2017畢業(yè)論文-工頻數(shù)字多用表自動測試系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要3</b></p><p>　　Abstract4</p><p><b>　　第1章 緒 論5</b></p><p>　　1.1 數(shù)字多用表的發(fā)展概況5</p><p

2、>　　1.2 設計要求6</p><p>　　第2章 8051、8155、0809以及顯示器和鍵盤介紹7</p><p>　　2.1 8051單片機7</p><p>　　2.2 ADC080910</p><p>　　2.3 帶有I/O接口和計時器的靜態(tài)RAM815511</p><p>　　2.3.

3、1 8155的結構11</p><p>　　2.3.2 8155的引腳功能12</p><p>　　2.4 發(fā)光二極管顯示器LED13</p><p>　　2.5 鍵盤接口15</p><p>　　第3章 數(shù)字多用表的系統(tǒng)結構及硬件電路16</p><p>　　3.1 數(shù)字多用表的系統(tǒng)結構16</p&

4、gt;<p>　　3.2 移相變幅電路16</p><p>　　3.3 輸入調(diào)理電路17</p><p>　　第4章 系統(tǒng)實現(xiàn)及計算公式18</p><p>　　4.1 輸入電路系統(tǒng)硬件部分18</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)處理部分18</p><p>　　4.3 測量電路方案的確定19&

5、lt;/p><p>　　4.4系統(tǒng)硬件總圖20</p><p>　　第5章 軟件設計22</p><p>　　第6章 數(shù)字多用表的檢修與調(diào)試方法35</p><p>　　6.1 檢修數(shù)字多用表的12種方法35</p><p>　　6.2 數(shù)字多用表的故障分析36</p><p>　　6.3

6、 數(shù)字多用表的調(diào)試方法37</p><p>　　第7章 結 論38</p><p><b>　　參考文獻39</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　工頻數(shù)字多用表介

7、紹了數(shù)字式工頻交流電參數(shù)多用表的作用，描述了系統(tǒng)的設計過程，給出了系統(tǒng)的組成框圖及各部分的連接圖；說明了核心部件數(shù)字式電位器AD5242的結構，性能特點；簡述了交流采樣法的原理及實現(xiàn)過程；對系統(tǒng)的軟件設計也進行了敘述，給出了部分軟件模塊。</p><p>　　工頻數(shù)字多用表自動測試系統(tǒng)具有速度快、體積小、可靠性高、系統(tǒng)組建靈活方便等特點，是20世紀90年代發(fā)展起來的一種新型的自動測試系統(tǒng)平臺，它充分融合了計算機軟

8、件技術、硬件技術、微電子技術、測試技術發(fā)展的最新成果。通過實際硬件電路的設計要學會數(shù)字多用表的電路測量、電路調(diào)試以及數(shù)字多用表的故障分析和調(diào)試方法，同時通過數(shù)字多用表的電路設計、調(diào)試和匯編程序的編寫，完成該數(shù)字多用表的設計。</p><p>　　關鍵詞： 交流參數(shù)表, 數(shù)字電位器, 交流采樣, 單片機</p><p><b>　　Abstract</b></p

9、><p>　　In this article, the functions of digital alternating current parameter Multi-function meter are introduced. The system design process is described. The constitute frame diagram and each part on-lines di

10、agram are given. The construction and function characteristics of core digitally controllable variable resistors AD5242 are elucidated. The principle with realized process of AC sampling methods are described in brief. T

11、he soft ware design of system is also described. The part soft ware blocks ar</p><p>　　The digital multimeter module automatic test system possesses a lot of advantages, such as small volume, high speed, hig

12、h reliability, flexibly and conveniently assembling and constructing system and so on. It is a new type of automatic test system which has been developed in the 1990s. The system has made fully use of the combination of

13、the newest production of computer software, hardware technology, micro-electronic technology. The design that pass the actual hardware electric circuit much wan</p><p>　　Key word: alternating current paramet

14、er meter; digitally controllable variable resistors; AC sampling; Digital Multimeter Module</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 數(shù)字多用表的發(fā)展概況</p><p>　　數(shù)字萬用表亦稱數(shù)字多用表（Digital

15、 MultiMeter），它是大規(guī)模集成及計算機技術和數(shù)顯技術相結合的結晶，問世于60年代。我國數(shù)字萬用表工業(yè)起步較晚，70年代中期從南韓購置DT830、DT890樣機和散件仿仿制，生產(chǎn)數(shù)量不大，由于外部信息不靈，國內(nèi)的元器件滿足不了要求，加上模具、工藝等方面的差距，發(fā)展速度十分緩慢，產(chǎn)品也上不了檔次，與國外同類產(chǎn)品相比落后約15年，談不上有什么基礎。對于深圳來講，數(shù)字萬用表工業(yè)更是從零開始。隨著特區(qū)的建立，改革開放政策不斷深入發(fā)展，政

16、策上的開放，加之毗鄰港澳地理位置上的優(yōu)勢，信息的靈通便于先進技術的引進，給從事數(shù)字萬用表事業(yè)的專門人材帶來了施展才華的良好時機，愿意到深圳來創(chuàng)業(yè)。同時也給港澳明智商家以商業(yè)靈感，他們引來先進技術、專用元器件到深圳合資辦廠。這樣就為數(shù)字萬用表發(fā)展創(chuàng)造了一個天時、地利、人和的良好發(fā)展條件，從零開始到目前年產(chǎn)850萬臺數(shù)字萬用表，出口90多個國家和地區(qū)世界稱尊的局面。所以說中國數(shù)字萬用表工業(yè)的發(fā)展是伴隨著深圳數(shù)字萬用表的發(fā)展和深圳經(jīng)濟特區(qū)的發(fā)

