基于单片机的电压频率监测系统设计论文说明.doc
《基于单片机的电压频率监测系统设计论文说明.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的电压频率监测系统设计论文说明.doc(60页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 . . . 基于单片机的电压频率监测系统设计目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1问题的提出11.2 设计的意义11.3 设计的主要容1第二章系统概述32.1 电压/频率的测量方法32.1.1频率的测量原理32.1.1.1周期测量法42.1.1.2直接测频法72.1.2电压测量方法102.1.2.1 A/D转换法102.1.2.2 V/F转换法142.2方案选择162.3系统框图17第三章系统硬件电路的设计173.1 单片机处理控制电路183.2 频率信号预处理电路203.2.1小信号放大电路203.2.2整形电路213.4 A/D转换电路223.5 复位电路部分263.6 晶振电
2、路部分283.7 LCD显示电路293.7.1 LCD选型293.7.2 接口说明303.7.3 指令描述313.7.4 接口时序说明333.8 电源电路的设计353.9 串口通信电路37第四章系统控制软件设计414.1系统软件框图414.2 频率测量子流程图424.3 A/D转换子流程图444.4 显示子程序454.5延时子程序46第五章误差分析475.1 1误差475.2 时基误差475.3 周期测量法的误差485.4 多周期同步法的误差485.5进一步提高频率测量精度的方案49参考文献51中英文翻译52总结体会53致55附录56图目录图2. 1 AT89C52定时/计数器基本组成3图2.
3、 2 测周法测量频率时序图4图2. 3 周期测量法流程图5图2. 4 多周期同步法测频原理图6图2. 5 同步法测量频率时序图6图2. 6 多周期同步测量法的流程图7图2. 7 直接测频率测频原理图8图2. 8 计数法设计软件流程图8图2. 9 直接测频法原理框图9图2. 10三位并行A/D转换器原理图10图2. 11逐次逼近型A/D转换器的工作原理图12图2. 12 双积分型AD转换器的框图13图2. 13 双积分AD转换器波形图14图2. 14 施密特触发器型压控振荡器的原理性电路和电压波形15图2. 15 电容交叉充、放电型压控振荡器的原理图15图2. 16 LM331的电路结构框图16
4、图2. 17 电压、频率检测系统框图17图3. 1 AT89C52单片机引脚图19图3. 2 频率信号预处理电路21图3. 3 降压电路22图3. 4 小信号放大电路22图3. 5整形电路23图3. 6施密特触发器对波形整形的原理图23图3. 7 ADC0809芯片管脚图24图3. 8 ADC0809部结构图25图3. 9 X25045引脚图27图3. 10 X25045看门狗电路硬件连接图28图3. 11 晶振电路29图3. 12显示电路29图3. 13 LCD管脚图30图3. 14读操作时序33图3. 15 写操作时序34图3. 16直流稳压电源基本组成框图35图3. 17 常见整流滤波电
5、路36图3. 18 电源电路36图3. 19 串口通信电路37图3. 20九针串口引脚功能图38图3. 21 MAX232的引脚图39图4. 1系统总流程图41图4. 2频率测量子流程图43图4. 3 A/D转换子流程图44图4. 4 显示流程图46图5. 1 原理波形图49图5. 2 量化时延原理50表目录表2.1并行比较型AD转换器的输入输出关系11表3.1 P3口的第二功能20表3.2 X25045指令与其含义28表3.3 X25045状态寄存器28表3.4 LCD接口说明表30表3.5 RAM地址映像表32表3.5 LCD接口时序表34表3.6 RS-232C接口信号表38表5.1相对
