文档介绍：目录
1 绪论 2
2 总体方案设计 3
3 硬件及单元电路的设计 4
一阶有源低通滤波电路 4
A/D转换器 5
89C52单片机 6
7段共阴极LED数码管 7
报警灯 8
串行通信接口 8
4 软件设计 9
限幅滤波 10
线性插值建立模型校正系统误差 10
采样数据最新50位保存 11
A/D转换数据传送 12
4位LED数码管动态显示 13
串口通信数据上传 14
产生脉冲波设计 15
程序清单(见附录一) 16
总体软件控制流程图(见附录二) 16
5 课程设计心得 17
6 元器件清单 18
7 参考文献 19
附录一(程序清单) 20
附录二(总体软件控制流程图) 31
1 绪论
随着仪器仪表和信息管理的高度自动化,以计算机为核心的信息处理与过程控制相结合的智能仪器系统应运而生。智能仪器是计算机技术与测试技术相结合的产物,是含有微计算机或微处理器的测量仪器。由于他拥有对数据的存储、运算、逻辑判断和自动化操作等功能,具有一定的智能作用,因而被称为智能仪器。
通过传感器拾取被测参量的信息并转换成电信号,经滤波去除干扰后送入多路模拟开关;由单片机逐路选通模拟开关将各输入通道的信号逐一送入程控增益放大器,放大后的信号经A/D转换器转换成相应的脉冲信号后送入单片机中;单片机根据仪器所设定的初值进行相应的数据运算和处理(如非线性校正等);运算的结果被转换为相应的数据进行显示和打印;同时单片机把运算结果与存储于片内FlashROM(闪速存储器)或EE2PROM(电可擦除存贮器)内的设定参数进行运算比较后,根据运算结果和控制要求,输出相应的控制信号(如报警装置触发、继电器触点等)。此外,智能仪器还可以与PC机组成分布式测控系统,由单片机作为下位机采集各种测量信号与数据,通过串行通信将信息传输给上位机——PC机,由PC机进行全局管理。
然而,数据采集是工业控制等系统中的重要环节,,如RAM、R0M、I/,或者说一个小小的改动就可能需要重新对电路进行设计,,外接众多分立器件将严重影响系统的可靠性和稳定性。
电压是一种基本的环境参数,人民的生活与电息息相关,在工业生产过程中需要实时监控电压,在日常生活中也离不开电压的测量。因此研究电压监控系统具有重要意义。在本课程设计中,利用89C52单片机的控制下,对被测量电压进行实时监控,通过89C52单片机来观测被测的电压量,和判断电压是否超出设定要求,从而进行相关的处理和显示。
2 总体方案设计
调理电路
A/D 转换
单
片
机
显示
串行通信接口
PC机
(上位机)
模拟信号
图 1 数据采样系统组成框图
在本课程设初始条件中,设计一个智能化的数据采集和电压监控系统,该系统以单片机为核心并具有如下功能:1)能对2-4v范围变化的模拟信号进行连续采样(模拟信号中有尖峰脉冲干扰和50Hz工频干扰)和实时数字显示,采样频率为10Hz,保存最近的50个连续采样值;2)当采样值小于2v时第1个报警灯闪烁,大于4v时第2个报警灯闪烁;3)能对存在的系统误差进行线性插值校正;4)能和上位机进行串行通信,根据上位机的要求随时将采样数据上传;5)能产生占空比为20%幅度为5v的50Hz脉冲波供外设用。
所以,设计模拟量信号通过一阶有源低通滤波电路即调理电路,硬件上进行尖峰脉冲干扰和50Hz工频干扰的滤除,然后对模拟信号进行采样,将信号变成时间上离散的脉冲串,接着通过A/D转换器,将采样值变成数值上离散的量化值,再按一定的编码形式转换成数字量。然后数字量通过串行输出MAX1241传输给单片机。单片机用89C52,接着经过必要的数字滤波,进行对存在的系统误差线性插值校正,和自动零点校正和自动增益校正,消除两类干扰。接着就通过必要的数据转换和比较,如果电压大于4V或小于2V,单片机将点亮相应的灯提示,还有转换后的数据输出给LED,LED通过动态显示出当前采样的电压值,同时把采样数据进行保存,保存最新的50个数据。另外,串口通信通过RS-232串行总线与上位机相连,随时随时采样数据的上传。
3 硬件及单元电路的设计
一阶有源低通滤波电路
图2 LM741封装管脚图
RC滤波器。RC滤波器电路简单,抗干扰性强,有较好的低频性能,在工程测试的领域中最经常用到的滤波器是RC滤波器。所以这里采用一阶有源低通电路来滤除尖峰