欧姆、1000K欧姆八个标准电阻在开关~上面,然后编写程序控制选用哪个电阻运用到电路当中输出电压。同样用ABC三个模拟数字信号控制开关的选通。程序见附录。 3.4电阻值的测量及显示 上面程序通过反复的比较循环然后输出合适的电压信号,然后通过运算能够得到比较精确的电阻值 通过这个比例关系,我们可以写出程序,将程序导入单片机然后可以输出比较精确的电阻值,电阻计算程序如下: similuateR(float Rx) { printf(“测量到的输入电压信号是U=f%\n”,voltage); printf(“模拟开关选择的标准电阻是%d\n”,Rr); printf(“测量到的标准电阻两端的输入电压信号是Ur=f%\n”,voltage1); float Rx; //定义待测电阻的阻值Rx Rx= voltage* Rr/ voltage1- Rr;//计算被测电阻的阻值 } 这样被测电阻就通过软件编程一部部给测试出来了,下面需要做的工作就是将这个阻值在单片机上显示出来,要编写显示程序. 数码管显示器由于经济实用、亮度高、控制简单,在测量与控制系统中被广泛用于显示被测物理量或内部参数。根据数码管显示器与单片机连接方式的不同,有静态显示和动态显示两种。所谓静态显示,就是所有的数码管同时点亮,需要的器件较多,占用印刷电路板的面积要大一些,消耗的电源电流也要大一些,但是占用的CPU的时间则要少一些.所谓动态显示,是指每位数码管分时依次点亮,由于人眼的视觉暂留现象,给人的感觉是同时都是点亮的。动态显示需要的器件数量、印刷电路板的面积、功率消耗都要少一些,但是CPU必需经常刷新,占用CPU的时间要多一些. 无论是动态显示还是静态显示,根据电路的不同,都可再分为串行显示和并行显示两种方式。串行显示需要的CPU口线要少一些,但是占用CPU的时间要长一些。反之,并行显示需要的CPU的口线要多一些,但是占用CPU的时间要少一些。实际应用时,应根据系统的特点,选择不同的显示方式。在CPU运行时间许可的情况下,应尽量选择串行动态显示方式,以实现“用时间换硬件资源”的目的。 3。4。1、数码管电路结构 常见数码管显示器的外形如图3.3。1(a)所示,内部电路结构如图3。3.1(b)所示,内部8个发光二极管处于不同的位置,每个发光二极管显示一个笔画,称为一段;通过外接电路控制点亮不同的发光二极管组合,显示一位相应的数字(符号)。 对于单个数码管来说,一般有10个引脚,从数码管的正面看进去,左下角那个脚为1脚,以逆时针方向依次为1~10脚,左上角那个脚便是10脚了。图3.3.1中的笔画符号分别与这10个管脚序号一一对应。注意,3脚和8脚是连通的,这两个都是公共脚。 (a)数码管外形 (b)内部电路结构 图3.3。1 数码管外形及结构 图3。3。1中8个发光二极管的阳极(正极)连接在一起,称为共阳极数码管显示器.若将所有发光二极管的极性调换一下,所有的阴极(负极)连接到一起,则称为共阴极数码管。 数码管显示器与发光二极管一样,除有体积大小之分外,也有普通、高亮、超亮的区别.体积较小的数码管内部每段发光二极管的工作电流与普通单个发光二极管的工作电流相当。体积较大的数码管每段(一个笔画)可能由多个发光二极管串联而成,其工作电流不会增大,但是工作电压要增高,具体应用时,可以查阅器件手册,或者实际测量一下。 3。4。2、数码管显示器的动态控制电路 实验箱的核心板上,有6个数码管显示器,被设计成既可为并行接口动态控制,又可为串行接口动态控制,如图4。3。3所示.通过改变跳线器S2的位置,可以选择数码管受串行接口器件控制还是受并行接口器件控制.当S2处于“S”位置时,受串行接口器件控制;当S2处于“P”位置时,受并行接口器件控制。 图3。3。2中数码管的控制信号同时连接到574和595的输出端,这两种器件只能有一种处于工作状态,不能同时输出有效.跳线器S2决定了595输出使能还是574输出使能,从而控制数码管显示器工作于串行方式还是并行方式。 当74HC595的输出使能端与地短接时,输出使能引脚(13脚)为低电平,两片74HC595的输出引脚对数码管显示器起作用,数码管显示器工作于串行方式.此时两片74HC574的输出使能引脚(1脚)为高电平,其各位数据输出引脚处于高阻抗状态,对数码管显示器没影响。 图3.3.2 数码管显示电路 当74HC574的输出使能端与地短接时,输出使能引脚为低电平,两片74HC574的数据输出引脚对数码管显示器起作用,数码管显示器工作于并行方式。 3.4。3、并行动态显示参考程序 跳线器S2短接于“P"位置时,实际的单片机和数码管显示器电路原理如图3。3.3所示,构成数码管并行动态显示电路。在此情形下,两片595的输出引脚为高阻抗状态,对数码管显示电路相当于不存在。 图3.3。3中的U7的输出控制每个数码管的哪一个笔画点亮,称为段选信号;U8通过U10驱动控制哪一位数码管点亮,称为位选信号。 图3。3。3 数码管并行动态显示电路 按图3.3.3电路编写的显示程序见附录。 四 电容电感元件的测量 4.1交流电压的产生 AD9850内古可编程DI)S系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成.可编程DDS系统的核心是相位累加器。它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成,N一般为24~32。