6、误差4954 / 60摘要随着信息化、数字化在各行各业的迅猛发展,工业系统中的信息化、数字化也将成为未来的发展趋势。尤其在狭小的空间操作时,经常要面对功能众多、大小不等、量程各异的仪表盘,这些仪表盘不仅占用空间,而且不够直观,容易造成工作人员的误操作或反应滞后,给操作带来不必要的麻烦。因此利用交流电频率、电压测量的技术,设计出电压频率监测系统,可以简化系统的操作空间,提高工作效。本设计以单片机AT89C52为核心,结合外围信号放大、整形电路,通过对输出波形的计数和对模拟电压的采样、量化得到交流电频率和电压的数字量,将所得数据通过串行接口发送到上位机进行直观显示,很好的实现了对系统电压频率的监测
7、。设计结构简单、测量误差小,具有很高的实用价值。关键词:单片机;频率;电压;采样;AT89C52;AD0809;AbstractWith digital informatization in the rapid development of all walks of life, industrial system of informatization, digital will also become the future trend of development. Especially in the narrow space when operating, often face many f
8、unctions, sizes, different range instrument panel. These instrument panel not only occupy a space, and not enough intuitive, easy to cause the working staff of the incorrect operation or reaction lag, give operating cause unnecessary trouble. So using AC frequency and voltage measurement technology,
9、 design the voltage frequency monitoring system,may simplify system operation space, improve work efficiency.This design taking single chip computer AT89C52 as a core,combining the periphery signal to enlarge and the shapingcircuit, through to the output waveforms of the count and the simulated volt
10、age sampling, the quantitative get ac frequency and voltage the digital quantity. These data are sent to the upper computer by a series port and visual display,realizing the monitoring of the frequency and voltage. Design is simple in structure, measurement error small, has high practical value.Keyw
11、ords:single chip computer;frequency;voltage;sampling;AT89C52;AD0809;第一章 绪论1.1问题的提出随着信息化、数字化在各行各业的迅猛发展,工业系统中的信息化、数字化也将成为未来的发展趋势。计算机和智能仪器等各种设备已经大量进入各个领域。尤其在狭小的空间操作时,经常要面对功能众多、大小不等、量程各异的仪表盘,这些仪表盘不仅占用空间,而且不够直观,在情况紧急时,容易造成工作人员的误操作或反应滞后,给操作带来不必要的麻烦。因此利用交流电频率、电压测量的技术,设计出电压频率检测系统,可以简化系统的操作空间,提高工作效率。1.2 设计的意
12、义本设计提出一种进行交流电频率、电压测量的方法,以简化系统的操作空间。使操作人员更加直观的进行系统供电频率、电压的监测,而不用先找位置,再进行各种仪表体积、量程的对比确认,最后才进行观测参数的读取,简化了操作员操作过程,节省了操作时间。电压和频率是反映电能质量的两个主要指标,本设计中介绍了电压、频率的测量原理以与如何利用单片机实现电压、频率的测量和将所得测量数据通过串行接口发送到上位机进行直观显示。这种测量装置硬件结构简单、测量误差小、价格低,具有很高的实用价值,可以作为测试仪器使用,也可以作为监测装置的一部分。1.3 设计的主要容1.本设计的主要容:该设计主要用单片机设计电压频率测量系统,来