17、展同時起步的。深圳的數(shù)字萬用表工業(yè)飛快發(fā)展代表著中國數(shù)顯儀表工業(yè)發(fā)展的一個新的里</p><p>　　數(shù)字多用表在采用單片式微機控制后，功能更加多樣化，使用更加方便、可靠、而且準確度大大提高。除測量傳統(tǒng)的交/直流電壓、交/直流電流、2線/4線電阻等，還可測量頻率、周期、電容和電感，還可進行電平（分貝值）測量，可實現(xiàn)自動量程切換，可對測量結果進行統(tǒng)計運算。有的數(shù)字多用表還可以在數(shù)字顯示器下面外加光條顯示器，以提高對

18、被測波動變化傾向的判斷能力。許多儀器都具有標準接口，可組成自動測試系統(tǒng)，完成單臺儀器無法完成的復雜測試任務。</p><p>　　1975年，美國錫斯特.唐納（SYSTEM DONNER）公司率先生產(chǎn)了5 1/2位7115型數(shù)字多用表。1977年，英國Solartron公司采用脈沖調(diào)寬積分原理生產(chǎn)了7075型7 1/2位數(shù)字多用表，其直流電壓分辨力為1uv。到了80年代，高性能的數(shù)字多用表讀數(shù)已達到7 1

19、/2位—8 1/2位，在分辨力方面，直流電壓可達到0.01uv，交流電壓可達0.1uv，在24小時穩(wěn)定性方面直流電壓可達到0.6ppm(1281)，交流電壓可達到40ppm；在真有效值響應方面，覆蓋整個音頻范圍，波形因數(shù)可達5 ：1。其數(shù)據(jù)處理能力一般包括百分誤差、絕對誤差、最大值及最小值、峰-峰值、平均值、有效值、方差及標準差等。有的儀器還可以在數(shù)日內(nèi)進行采樣間隔可調(diào)的自動連續(xù)測量及自動存數(shù)等。如Solartron公司1983年推出

20、的7081型8 1/2位數(shù)字多用表，其直流電壓準確度為14ppm，交流電壓準確度為360ppm。FLUKE公司推出的8506A型7 1/2位數(shù)字多用表，直流電壓年準確度為5.6ppm，交流電壓年準確度為95ppm。</p><p>　　目前，在交流電壓測量方面準確度最高的是Fluke公司生產(chǎn)的792和Wavetek公司生產(chǎn)的4920。其中4920交流電壓測量準確度為15ppm/2年。在數(shù)字多用表方面，Wave

21、tek公司生產(chǎn)的4950多功能傳遞標準的30天傳遞穩(wěn)定性最高；直流電壓為1.5ppm，直流電流為7ppm，交流電壓為10ppm，交流電流為40ppm，電阻為3ppm。</p><p>　　在內(nèi)附微控制器的控制下，高性能的數(shù)字多用表大都采用了自動校準技術，使儀器的準確度進一步得到提高。如上面提到的1281型數(shù)字多用表，具有自動校準和自我校準功能。利用自我校準可以減小環(huán)境變化和時間推移對儀器性能的影響。而且與之相適應

22、，又出現(xiàn)了商品型精密數(shù)字、微機化可控制校準儀。它可實現(xiàn)在一般實驗室環(huán)境下對6 1/2位到8 1/2位數(shù)字多用表進行校準。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　設計并制作一個能同時對一路工頻交流電的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、功率因數(shù)進行測量的數(shù)字多用表，并通過按鍵控制實現(xiàn)交流電壓、交流電流、有功功率、無功功率在

23、測試過程中的最大值和最小值測量。</p><p>　　第2章 8051、8155、0809以及顯示器和鍵盤介紹</p><p>　　2.1 8051單片機</p><p>　　1 8051單片機是在一塊芯片中集成了CPU,RAM,ROM、定時器/計數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺計算機所需的基本功能部件。單片機內(nèi)包括下列幾個部件：</p><p&

24、gt;　?。?）一個8位CPU；</p><p>　?。?）一個片內(nèi)振蕩器及時鐘電路；</p><p>　　（3）4K字節(jié)ROM程序存儲器；</p><p>　　（4）128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲器；</p><p>　?。?）兩個16位定時器/計數(shù)器；</p><p>　?。?）可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲器和64K外部程序

25、存儲器空間的控制電路；</p><p>　?。?）32條可編程的I/O線（四個8位并行I/O端口）；</p><p>　?。?）一個可編程全雙工串行口；</p><p>　　（9）有五個中斷源、兩個優(yōu)先級嵌套中斷結構。</p><p><b>　　8051引腳說明：</b></p><p>　　8

26、051單片機采用40條引腳雙列直插封裝方式。圖2-1為引腳排列圖。40條引腳說明如下：</p><p>　　圖2-1 8051引腳圖</p><p>　　1. 主電源引腳和，接地。正常操作時為+5V電源。</p><p>　　2. 外接晶體引腳和</p><p>　　內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此

27、引腳接地。</p><p>　　內(nèi)部振蕩器的反相放大器的輸出端，是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。</p><p>　　3. 控制或與其它電源復用引腳，，和</p><p>　　當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位。</p><p>　　在掉電期間，此引腳可接上備用電源，

28、由向內(nèi)部RAM提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　當正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存），提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。</p><p>　　外部程序存儲器讀選通信號輸出端。在從外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動八個LSTTL輸入。</p><

