1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　電學(xué)參數(shù)測量技術(shù)涉及范圍廣，特別是微電壓、微電流、高電壓以及待測信號強(qiáng)弱相差極大的情況下，既要保證弱信號的測量精度又要兼顧強(qiáng)信號的測量范圍，在技術(shù)上有一定的難度。傳統(tǒng)的低成本儀表在測量電壓、電阻時(shí)都采用手動選擇檔位的方法來轉(zhuǎn)換量程。在使用中，當(dāng)忘記轉(zhuǎn)換檔位時(shí)，會造成儀表測量精度下降或損壞。 現(xiàn)代電子測量對系統(tǒng)的精度要求越來越高且

2、智能化程度也越來越高。全量程無檔自動量程轉(zhuǎn)換電壓表和電阻表是在保證測量精度不下降的前提條件下省去手動轉(zhuǎn)換量程的工作，得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　本文介紹了一種基于AT89S52單片機(jī)的智能多用表。該表能在單片機(jī)的控制下完成直流電壓、電阻和直流電流的測量。測量電流部分采用了簡單的I/V轉(zhuǎn)換電路完成測試；測量電壓部分結(jié)合模擬開關(guān)CD4051和運(yùn)算放大器OP07構(gòu)成程控放大器，實(shí)現(xiàn)了自動量程轉(zhuǎn)換；測量電阻部分

3、也由模擬開關(guān)CD4051和運(yùn)算放大器OP07相結(jié)合，在單片機(jī)控制下完成了自動量程轉(zhuǎn)換。電流、電壓和電阻的最終測量信號都在單片機(jī)的控制下由12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543進(jìn)行采集，采集的信號經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后通過LCD（12864）顯示出來，測量結(jié)果還可以由帶有串行EEPROM的CPU存儲器和監(jiān)控器的X25045進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)保存。</p><p>　　關(guān)鍵詞：TLC2543 自動量程轉(zhuǎn)換 程控增益放大器 電壓　電阻

4、　電流</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The electricity parameter measuring technique involves the area to be broad, specially micro voltage, micro electric current, high voltage as we

5、ll as in testing signal strong and the puniness discrepancy enormous situation, both must guarantee the discrepancy signal the measuring accuracy and to give dual attention to the strong signal the measuring range, techn

6、ically has certain difficulty. Traditional low cost measuring appliance when measurement voltage, resistance uses the manual choice file</p><p>　　This article introduced one kind based on AT89S52 monolithic

7、integrated circuit's intelligent multipurpose meter. This meter can complete the DC voltage, the resistance and the direct current measure under monolithic integrated circuit's control. The measuring current part

8、 used the simple I/V switching circuit to complete the test; Measurement voltage part union simulation switch CD4051 and the operational amplifier OP07 constitution program control amplifier, has realized the automatic m

9、easurin</p><p>　　Key word: TLC2543 Automatic measuring Range of transformation Program control gain　Voltage Resistance Current</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要．．．．．．．．

10、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1</p><p>　　Abstract ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2</p><p>　　第一章　緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

11、．．．5</p><p>　　1．1　概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5</p><p>　　1．2　智能儀器/儀表國內(nèi)外發(fā)展概況．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5</p><p>　　1．3　課題研究目的及意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

12、．．．．．．．．6</p><p>　　第二章　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能介紹．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1　系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．1　儀表功能．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

13、．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．2　性能指標(biāo)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．3　本機(jī)特色．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8</p><p>　　2．1．4　系統(tǒng)使用說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

14、．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　2．2　系統(tǒng)工作原理概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9</p><p>　　第三章　方案設(shè)計(jì)與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11</p><p>　　3．1　量程選擇的設(shè)計(jì)與論證．．．．．．．．．．．．．．．．

15、．．．．．．．．．．．．．．．．．11</p><p>　　3．2　譯碼顯示部分方案分析與論證．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12</p><p>　　第四章　硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13</p><p>　　4．1　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

16、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13</p><p>　　4．2　各部分硬件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15</p><p>　　4．2．1　量程自動轉(zhuǎn)換電壓測量原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16</p><p>　　4．2．3　在線電阻測量原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

17、．．．．．．．．．．．．18</p><p>　　4．2．3　電流測量原理及AD620的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19</p><p>　　4．2．4　運(yùn)算放大器的選擇與OP07的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20</p><p>　　4．2．5 　A/D芯片TLC2543簡介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