13、完成对电压频率测量的基本功能,包括显示功能,传感器数据采集与处理功能和单片机系统与上位机通信的功能。2.设计实现的主要功能提出系统的硬件方案和方案论证优化;根据要求完成单片机的基本系统功能结构设计;完成对电压、频率等信号的检测和接口电路的设计;完成显示电路的设计;完成软件需求的系统分析。3.设计的主要技术指标电压围:0-250V;频率围:0-9999HZ;检测周期:次秒;测量精度:电压1V,频率1 HZ。第二章 系统概述2.1 电压/频率的测量方法对于单片机为核心构成的检测仪器,测量电压、频率时有多种方法,一般根据不同的要求,采用不同的测量方法,这样可以提高测量的准确度。更好的达到设计要求。2
14、.1.1频率的测量原理交变信号或脉冲信号的频率是指在单位时间由信号所产生的交变次数或脉冲个数,即fX=N/t。可以看出测量fX必须将N或t两个量之一作为闸门或基准,对另一个量进行测量。对fX的测量是由电路提供标准闸门信号即t=TZ,TZ通常为1s或它的十倍百倍等,然后对TZ的被测信号变化的次数进行计数,得到NX,即可得到fX=NX/Tz。对于低频信号,如果利用电子计数器直接测频,由于1误差所引起的测频误差将会大到不可允许的程度,例如,fX=10Hz,T=1s,则由1误差引起的测频误差可达10%。所以,为了提高测量低频时的准确度,数字电路中采用的是测周法,即TX=l/fX=t/N。由电路提供标准
15、时基信号TS,将被测信号的周期作为闸门,将测量转化为对标准时基信号进行计数TX=nXTS。利用51系列单片机,采用上述测量原理,标准闸门信号或标准时基信号可由单片机的定时/计数器提供,只需采用简单的程序控制就可测得对应的经过信号预处理的fX或TX。根据单片机AT89C52定时器/计数器T0方式1结构图(如图2.1)可知,T0计数脉冲控制电路中,有一个方式电子开关,当 C/T=0时,方式电子开关打在上面,以振荡器的十二分频信号作为T1的计数信号,此时作为定时器用;C/T=1时,方式电子开关打在下面,此时以T0(P3.5)引脚上的输人脉冲作为T0的计数脉冲,此时可对外界脉冲进行计数。C/T的状态可
16、由T0的方式寄存器TMOD进行设置。定时/计数器T1与之相类似。图2. 1 AT89C52定时/计数器基本组成2.1.1.1周期测量法测周期法又称计时法,适用于低频信号。是利用周期和频率之间互为倒数的关系,通过测量周期性矩形脉冲信号一个或多个周期的时间,取其一个周期的倒数即为该脉冲信号的频率。测周法测量频率时序图如图2.2所示。图2. 2测周法测量频率时序图将单片机的P3.2端口作为脉冲信号的输入端,利用中断方式,当外部中断INT0检测到第一个脉冲下降沿时,开启定时器T1,紧接着当检测到第二个脉冲下降沿时,关闭定时器T1,此时定时器部累积的时间即为该脉冲的周期,取其倒数则可得到其频率。而实际设
17、计中,考虑到为了提高测量精度和保证测量数据的实时刷新,可根据不同的频率围选择适当的周期数M,然后取其平均值来减少测量误差。设计软件流程图如图2.3所示。图2. 3 周期测量法流程图多周期同步测量法综合运用了计数法和测周法,进一步提高了测量精度,充分利用了单片机部的中断源,使被测信号与单片机部时钟信号同步,实现了同步测量。多周期同步法适用于中频信号。其特点是标准频率信号不是用来填充待测信号的周期,而是与待测信号分别输入到两个计数器进行同步计数。当单片机给出闸门关闭信号后,计数器并不立即停止计数而是等到被测信号上升沿到来的时刻才真正结束计数,完成一次测量过程(见图2.4)。可以看出,实际闸门与参考
18、闸门并不严格相等,但最大差值不超过被测信号的一个周期。设对被测信号的计数值为Nx,对时基信号的计数值为N0,时基信号的频率为f0,则被测信号的频率为:fx=Nx/N0f0。图2. 4 多周期同步法测频原理图同步法测量频率时序图如图2.5所示。图2. 5同步法测量频率时序图将单片机的P3.2和P3.4端口同时作为脉冲信号的输入端,单片机工作于中断模式,当外部中断0检测到被测脉冲(P3.2口)其中一个下降沿时,同时去开启计数器T0和定时器T1,使T0对被测脉冲(P3.4口)进行累积计数,T1进行部累积计时,并且关闭当前外部中断响应模式,此时做到了测量开始的同步。直至设定的计数时间t1到,然后再重新