29、p>　　為內(nèi)部程序存儲器選擇端。當 為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器。當為電平時，則訪問外部程序存儲器。</p><p>　　4. 輸入/輸出引腳，，，</p><p>　　是一個8位漏極開路型雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線?？谀芤晕针娏鞯姆绞津?qū)動八個LSTTL負載。</p><p>　　是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向

30、I/O口。它能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載。</p><p>　　是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址?？诳沈?qū)動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載。</p><p>　　是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動（吸收或輸出電流）四個LSTTL負載。</p><p>　　2 在本系統(tǒng)中使用MCS-51

31、中8051，它由以下8個功能部件組成：CPU 程序存儲器 數(shù)據(jù)存儲器 并行I／O口 定時器／計數(shù)器 串行I／O口，中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。各部件是通過片內(nèi)單一總線連接而成。起基本結構是通用CPU加外圍接口的結構模式，功能部件的控制采用了特殊功能積存器的集中控制方法。</p><p>　　中央處理器是單片機的核心，起內(nèi)的CPU 為8位微處理器，其功能是完成算術邏輯運算和控制，其指令系統(tǒng)為面向控制而增加了各種

32、跳轉(zhuǎn)和位操作指令。8051片內(nèi)程序存儲器容量為4KB，用于存放程序指令和固定的數(shù)據(jù) 表格。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器容量為128B，作為寄存器供用戶存放可讀寫的數(shù)據(jù)，此外還有與其統(tǒng)一編制的一個稱為特殊功能寄存器的部件，用作對片內(nèi)各功能部件和專用寄存器進行統(tǒng)一管理 監(jiān)督和控制的 控制和狀態(tài)寄存器區(qū)。片內(nèi)的并行I/O有4個8位口，分別是P0.P1.P2.P3，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入和輸出。8051片內(nèi)有2個16位的計數(shù)器，為用戶提供計數(shù)或定時功能，并具

33、有四種方式可供選擇，串行口為全雙工，一實現(xiàn)單片機與其他系統(tǒng)之間的串行數(shù)據(jù)通信。串行口四種工作方式，即全雙工式，五個中段。</p><p>　　MCS-51單片機的各中芯片多數(shù)才用雙列直插式40引腳封裝，但80C51芯片還采用方型。</p><p>　　40條引腳中包括有32條I/O線，二條時鐘線，二條電源線，一條復位線以及另外三條信號線?，F(xiàn)將各引腳功能說明如下：</p>&l

34、t;p>　　P0.0～P0.7 8位漏極開路型雙向并列I/O線，當訪問外部存儲器時，它們是復用的低8位地址/數(shù)據(jù)總線。 </p><p>　　P1.0～P1.7 8位準雙向并行I/O線。</p><p>　　P2.0～P2.7 8位準雙向并行I/O線。作位傳輸高8位地址信息</p><p>　　P3.0～P3.7 8位準雙向并行I/

35、O線?？梢宰魑坏诙δ?，作為8個控制信號并規(guī)定如下：</p><p>　　P3.0-RXD： 串行數(shù)據(jù)接受</p><p>　　P3.1-TXD： 串行數(shù)據(jù)發(fā)送</p><p>　　P3.2-INT0 外中斷0請求</p><p>　　P3.3-INT1 外中斷1請求</p><p>　　P3.

36、4-T0 定時器0外輸入</p><p>　　P3.5-T1 定時器1外輸入</p><p>　　P3.6-WR 外部數(shù)據(jù)存儲器寫</p><p>　　P3.7-RD 外部數(shù)據(jù)存儲器讀</p><p>　　RST/V復位 當電源掉電時，作為內(nèi)部RAM的備用電源。</p><

37、;p>　　ALE/PROG 地址鎖存允許信號，當訪問外部存儲器時，將P0口的低8位地址信息打入鎖存器。它又是編程脈沖輸入端，用于對片內(nèi)EPROM的編程</p><p>　　PSEN 外部程序存儲器選通信號，低電平有效，在讀外部程序存儲器時，每個機器周期內(nèi)輸入二次有效信號，在執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序時，該信號無輸出，在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，它無有效信號輸出。</p><

38、;p>　　EA/VPP EA為低電平時，訪問外部程序存儲器，它高電平時，如PC值小于等于0FFFH，則訪問內(nèi)部程序存儲器。如PC值大于0FFFH，則訪問外部程序存儲器。</p><p>　　XTAL1 XTAL2 振蕩器輸入，輸出。</p><p>　　VCC VSS +5V電源和地。</p><p>　　在本系統(tǒng)中，單片機作為數(shù)據(jù)處

39、理部件，從模數(shù)轉(zhuǎn)換器來的信號進入起內(nèi)部處理在發(fā)送到顯示部件進行顯示，這里用的是8051內(nèi)部有四KB的ROM，128字節(jié)的RAM 。 </p><p>　　2.2 ADC0809</p><p>　　ADC0809是8路模擬輸入的8為模擬模數(shù) 開關轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換器以8個時鐘周期的時間完成一個轉(zhuǎn)換值，在64個脈沖后完成8位的轉(zhuǎn)換，時鐘由外電路提供，典型頻率為640HZ。八路

40、模擬開關由3為二進制信息控制，以完成對一路模擬信號轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號鎖存在內(nèi)部的輸出鎖存器中，由輸出允許信號選通鎖存器即可以在輸出線上得到轉(zhuǎn)換結果數(shù)據(jù)。</p><p>　　ADC0809的基本性能：</p><p><b>　　分辨率 8位 </b></p><p>　　轉(zhuǎn)換時間 100微妙</p><p>　　