18、1</p><p>　　4．2．6　串行存儲器X25045．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26</p><p>　　4．2．7　顯示部分．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28</p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

19、．．．．．30</p><p>　　5．1　概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30</p><p>　　5．2　主程序結(jié)構(gòu)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30</p><p>　　5．3　自動量程基本控制流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

20、．．．．．．．．．．．．．．32</p><p>　　第六章　系統(tǒng)測試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33</p><p>　　6．1　實(shí)驗(yàn)條件與標(biāo)定方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33</p><p>　　6．2　測試方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．

21、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33</p><p>　　6．3　測量結(jié)果與分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35</p><p>　　第七章　結(jié)束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37</p><p>　　謝 辭．．．．．．．．．．

22、．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38</p><p>　　參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．39</p><p>　　附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．41&

23、lt;/p><p>　　1．TLC2543讀寫程序</p><p>　　2．X25045讀寫程序</p><p>　　3．電壓電阻自動量程轉(zhuǎn)換測量程序</p><p><b>　　第一章　緒論</b></p><p><b>　　1．1概述</b></p><

24、p>　　在自動測控系統(tǒng)和智能儀器中，如果測控信號的范圍比較寬，為了保證必要的測量精度，常會采用改變量程的辦法。改變量程時(shí)，測量放大器的增益也應(yīng)相應(yīng)地加以改變；另外, 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，對于輸入的模擬信號一般都需要加前置放大器，以使放大器輸出的模擬電壓適合于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電壓范圍, 但被測信號變化的幅度在不同的場合表現(xiàn)不同動態(tài)范圍，信號電平可以從微伏級到伏級， 模數(shù)轉(zhuǎn)換器不可能在各種情況下都與之相匹配，如果采用單一的增益放大，往往使A

25、/D 轉(zhuǎn)換器的精度不能最大限度地利用，或致使被測信號削頂飽和，造成很大的測量誤差，甚至使A/D 轉(zhuǎn)換器損壞。使用程控增益放大器就能很好地解決這些問題，實(shí)現(xiàn)量程的自動切換，或?qū)崿F(xiàn)全量程的均一化，從而提高A/D 轉(zhuǎn)換的有效精度。因此，程控增益放大器在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、自動測控系統(tǒng)和各種智能儀器儀表中得到越來越多的應(yīng)用。</p><p>　　數(shù)字電壓、電阻和電流表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)，電壓電阻電流表的數(shù)字化是將連續(xù)

26、的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)換成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，這有別于傳統(tǒng)的以指針加刻度盤進(jìn)行讀數(shù)的方法，避免了讀數(shù)的視差和視覺疲勞。目前數(shù)字萬用表的內(nèi)部核心部件是A／D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的精度很大程度上影響著數(shù)字萬用表的準(zhǔn)確度。</p><p>　　本文A／D轉(zhuǎn)換器采用TLC2543對輸入模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，控制核心AT89S52再對轉(zhuǎn)換的結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算和處理，最后驅(qū)動輸出裝置顯示測量的信號。同時(shí)，使用了程控增益放大器很好

27、的實(shí)現(xiàn)了電壓量程自動轉(zhuǎn)換；使用模擬開關(guān)選擇不同的量程電阻，實(shí)現(xiàn)不同電阻量程間的自動轉(zhuǎn)換，使用儀用放大器AD620構(gòu)成I/V轉(zhuǎn)換電路，完成精確測量。</p><p>　　1．2智能儀器/儀表國內(nèi)外發(fā)展概況</p><p>　　智能儀器/儀表是計(jì)算機(jī)技術(shù)向測量儀器移植的產(chǎn)物[1]。是含有微計(jì)算機(jī)或微處理器的測量儀器。由于它擁有對數(shù)據(jù)的存儲、運(yùn)算、邏輯判斷及自動化操作等功能，有著智能的作用(表現(xiàn)

28、為智能的延伸或加強(qiáng)等)，因而被稱之為智能儀器[22]。這一觀點(diǎn)已逐漸被國內(nèi)外學(xué)術(shù)界所接受。如我國電磁測量信息處理儀器學(xué)會于1988年正式成立“自動測試與智能儀器專業(yè)學(xué)組”,1986年IMECO(InternationalM easurementConfederation，國際測量聯(lián)合會)以“智能儀器”為主題召開了專門的討論會，IFAC (InternationalFederation of Automatic Control,國際自動控