19、打开外部中断,而此时并不会立即关闭计数器T0和定时器T1,而是要等到被测脉冲的下一个下降沿到来触发外部中断0响应后,再去同时关闭计数器T0和定时器T1,此时做到了测量结束的同步。最后分别取出计数器T0中的计数值N和定时器T1的部计时时间T1代入公式f=N/T1进行数据运算,送数码管显示被测脉冲频率。定时器T1中的设定计数时间t1主要用来完成对测量数据刷新周期的控制,即每一次测量过程中对脉冲采集时间的设定,为了保证测量和显示的数据实时刷新,一般t1取0.5S到1S为佳。设计软件流程图如图2.6所示。图2. 6多周期同步测量法的流程图2.1.1.2直接测频法适用于高频信号。充分利用单片机的两个定时
20、/计数器。一个作为定时器,给出标准闸门信号TX;另一个作为计数器,对fX的变化次数直接进行计数得Nx,得fx=Nx/Tz。测量原理如图2.7所示。图2. 7 直接测频率测频原理图计数法测量频率是利用单片机部两个定时器/计数器T0和T1,使一个工作在定时模式,另一个工作在计数模式下完成测量功能的。计数法测量频率时序如图2.8所示。图2. 8计数法设计软件流程图用定时器T1来产生一个1S的时钟基准,同时计数器T0对由P3.4口输入的周期性矩形脉冲信号的下降沿进行累积计数,再将累积计数值M送数码管显示。设计软件流程图如图2.9所示:图2. 9 直接测频法原理框图在计数器工作方式下,加至外部引脚的待测
21、信号发生从0到1的跳变时计数器加1,这样在定时闸门信号的控制下可以用来测量待测信号的频率。将51单片机的两个定时/计数器分别定义为:T0为计数器,T1为定时器,均采用方式1,即方式控制字TMOD为#51H。外部输入在每个机器周期被采样一次,检测一次从到的跳变需要个机器周期,所以最大计数频率为0.5MHz。定时计数没有溢出的最大计数值为65535。2.1.2电压测量方法2.1.2.1 A/D转换法所谓A/D转换法就是将被测电压信号经过阻抗匹配,变成单片机可测量的电压围,后经模数转换测得相应的电压值。直接型A/D转换器可直接将模拟信号转换成数字信号,这类转换器工作速度快。并行比较型和逐次比较型A/
22、D转换器属于这一类。而间接型A/D转换器先将模拟信号转换成中间量(如时间、频率等),然后再将中间量转换成数字信号,转换速度比较慢。双积分型A/D转换器则属于间接型A/D转换器。逐次逼近型A/D转换器,在精度、转换速度和价格上都适中,是最常用的A/D转换器件。双积分A/D转换器,具有高精度、抗干扰性好的、价格低廉等特点,但转换速度低。1.并行比较型A/D转换器图2. 10三位并行A/D转换器原理图3位并行比较型A/D转换器原理电路如图2.10所示。它由电阻分压器、电压比较器、寄存器与编码器组成。图中的八个电阻将参考电压VREF分成八个等级,其中七个等级的电压分别作为七个比较器C1C7的参考电压,
23、其数值分别为VREF/15、3VREF/15、13VREF/15。输入电压为uI,它的大小决定各比较器的输出状态,例如,当0 uI(VREF/15)时,C1C7的输出状态都为0;当(3VREF/15)uI(5VREF/15)时,比较器C1和C2的输出C01=C02=1,其余各比较器输出状态都为0。根据各比较器的参考电压值,可以确定输入模拟电压值与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D触发器存储,CP作用后,触发器的输出状态Q7 Q1与对应的比较器的输出状态C07 C01一样。经代码转换网络(优先编码器)输出数字量D2D1D0。优先编码器优先级别最高是Q7,最低是Q1。设uI变化围是0VR
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 电压 频率 监测 系统 设计 论文 说明
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【二***】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【二***】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。