41、總非調(diào)整誤差 正負1／2 LSB</p><p><b>　　功耗 15MW</b></p><p><b>　　電源 +5Ｖ</b></p><p>　　模擬輸入電壓 0～+5Ｖ</p><p><b>　　引腳信號定義：</b></p><p>　　

42、IN0～IN7 8路模擬輸入</p><p>　　ADDA～ADDC 通道選擇地址，ADDA為最低位</p><p>　　ALE 地址鎖存允許</p><p>　　START 啟動轉(zhuǎn)換信號</p><p>　　OE 輸出允許，高電平有效</p><p>　　CLOCK 轉(zhuǎn)換

43、時鐘輸入，時鐘頻率≤640KHz</p><p>　　在本電路中模數(shù)轉(zhuǎn)換器僅需要一個通道，將一組模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，其與單片機的連接如圖2-2所示：</p><p><b>　　圖</b></p><p>　　圖2-2 ADC0809</p><p>　　2.3 帶有I/O接口和計時器的靜態(tài)RAM8155</p&

44、gt;<p>　　8155芯片內(nèi)具有256個字節(jié)的RAM，兩個8位、一個6位的可編程I/O口和一個14位計數(shù)器，與8051單片機接口簡單，是單片機應用系統(tǒng)中廣泛使用的芯片。</p><p>　　2.3.1 8155的結構 </p><p>　　按照器件的功能，8155可由下列三部分組成：</p><p>　　1 隨機存儲器部分</p>

45、<p>　　容量為256×8位的靜態(tài)RAM。</p><p>　　2 I/O接口部分</p><p>　　端口A?？删幊绦?位I/O端口。</p><p>　　端口B?？删幊绦?位I/O端口。</p><p>　　端口C?？删幊绦?位I/O端口。</p><p>　　命令寄存器。8位寄存器，只允

46、許寫入。</p><p>　　狀態(tài)寄存器。8位寄存器，只允許讀出。</p><p>　　3 計數(shù)器/計時器的部分</p><p>　　是一個14位的二進制減法計數(shù)器/計時器。</p><p>　　2.3.2 8155的引腳功能</p><p>　　8155具有40個引腳采用雙列直插式封裝，其功能定義如下：</p

47、><p><b>　　1. （三態(tài)）</b></p><p>　　是地址/數(shù)據(jù)總線，可以直接與8031的P0口相連接。在允許地址鎖存信號ALE的后沿（即下降沿），將8位地址所存在內(nèi)部地址寄存器中。該地址可作為存儲器部分的低8位地址，也可是I/O接口的通道地址，這將由輸入的IO/信號的狀態(tài)來決定。在引腳上出現(xiàn)的數(shù)據(jù)信息是讀出還是寫入8155，由系統(tǒng)控制信號或來決定。<

48、/p><p><b>　　1. RESET</b></p><p>　　這是由8031提供的復位信號，作為總清器件使用。RESET信號的脈沖寬度一般為600ns.當器件被總清后，各轉(zhuǎn)接口被置成輸入工作方式。</p><p><b>　　2. ALE</b></p><p>　　允許地址鎖存信號。該控制信

49、號由8031發(fā)出，在該信號的后沿，將上的低8位地址、片選信號CE以及IO/信號所存在片內(nèi)的鎖存器內(nèi)。</p><p><b>　　3.</b></p><p>　　這是低電平有效的片選信號。當8155的引腳=0時，器件才允許被啟用，否則為禁止使用。</p><p><b>　　4. IO/</b></p>&

50、lt;p>　　這是一個I/O轉(zhuǎn)接口或存儲器的選擇信號。當IO/=1時，選擇I/O電路；當IO/=0時，選擇存儲器。</p><p><b>　　5.（寫）</b></p><p>　　在片選信號有效的情況下（即=0），該引腳上輸入一個低電平信號（=0）時，將AD0～7線上的數(shù)據(jù)寫入RAM某一單元內(nèi)（當IO/=0時），或?qū)懭肽骋籌/O端口電路（當IO/=1時）。&

51、lt;/p><p><b>　　6.（讀）</b></p><p>　　在片選信號有效的情況下（即=0），如果該引腳上輸入一個低電平信號（=0）時，將8155RAM某單元的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。若輸入一個高電平（=1），則將某一I/O轉(zhuǎn)接口電路的內(nèi)容讀至數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　由于系統(tǒng)控制的作用，（寫）和（讀）信號不會同時有效。根據(jù)上面分析：&

52、lt;/p><p>　　寫RAM必要條件是：（IO/ =0）·（=0）·（=0）。</p><p>　　寫I/O端口電路的必要條件是：（IO/=1）·（=0）·（=0）。</p><p>　　讀RAM必要條件是：(IO/ =0)·(=0)·(=0)。</p><p>　　（4） 讀I

53、/O端口電路的必要條件是： （IO/=1）·（=0）·（=0）。</p><p><b>　　7.</b></p><p>　　這是一組8根通用的I/O端口線，其數(shù)據(jù)輸入或輸出的方向由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容決定。</p><p><b>　　8.</b></p><p>　　

54、這是一組8位的通用I/O端口，其數(shù)據(jù)輸入或輸出的方向由可編程序的命令寄存器的內(nèi)容決定。</p><p><b>　　9.</b></p><p>　　這是一組6位的既具有通用I/O端口功能，又具有對PA和PB起某種控制作用的I/O電路。各種功能的實現(xiàn)均有可編程序的命令寄存器的內(nèi)容決定。</p><p>　　PA，PB和PC各I/O端口的狀態(tài)，可