29、制聯(lián)合會)1988年的理事會正式確立“智能元件及儀器”(In telligentC omponentsa ndI nstruments)(TC25)( C&I)為其系列學(xué)術(shù)委員會之一。此外，1989年5月在我國武漢召開了第一界測試技術(shù)與智能儀器國際學(xué)術(shù)討論會(ISMT 1189),自從 1971年世界上出現(xiàn)了第一種微處理器(美國Intel公司4004型4位微處理器芯片)以來，微計(jì)算機(jī)技術(shù)得</p><p>

30、;　　1．3課題研究目的及意義</p><p>　　電壓（Volatage）是基本的物理量之一，對電壓進(jìn)行測量的要求是普遍存在的，無論在科學(xué)研究生產(chǎn)實(shí)踐，或是在日常生活中，人們都需要對電壓進(jìn)行測量。不僅電量，即使是非電量也常常是借助電壓測量的方法來進(jìn)行研究。數(shù)字多用表的首要功能即是對電壓進(jìn)行測量。數(shù)字電壓表是通用儀器中使用較廣泛的一種測試儀器，很多電量或非電量經(jīng)變化后都用可數(shù)字電壓表完成測試。因此，數(shù)字電壓表被廣

31、泛地應(yīng)用于科研和生產(chǎn)測試中。</p><p>　　電阻的參數(shù)測試在電子設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的，目前其測試基本上都采用直接測量的方式，即用萬用表直接測試元件的兩端以測得元件參數(shù)。但通常設(shè)計(jì)者們在電路設(shè)計(jì)初期只能通過理論分析計(jì)算需要的電子元件的參數(shù)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，需要測試更換一些電路板上的電子元件。但此時(shí)元件已經(jīng)焊接在電路板上，特別像電阻電容往往都不是分立的元件，而是和其他的元件或并、或串聯(lián)在一起，直接測試兩端的話將會

32、造成極大的誤差。傳統(tǒng)的做法是焊開原器件再測量，以避免受板上其他元器件的影響。這不僅麻煩，測試速度低，甚至可能損傷印制板和元件。如果能夠在不焊開其他元件的情況下準(zhǔn)確的測試元件的參數(shù)大小，則可以避免以上問題。本文除了完成測試直流電壓電流的部分之外，還介紹了一種單片機(jī)控制的在線電阻測試（也可不在線測試），采用在線測試的“電隔離”技術(shù)，使旁路電阻、電容忽略不計(jì)，無須焊開元件便可直接在印制板上測試元件的參數(shù)，既保持了印制板和元件的完整性，又大大提

33、高了測試速度。</p><p>　　目前, 大多數(shù)的測量儀表采用手動轉(zhuǎn)換方式, 這種量程轉(zhuǎn)換方式工作量大, 使用不方便, 當(dāng)量程選擇不當(dāng)時(shí), 會影響測量精度, 甚至損壞儀表. 因此, 研制量程自動轉(zhuǎn)換電壓電阻表具有較強(qiáng)的實(shí)用意義。在傳統(tǒng)電壓電阻測量儀器中，對某一電壓或電阻的測量需要根據(jù)不同的量程進(jìn)行手動旋鈕選擇，或即使在現(xiàn)有的一些智能儀表中，自動量程轉(zhuǎn)換通常采用繼電器的切換來選擇，優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)通阻抗小，開路阻抗大，但

34、其存在著體積大，驅(qū)動電流大，動作慢，容易老化等缺點(diǎn)[21]。本系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)電阻和直流電壓自動量程轉(zhuǎn)換機(jī)制，由單片機(jī)完成對數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲等工作，實(shí)用性強(qiáng)，具有智能性。這種測量方法速度快、精度高,電路簡單,判別和設(shè)置量程不會占用微處理器大量時(shí)間。在智能儀表中，普遍受到應(yīng)用。</p><p>　　第二章　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能介紹</p><p>　　2．1系統(tǒng)功能和性能指標(biāo)</p>&l

35、t;p>　　2．1．1．儀表功能</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求，基于單片機(jī)的智能多用表能將測量直流電壓、電阻和直流電流于一體，能根據(jù)電壓或電阻的大小進(jìn)行不同量程間的自動轉(zhuǎn)換，并且具有多個(gè)數(shù)據(jù)存儲功能，有超量程報(bào)警功能。電壓、電阻和電流之間的轉(zhuǎn)換一鍵可切換，簡單方便。</p><p><b>　　2．1．2性能指標(biāo)</b></p><p&g