每来一个外部参考时钟。相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息,每一个地址对应正弦波中0°~360°范围的一个相位点。查询表把输人地址的相位信息映射成正弦波幅度信号。然后驱动DAC以输出模拟量。 AD9850采用32位的相位累加器将信号截断成14位输入到正弦查询表,查询表的输出再被截断成10位后输入到DAC,DAC再输出两个互补的电流。DAC满量程输出电流通过一个外接电阻Ib,调节,调节关系为Iset=32(1.248V/Rset),Rset的典型值是3.9kn。将nAc的输出经低通滤波后接到AD9850内部的高速比较器上即可直接输出一个抖动很小的方渡。其系统功能如图4。1。1所示。 AD9850在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出,此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。在125MHz的时钟下,32位的频率控制字可使AD9850的输出频率分辨率达O,0291Hz;并具有5位相位控制位,而且允许相位按增量180°、90°、45°、22.5°、25°或这些值的组合进行调整。 2 AD9850的控制宇与控制时序 AD9850有40位控制字,32位用于频率控制,5位用于相位控制,1位用于电源休眠(Pbwerdown)控制,2位用于选择工作方式。这40位控制字可通过并行方式或申行方式输入到AD9850,图4是控制字并行输入的控制时序图,在并行装人方式中,通过8位总线DO⋯D7将可数据输入到寄存器,在重复5次之后再在HQ—uD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位),同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。接着在w—CLK的上升沿装入8位数据,并把指针指向下一个输入寄存器,连续5个w—CLK上升沿后,W—cLK的边沿就不再起作用,直到复位信号或FU-UD上升沿把地址指针复位到第一个寄存器。在串行输入方式,w—CLK上升沿把25引脚的一位数据串行移入,当移动40位后,用一个FQ.UD脉冲即可更新输出频率和相位。图5是相应的控制字串行输入的控制时序图。 AD9850的复位(REsET)信号为高电平有效,且脉冲宽度不小于5个参考时钟周期。AD9850的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率,因此AD9850的复位(RESET)端可与单片机的复位端直接相连。 值得一提的是:用于选择工作方式的两个控制位,无论并行还是串行最好都写成00,并行时的10、01和串行时的10、01、“都是工厂测试用的保留控制字,不慎使用可能导致难以预料的后果。 4.2交流电压峰峰值的测量 被测量的对象是交流电压的峰峰值.理想的采样是抽取模拟信号的瞬间值,下图分别示出了模拟信号采样信号的波形。 在被采样的诸函数值中如何寻求一个值就是这个被采波形的峰值, 这就是我们的目的. 对正弦波进行密集采样时, 必能采到一个最大值Max。但是我们不能无限地加密采样率, 这不仅由于微机的速度不允许, 而且也无此必要. 若我们0°从开始, 每隔10°取一次样, 显然取到的最大值在ɑ=90°处。但是采样不同能 刚好0°处开始, 所以可能出现的最大偏差平均为5° 。由此我们得到最大幅值的相对误差为 =3。8*=0.38% 显然这样的精度是可以满足我们所需的交流电压峰值的测量。 我们可以这样认为, 只要一个周期保证采样次数不低于40次的话, 即可得理想的结果。在具体设计中我们定采样率为次1000次/s,这样如果频率为20Hz时, 每一周期也有50次的采样。 4.2。1 交流电压测量原理图 1、ADC0804 将输入模拟值转换成数字值输出到P0,使相对应的LED 亮。如输入3V,ADC0804 的输出应为96H=10010110,此数字信号送入8051 的P1,再由P1 存入8051 的累加器,然后累加器再到P0,使相应的LED亮。 2、先将ADC0804 的参考电压VREF 调整为2.56V.(在腾龙套件中主要演示原理,未作此精确调整电压,用2个1K 电阻分压,约2。5V) 3、调整ADC0804 的可变电阻器,由0V 调到5V 根据其关系观察P1的LED 变化情形. 按照上述步骤可以写出下列程序 #include〈reg52.h> #include〈intrins。h> #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ad_7 P0 //AD数据口 sbit cs=P1。0; //芯片选择信号,控制芯片的启动和结果读取,低电平有效 sbit rd= P1。1; //读数据控制,低电平有效 sbit wr=P1.2; //AD转换启动控制,上升沿有效 sbit intr=P1。3; //AD转换结束输出低电平 //5us延时程序// void delay(unit i) { unit j;int i; for(;i>0;i--) for(j- 配套讲稿:
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