55、由讀出狀態(tài)寄存器的內(nèi)容而得到。</p><p>　　10.TIMER IN</p><p>　　這是14位二進制減法計數(shù)器的輸入端。</p><p><b>　　11. </b></p><p>　　這是一個計時器的輸出引腳?？捎捎嫊r器的工作方式?jīng)Q定該輸出信號的波形。</p><p>　　12.V

56、cc為+5V電源引腳。</p><p>　　13.Vss為+5V電源的地線。</p><p>　　2.4 發(fā)光二極管顯示器LED</p><p>　　發(fā)光顯示器是單片機應用中常用的廉價輸出設備。它是由若干個發(fā)光二極管組成的，當發(fā)光二極管導通時，相應的一個點或一個筆劃發(fā)光，控制不同組合的二極管導通，就能顯示出各種字符，常用七段顯示器結構如圖2-3所示。</p&g

57、t;<p><b>　?。╝）共陽極</b></p><p>　　(c) 外形 (b) 共陰極</p><p>　　圖2-3 發(fā)光顯示器結構</p><p>　　點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂靜態(tài)顯示，就是當顯示器顯示某一個字符時，相應的發(fā)光二極管恒定地導通或截止。例如，七段顯示器的a,b,

58、c,d,e,f導通，g截至，則顯示0。這種顯示器方式，每一位都需要有一個8位輸出口控制，所以占用硬件多，一般用于顯示器位數(shù)較少（很少）的場合。當位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需的I/O口太多，一般采用動態(tài)顯示方法。</p><p>　　所謂動態(tài)顯示就是一位一位地輪流點亮各位顯示器（掃描），對于每一位顯示器來說，每隔一段時間點亮一次。顯示器的點亮既跟點亮時的導通電流有關，也跟點亮時間和間隔時間的比例有關。調(diào)整電流和時間參

59、數(shù)，可實現(xiàn)亮度較高較穩(wěn)定的顯示。若顯示器的位數(shù)不大于8位，則控制顯示器公共極電位只需一個I/O口（稱為掃描口），控制各位顯示器所顯示的字形也需一個8位口（稱為段數(shù)據(jù)口）。</p><p>　　表1 七段LED數(shù)碼的段碼</p><p><b>　　2.5 鍵盤接口</b></p><p>　　鍵盤事由若干個按鍵組成的開關矩陣，它是一種廉價的設備

60、。一個鍵盤，通常包括有數(shù)字鍵（09）,字母鍵（）以及一些功能鍵。</p><p>　　用于計算機系統(tǒng)的鍵盤有兩類：一類是編碼鍵盤，即鍵盤上閉合鍵的識別由專用硬件實現(xiàn)的。另一類是非編碼鍵盤，即鍵盤上鍵入及閉合鍵的識別由軟件來完成。</p><p>　　8051與鍵盤的接口可采用下列四種方式：</p><p>　　1.8051通過并行口（如8155，8255）與鍵盤接口

61、。</p><p>　　2.8051通過串行口與鍵盤接口。</p><p>　　3.8051通過9279與鍵盤接口。</p><p>　　4.8051的并行口直接與鍵盤接口。</p><p>　　第3章 數(shù)字多用表的系統(tǒng)結構及硬件電路</p><p>　　3.1 數(shù)字多用表的系統(tǒng)結構</p><p&

62、gt;　　多用表的組成框圖如圖3.1所示。交流信號放大后，一方面由過零比較電路轉(zhuǎn)為方波信號，由單片機計數(shù)器測量出信號周期和測量出電壓、電流之間的相位差；同時電壓、電流信號經(jīng)A/D采樣轉(zhuǎn)換后送入單片機。單片機系統(tǒng)在每個信號周期內(nèi)分別采樣N個電壓、電流值，根據(jù)離散積分公式計算出電壓、電流的有效值以及有功功率、無功功率、功率因數(shù)，再根據(jù)離散傅立葉變換計算出電壓基波有效值、電壓總諧波有效值等參數(shù)。在測量過程中，單片機系統(tǒng)根據(jù)不同的信號有效值，自

63、動改變數(shù)字電位器的參數(shù),以改變信號放大倍數(shù),使系統(tǒng)對信號采樣保持在最佳線性狀態(tài)，保證了測量的精度。</p><p>　　圖3-1 多用表組成框圖</p><p>　　3.2 移相變幅電路</p><p>　　電路圖如圖3-2所示。該圖采用網(wǎng)絡標號的形式，圖中+12V，-12V為LM324的供電電源；LM324是四運放電路；AGND表示模擬地；Vin表示信號輸入；Vo

64、ut表示信號輸出。 </p><p>　　在Vin處輸入一個交流信號。調(diào)整可變電阻R1的大小，可使輸出信號在輸入信號的基礎上發(fā)生移位偏移；調(diào)整R3的大小，可使輸出信號的幅值大小發(fā)生變化。</p><p>　　圖3-2 移相變幅電路</p><p>　　3.3 輸入調(diào)理電路</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換模塊工作時，一般用芯片的工作電壓作為A/