36、t;<b>　　2．1．3本機(jī)特色</b></p><p>　?。?）電壓能實(shí)現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換，確保良好的測量精度。</p><p>　?。?）電阻能實(shí)現(xiàn)自動量程轉(zhuǎn)換，確保良好的測量精度。</p><p>　?。?）測量結(jié)果可以進(jìn)行多個(gè)數(shù)據(jù)掉電保存。</p><p>　?。?）電壓、電阻和電流之間可一鍵切換，簡單方便。&l

37、t;/p><p>　　2．1．4系統(tǒng)使用說明</p><p><b>　　（1）開機(jī)</b></p><p>　　接通電源后系統(tǒng)復(fù)位進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)可以進(jìn)行測試。（默認(rèn)測試狀態(tài)為電阻測量）</p><p>　　（2）本系統(tǒng)設(shè)置了四個(gè)按鍵，從左到右排列為按鍵1＃、2＃、3＃、4＃。其中，按鍵1＃設(shè)定為測量數(shù)據(jù)保存鍵，每按一次

38、， 轉(zhuǎn)換X25045的EEPROM中的地址。按鍵2＃為已保存數(shù)據(jù)的讀取鍵，每按一次，可讀取已存的數(shù)據(jù)。3＃鍵數(shù)據(jù)存儲確認(rèn)鍵。按鍵4＃為電壓/電阻/電流切換鍵。</p><p>　　2．2系統(tǒng)工作原理概述</p><p>　　該系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)作為控制中心，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1－1所示。</p><p>　　圖1－1 系統(tǒng)基本工作原理方框圖</p>

39、<p>　　系統(tǒng)主要包括電壓衰減、程控增益放大電路、Rx/Vo轉(zhuǎn)換電路、I/V轉(zhuǎn)換電路、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲、鍵盤控制、LCD顯示、聲光指示電路、以及控制心臟單片機(jī)。</p><p>　　進(jìn)行電壓測量時(shí)系統(tǒng)由單片機(jī)對放大倍數(shù)選擇進(jìn)行控制，可根據(jù)不同的輸入信號Vi，在程序控制下自動選擇合適的放大倍數(shù)，達(dá)到自動量程轉(zhuǎn)換的目的，從而簡化了測試工作，加快了測試速度，提高了測試的自動化水平，體現(xiàn)出智能化。<

40、;/p><p>　　進(jìn)行電阻測量時(shí)，由模擬開關(guān)完成量程的自動轉(zhuǎn)換，即根據(jù)被測電阻的大小，而選擇相應(yīng)的量程電阻．測量結(jié)果由電阻轉(zhuǎn)換為電壓之后，由A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543采樣，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后由LCD12864顯示出電阻值。</p><p>　　電流的測量由儀用放大器AD620和1Ω電阻組成I/V轉(zhuǎn)換電路，結(jié)果送入TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　放大倍

41、數(shù)的選擇由模擬開關(guān)CD4051和低失調(diào)低漂移高精度運(yùn)放OP07來完成，被測電壓衰減并自動選擇適合的放大倍數(shù)后，由12位A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543進(jìn)行采樣，經(jīng)單片機(jī)數(shù)據(jù)處理后由LCD12864顯示出電壓值。</p><p>　　第三章　方案設(shè)計(jì)與論證</p><p>　　3．1　量程選擇的設(shè)計(jì)與論證</p><p><b>　　①電壓量程的選擇</b&

42、gt;</p><p>　　對于量程的選擇，主要有一下幾種選擇方案實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　1、采用人工選擇量程開關(guān)，調(diào)整輸入信號幅度范圍；</p><p>　　2、采用微型繼電器選擇分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，形成量程開關(guān)；</p><p>　　3、采用可編程控制增益放大器；</p><p>　　4、采用運(yùn)算放大器和模擬開關(guān)組成

43、量程開關(guān)，進(jìn)行選擇。</p><p>　　這幾種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)?，F(xiàn)比較如下。</p><p>　　方案1：采用人工選擇量程開關(guān)，這是最簡單的電路，而且最經(jīng)濟(jì)，并且完全能在輸入高頻信號時(shí)保證具有最小的信號損失，幾乎沒有寬帶和信噪比的問題存在。但是這一方案也存在缺點(diǎn)，那就是使用不方便，而且無法完成自動量程轉(zhuǎn)換的功能。</p><p>　　方案2：采用繼電器組選擇量程。這