65、D轉(zhuǎn)換的參考電源；因此對交流信號而言，需把雙極性輸入電壓經(jīng)過提升變成單極性電壓，提升電路如圖所示：</p><p>　　圖3-3 輸入調(diào)理電路</p><p>　　實際測出，輸入的信號CH0在輸入信號VIN0基礎疊加了一個直流分量，調(diào)節(jié)VREF的值，該直流分量大小可以改變。如果適當調(diào)整VREF，使直流分量為2V，則輸入為幅值2V的交流正弦信號，輸入就為最大值4V，最小值0V的正弦單極性信號

66、；從而得到了提升的效果，是一般的雙極性交流信號變成了適合單片機處理的單極性信號。</p><p>　　第4章 系統(tǒng)實現(xiàn)及計算公式</p><p>　　4.1 輸入電路系統(tǒng)硬件部分</p><p>　　該系統(tǒng)總的輸入電路如圖4-1所示。</p><p>　　在實驗板上，可以通過電位器R92調(diào)節(jié)Vref的值，使提升電壓為+2V、幅值為2V的交流輸

67、入電壓經(jīng)過提升后，輸出0～4V的單極性電壓。為了保證采樣信號能充</p><p><b>　　圖4-1 輸入電路</b></p><p>　　分的反映模擬信號，必須在一個工頻周期內(nèi)采樣足夠多的點數(shù)，采樣點數(shù)根據(jù)采樣定理和所要考慮的諧波次數(shù)而定。本例中每個周期各采樣40個點。以一個220V/8V的變壓器，把220V左右的電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)變成8V左右的交流電壓，再接上一個470

68、Ω的分壓電位器，便可調(diào)到幅值為2V的交流電壓，經(jīng)過提升電路變成0～4V的單極性電壓信號。</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)處理部分 </p><p>　　由于PIC的A/D輸入前端加了變壓器、電位器及電壓提升電路，故A/D采樣得到的初始數(shù)據(jù)需要經(jīng)過調(diào)整變換后，才能得到與實際電壓電流對應的值。這可以由簡單的數(shù)據(jù)運算實現(xiàn)。</p><p>　　1. 交流電壓、電流

69、有效值的計算分析</p><p>　　對交流工頻信號的采集，一般是以其有效值進行計算，其計算公式為：</p><p><b>　　（4-1）</b></p><p><b>　　其中T為信號周期。</b></p><p>　　由于在計算機采集系統(tǒng)中，U（t）是一些離散的值，故應該用下面的計算公式&l

70、t;/p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　u(i)為各次瞬時采樣值，i=1,2,…n.</p><p>　　同理可以求得電流I的有效值。</p><p>　　2. 功率和功率因數(shù)的計算</p><p>　　在上一步中已經(jīng)測出了電壓、電流的有效值U和I，根據(jù)以下公式可以計算出

71、視在功率、有功功率、無功功率及功率因數(shù)。</p><p>　　視在功率 （4-3）</p><p>　　有功功率 （4-4）</p><p>　　u和i分別為離散瞬時采樣值。

72、 </p><p>　　無功功率 （4-5）</p><p>　　功率因數(shù) （4-6）</p><p>　　3. 最大值、最小值的測量與計算</p><p>　

73、　在數(shù)據(jù)存儲器RAM中，分別設置最大值寄存器和最小值寄存器。最大值寄存器先賦上一個很小的數(shù)，然后把每個的測量值和最大值寄存器里的數(shù)比較，若測量值大于該數(shù)，則測量值代替該數(shù)放入寄存器；否則寄存器的數(shù)不變。于是最大值寄存器里的數(shù)總是測量過程中最大的，即為最大值。同理可以得到測量過程中的最小值。</p><p>　　4.3 測量電路方案的確定</p><p>　　目前國外高準確度的數(shù)字多用表技術

74、已經(jīng)成熟，有許多經(jīng)典的測量電路，他們用的電子元器件也很經(jīng)典，因此在考慮測量電路的整體方案時，可以參照國外多種儀器的技術方案，由于臺式數(shù)字多用表的電路不受尺寸的限制，電路設計可以采用許多分立元件或其廠家的專用電路，用以保證儀表的測量準確度和可靠性，由于數(shù)字多用表的電路主要是模擬電路，元件的集成度不高，因此臺式數(shù)字多用表的體積較大。</p><p>　　在設計數(shù)字多用表時，只能參考臺式儀器的測量原理，根據(jù)國內(nèi)外元件的

75、供應情況，對部分單元電路作了簡化、修改或重新設計，在不犧牲模塊儀器的技術指標和可靠性的前提下，盡可能采用集成電路和軟件設計，適度增加模塊的硬件費用和程序工作量。</p><p>　　在測量電路的，直流電壓衰減網(wǎng)絡對10V以下被測電壓實現(xiàn)100：1的衰減，輸入阻抗10M歐姆。衰減網(wǎng)絡的電阻應具有很好的溫度匹配特性，我們采用了國內(nèi)六位半數(shù)字多用表的匹配電阻，并經(jīng)過了多年的老化，溫度漂移很小，對于10V以下的輸入電壓，

76、應該直接進入多路開關，因此輸入電阻應為運放的輸入阻抗，可高達100M歐姆；由于模塊具有自動量程功能及過載保護功能，直接輸入電路應具有保護電路，保護電路應不影響測量準確度。</p><p>　　交流量程轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)交流電壓的四種量程轉(zhuǎn)換，由于交流測量的特點，不可能有很高的準確度，因此在選擇比例電阻時，只需要使用溫度系數(shù)小的精密電阻便可，并不需要比例電阻的溫度系數(shù)嚴格匹配。由于交流信號需要有較寬的頻帶，因此要對交流量