44、一方案實(shí)際上是用軟件控制的繼電器組代替了方案1中手動量程開關(guān)，有效的避免了方案1的缺點(diǎn)，但卻帶來了另一個(gè)問題；當(dāng)量程范圍較多時(shí)，特別又有兩個(gè)通道的輸入信號要求獨(dú)立選擇量程，這就需要較多的繼電器。而且繼電器存在著體積大，驅(qū)動電流大，動作慢．容易老化等缺點(diǎn)。</p><p>　　方案3：采用可編程增益放大器，這一方案易于硬件與軟件的設(shè)計(jì)。但一般可編程放大器增益比較固定（如1：2：4或1：10：100），不便于量程范圍

45、的靈活選擇；且對器件（可編程增益放大器芯片）要求太高，不易選擇。</p><p>　　方案4：采用運(yùn)算放大器和模擬開關(guān)選擇量程。這種方案綜合了上述三個(gè)方案的有缺點(diǎn)，易于硬件和軟件的設(shè)計(jì)，且增益可任選，量程范圍選擇靈活，芯片性價(jià)比也比較實(shí)惠。因此，本系統(tǒng)采用了方案4。</p><p><b>　?、陔娮枇砍痰倪x擇</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)

46、電阻的自動量程轉(zhuǎn)換可選擇的方案有：</p><p>　　1、采用繼電器選擇量程電阻；</p><p>　　2、采用模擬開關(guān)選擇量程電阻。</p><p>　　方案1：采用繼電器組選擇量程。由軟件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)量程自動轉(zhuǎn)換，但是繼電器存著體積大，驅(qū)動電流大，動作慢．容易老化等缺點(diǎn)。</p><p>　　方案2：采用模擬開關(guān)選擇量程電阻。模擬開關(guān)

47、易于軟硬件實(shí)現(xiàn)，克服了繼電器體積大的特點(diǎn)。經(jīng)實(shí)踐，利用模擬開關(guān)能很好的實(shí)現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。本文采用此方案。</p><p>　　3．2譯碼顯示部分方案分析與論證</p><p>　　方案1：采用LED或字符型LCD顯示。LED可以用移位寄存器74164或者專用芯片MAX7219驅(qū)動，字符型LCD也可以采用74LS164通過同步串口驅(qū)動。優(yōu)點(diǎn)是控制比較簡單，而且串行顯示只占用很少的I/O口。

48、但也有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，只能顯示一些簡單的ASCII碼字符，顯示的信息量十分的有限。</p><p>　　方案2：采用帶有點(diǎn)陣型的LCD顯示。點(diǎn)陣型LCD可采用并行或串行接法，串行接法只占用CPU的兩個(gè)I/O口即可完成數(shù)據(jù)傳送。用LCD顯示，可顯示中文，顯示信息量大，可以保證良好的用戶模式。因此本系統(tǒng)采用LCD進(jìn)行電壓、電阻和電流信號的輸出顯示。</p><p>　　第四章　硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)&

49、lt;/p><p><b>　　4．1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)硬件電路如圖4－1、圖4－2、圖4－3和圖4－4所示。主控部分采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)，它片內(nèi)有8K的ROM， 256字節(jié)的RAM以及32個(gè)I/0口，無需擴(kuò)展外部程序存儲器，外部電路形式簡潔。其中，X25045可對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。</p><p&g

50、t;　　電壓自動量程轉(zhuǎn)換部分由模擬開關(guān)CD4051和高精度運(yùn)放OP07組成程控增益放大器，由單片機(jī)軟件控制以選擇適合的電壓增益，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　在線電阻測量采用在線測試的“電隔離”技術(shù)[17]，利用運(yùn)放的基本原理，使測量電阻的旁路電阻、電容忽略不計(jì)，由模擬開關(guān)進(jìn)行量程電阻自動選擇，從而實(shí)現(xiàn)Rx／Vo轉(zhuǎn)換電路，完成電阻的在線測量或可用于不在線的直接測量。</p><p

51、>　　電流測量采用簡單的I/V轉(zhuǎn)換電路，電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后送入A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　為保證良好的測量精度，我們采用由12位開關(guān)電容逐次逼近A／D轉(zhuǎn)換器TLC2543對測量信號進(jìn)行采樣，送入單片機(jī)處理。TLC2543需要外部基準(zhǔn)參考電壓，為了減少A/D轉(zhuǎn)換的誤差或使A/D轉(zhuǎn)換值不跳動，正參考電壓REF+需保證穩(wěn)定的，不應(yīng)有波動。在此，我們選擇了MC1403。MC1403是美國摩托羅拉公司生