77、程轉(zhuǎn)換電路的比例電阻進行頻率補償。</p><p>　　線性變換電路的作用是將輸入信號變換到ADC所能接受的電壓范圍和極性、使ADC能正常工作并留有一定的余量，使各檔均有一定的過載能力。線性變換電路的比例電阻的溫度系數(shù)應嚴格匹配。在進行精密測量時，由于可隨時標定增益和零點，線性變換電路的誤差可以認為全部被修正掉。</p><p>　　單片機及控制電路是測量電路的測量過程控制、數(shù)據(jù)運算、信息

78、交換的中心。非易失性存儲器用于保存標定好的各測量功能及各量程的增益和零點，可大大提高測量準確度、簡化模擬電路；它的另一功能是復位看門狗。</p><p>　　作為一個高檔的模塊化儀器，必須在生產(chǎn)工藝上有所考慮，在電路中增加了程控校準電路，使信號的零點、幅度及直流偏置的零點、幅度均能程控設定。</p><p><b>　　4.4系統(tǒng)硬件總圖</b></p>

79、<p>　　總硬件電路圖如圖4-2:</p><p>　　圖4-2 硬件電路圖</p><p><b>　　第5章 軟件設計</b></p><p>　　多用表設計過程中，盡量簡化硬件，而以軟件代之。根據(jù)多用表工作原理，在</p><p>　　多用表軟件中設計了多字節(jié)乘法子程序、多字節(jié)除法子程序﹑多字節(jié)開方子

80、程序以及 </p><p>　　正余弦計算等子程序。這些子程序在單片機叢書中多可看到，這里就不再介紹，圖5-1是主程序流程圖。</p><p><b>　　否</b></p><p><b>　　有</b></p><p>　　圖5-1 主程序框圖</p><p><b

81、>　　否</b></p><p><b>　　是</b></p><p>　　圖5-2 A/D流程圖</p><p><b>　　程序清單:</b></p><p>　　電壓，電流進行第一次采樣同時送最值單元:</p><p>　　ORG 0000H&l

82、t;/p><p>　　Main: MOV s%,#28H ;設置堆棧</p><p>　　MOV DPTR, #OAF00H</p><p>　　MOV A, #03H</p><p>　　MOV @DPTR, A ;8155A口，B口C口為輸出</p><p

83、>　　MOV R0, #7E00H</p><p>　　MOV A, #00H</p><p>　　MLO: MOVX @R0, A ;數(shù)據(jù)存儲區(qū)清0</p><p>　　INC R0 ;7E00H～7EEFH</p><p>　　CJNE R0, #

84、7EF0H ML0</p><p>　　ADC：PUSH PSW</p><p><b>　　PUSH ACC</b></p><p><b>　　PUSH DPL</b></p><p><b>　　PUSH DPH</b></p><p>

85、;　　MOV R1, #28H ；賦計數(shù)值40</p><p>　　MOV R0, #7E01H ；賦片外RAM首址</p><p>　　ADC1：SETB IT1 ；INT1邊沿觸發(fā)</p><p>　　SETB EX1 ；開放

86、INT1中斷</p><p>　　SETB EA ；CPU開放中斷</p><p>　　MOV DPTR, #0DFF8H ；選中通道口0口地址</p><p>　　MOV A, #00H</p><p>　　MOVX @DPTR, A ；啟動A/

87、D</p><p>　　LOOP1： NOP ；等待中斷</p><p>　　AJMP LOOP1</p><p>　　MOV DPTR, #0DFF8H </p><p>　　MOVX A, @DPTR </p><p>　　

88、MOVX @R0, A ;數(shù)據(jù)讀入外部RAM 7EO1H</p><p>　　MOV 49H, A ；數(shù)據(jù)同時送入內(nèi)部RAM</p><p>　　MOV 52H, A ；RAM 49H，52H 最大值最小單元值</p><p><b>　　INC R0&

89、lt;/b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV R2, R0 ；電壓存儲單元地址送R2保存</p><p>　　MOV DPTR, #0DFF9

90、H ；啟動通道IN1進行電流轉(zhuǎn)換</p><p>　　MOV A, #00H</p><p>　　MOVX @DPTR, A </p><p>　　LOOP2： NOP ；等待中斷</p><p>　　AJMP LOOP2</p>

91、;<p>　　MOV RO, #7E79H </p><p>　　MOV DPTR, #0DFF9H </p><p>　　MOVX A, @DPTR </p><p>　　MOVX @R0, A ;電流送外部RAMDFF9H單元</p><p&g

92、t;　　MOV 55H, A ;電流送最大值最小值單元</p><p>　　MOV 58H, A</p><p>　　INC R0</p><p>　　INC R0</p><p>　　INC R0</p><p>　　MOV R

93、3, R0 ；將電流存儲單元地址送R3保存</p><p>　　DEC R1 </p><p>　　電壓，電流進行39次循環(huán)采樣同時進行最值比較：</p><p>　　ADC3： MOV DPTR, #0DFF8H ；選中IN0</p><p>　　MOV

94、 R5， #32H ；延時400微妙</p><p>　　LOOP3： NOP</p><p>　　DJNZ R5 LOOP3</p><p>　　MOV A, #00H</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p>　　LOOP4:

95、NOP </p><p>　　AJMP LOOP4</p><p>　　MOV R0, R2</p><p>　　MOV DPTR, #0DFF8H</p><p>　　MOVX A, @DPTR</p><p>　　MOVX @R0, A</p>&l

96、t;p>　　CLR C ；每次采樣電壓與最大值</p><p>　　SUBB 49H, A 和最小值單元內(nèi)容比較</p><p>　　JNC CH1</p><p>　　XCH 49H, A</p><p>　　AJMP

97、 BSD1</p><p>　　CHG1： SUBB 52H， A</p><p>　　JC BSD1</p><p>　　XCH 52H, A</p><p>　　BSD1： INC RO</p><p>　　INC RO</p><p>　　I

98、NC RO</p><p>　　MOV R2, RO</p><p>　　ADC4： MOV DPTR, #0DFF9H ;選中電流通道IN1</p><p>　　MOV R5, #32H</p><p>　　LOOP5： NOP

99、;延時400微妙</p><p><b>　　NOP</b></p><p>　　DJNZ R5, LOOP5</p><p>　　MOV A, #OOH ;啟動A/D</p><p>　　MOVX @DPTR, A </p><p>　　LO

100、OP6： NOP </p><p>　　AJMP LOOP6</p><p>　　MOV R0, R3</p><p>　　MOV DPTR, #0DFF9H</p><p>　　MOVX A, DPTR</p><p>　　MOVX @R0, A</p><p>

101、　　CLR C ;每次采樣電流值與最大</p><p>　　SUBB 55H, A 值最小值單元內(nèi)容比較</p><p>　　JNC CHG2</p><p>　　XCH 55H, A</p><p>　　AJMP BSD2<

102、/p><p>　　CHG2: SUBB 58H, A</p><p>　　JC BSD2</p><p>　　XCH 52H, A</p><p>　　BSD2: INC R0</p><p><b>　　INC RO</b></p><

103、p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOV R3, R0</p><p>　　DJNZ R1, ADC3 ;R1不為零，循環(huán)樣</p><p>　　電壓，電流數(shù)據(jù)標定程序,假設提升電壓為2V，對應16進制65H，由比例運算減去提升值。</p><p&g

104、t;　　LOOP7: MOV R0, #65 </p><p>　　MOV R1, 49H</p><p>　　MOV R2, #4</p><p>　　MOV A, R1</p><p>　　SUBB A, R0</p><p

105、>　　JC dong</p><p>　　MOV @R1, A</p><p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　D

106、JNZ R2, LOOP7</p><p>　　DONG： CPL A</p><p>　　MOV @R1, A</p><p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　IN

107、C R1</b></p><p>　　DJNZ R2, LOOP7</p><p>　　MOV R1, 7EO1H</p><p>　　MOV R2, #80</p><p>　　LOOP8： MOV R0, #65H</p><p>　　MOV A, R1</p&g

108、t;<p>　　SUBB A, RO</p><p><b>　　JC BD</b></p><p>　　MOV @R1, A</p><p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　INC R1</b>&l

109、t;/p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　DJNZ R2, LOOP8</p><p>　　BD: CPL A</p><p>　　MOV @R1, A</p><p><b>　　INC R1</b><

110、;/p><p><b>　　INC R1</b></p><p><b>　　INC R1</b></p><p>　　DJNZ R2 LOOP8</p><p>　　電壓，電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為浮點數(shù)據(jù)：</p><p>　　ADC： MOV B, #80 &l

111、t;/p><p>　　MOV R7, #7E00H</p><p>　　LOOP9: MOVR DPTR, R7</p><p>　　MOVX A, @DPTR</p><p>　　MOV RO, A </p><p>　　LCALL DTOF</p><p>　　MOV

112、 A, R0</p><p>　　MOVX @DPTR, A</p><p><b>　　INC R7</b></p><p><b>　　INC R7</b></p><p><b>　　INC R7</b></p><p

113、>　　DJNZ B, LOOP9</p><p>　　電壓轉(zhuǎn)化為有效值，存入以34H為首址的單元中：</p><p>　　MOV B, #4OH</p><p>　　MOV DPTR, #7EOOH</p><p>　　LOOP10： MOV R3, #03H</p><p>

114、　　MOV RO, #34H</p><p>　　LOOP11： MOVX A, @DPTR</p><p>　　MOV @RO, A</p><p><b>　　INC RO</b></p><p>　　INC DPTR</p><p>　　DJN

115、Z R3 LOOP11</p><p>　　MOV R0, #34H</p><p>　　LCALL FSQU ；電壓平方</p><p>　　MOV R1, #37H ；平方和累加存放單元</p><p>　　LCALL FADD</p><

116、;p>　　MOV 37H, R0</p><p>　　DJNZ B LOOP10</p><p>　　MOV 46H， #8 ；樣本數(shù)存放在以</p><p>　　MOV A, #28H ；46H為首址的單元</p><p>　　MOV 4

117、7H, A ；中進行浮點化</p><p>　　MOV 48H, #0</p><p>　　MOV R0, #46H</p><p>　　LCALL FSDT</p><p>　　MOV 46H, R0</p><p>　　MOV R

118、O, #37H ；以累加和為被除</p><p>　　MOV R1, #46H、 數(shù)以樣本數(shù)為除</p><p>　　LCALL FDIV 數(shù)</p><p>　　LCALL FSQR</p><p>　　MOV 34H, R0

119、 ；結果存入34H單元中</p><p>　　電流轉(zhuǎn)化為有效值，存入40H為首址的單元中：</p><p>　　MOV B, #40</p><p>　　MOV DPTR, #7E78H</p><p>　　LOOP12： MOV R3, #O3H </p><p>　　MO

120、V R0, #40H </p><p>　　LOOP13： MOVX A, @DPTR</p><p>　　MOV @R0, A </p><p>　　INC R0 </p><p>　　INC DPTR </p><p&g