52、產(chǎn)的高準(zhǔn)確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準(zhǔn)電壓源，其輸出基準(zhǔn)電壓為2.5 V ＋/- 25 mV。</p><p>　　顯示部分用點(diǎn)陣型LCD12864進(jìn)行顯示。其中6個(gè)發(fā)光二極管作指示作用，當(dāng)選擇相應(yīng)的量程時(shí)或按鍵起作用時(shí)，對應(yīng)的一個(gè)LED即亮。蜂鳴器起報(bào)警指示作用，當(dāng)電壓電流有超量程使用時(shí)，蜂鳴器長鳴。</p><p>　　圖4－1電壓測量原理圖</p><p&g

53、t;　　圖4－2在線電阻測量原理圖</p><p>　　圖4－3電流測量原理圖</p><p>　　圖4－4 系統(tǒng)硬件主控制電路圖</p><p>　　4．2各部分硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4．2．1　量程自動轉(zhuǎn)換電壓測量原理</p><p>　　完成電壓測量自動量程轉(zhuǎn)換的核心部分采用了程控放大器。程控放大器是智能

54、儀器的常用部件之一。為了在整個(gè)測量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力，采用可變增益的放大器，放大器的增益由程序控制，這種放大器就是程控放大器[21]。程控放大器由放大器、可變反饋電阻網(wǎng)絡(luò)和控制接口三部分組成。其原理框圖如圖4－5所示。它與普通放大器的差別在于反饋電阻網(wǎng)絡(luò)可變.受控與控制接口的輸出信號。程控放大器有同相和反相兩種。由于同相放大器具有較高的輸入阻抗，這有利于提高測量電壓準(zhǔn)確度。不過，它引入了工模電壓，因此需要使用高共模抑制比的運(yùn)算放大器

55、才能保證精度。由于選擇不同增益時(shí)，運(yùn)算放大器反向輸入端對地等效電阻的變化將引起失調(diào)偏差。設(shè)計(jì)中可通過調(diào)整放大器本身的參數(shù)或零位來消除。</p><p>　　自動量程轉(zhuǎn)換是大多數(shù)通用智能測試儀器的基本功能。自動量程能根據(jù)測量的大小自動選擇合適量程，以保證測量值有足夠的分辨力和準(zhǔn)確度。自動量程轉(zhuǎn)換的測量速度，是指根據(jù)被測量的大小自動選擇合適量程并完成一次測量的速度。測量中若測量值超出當(dāng)前量程，立刻跳轉(zhuǎn)到最高量程，測得

56、的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，選擇合適的量程再進(jìn)行測量;如果沒有超出，也應(yīng)該進(jìn)行處理，選擇一個(gè)最佳的量程來測量。選定量程后，應(yīng)在該量程繼續(xù)測量，直到發(fā)現(xiàn)過載或被測量低于降量程的值。為了保證自動量程轉(zhuǎn)換的確定性，(確定性是指在升降量程時(shí)，不應(yīng)該發(fā)生在兩個(gè)相鄰量程間反復(fù)選擇的現(xiàn)象)。這種情況的出現(xiàn)是由于分檔差的存在所造成的。量程選擇的不確定性可以通過給定升降闡值回差的方法來解決。這里適當(dāng)減小降量程閩值的方法來消除這種不確定，這里采用分檔誤差的絕對值之和

57、小于0. 5%。</p><p>　　圖4－5程控放大器原理框圖</p><p>　　本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的程控放大器（自動量程轉(zhuǎn)換部分）如圖4－1所示。該電路由輸入失調(diào)電壓小、溫漂和時(shí)漂小、低噪聲的集成運(yùn)算放大器OPO7和模擬電子開關(guān)CD4051組成，其增益由CD4051A、B、C三端的數(shù)字量來控制。由于模擬電子開關(guān)的導(dǎo)通電阻R以及它的不穩(wěn)定性一直是影響程控放大器放大精度的癥結(jié)所在。所以我們在設(shè)計(jì)

58、中將切換量程電阻和模擬電子開關(guān)置于OP07運(yùn)放的閉環(huán)回路中，這樣就利用了運(yùn)放的高增益特性和反饋性，使模擬電子開關(guān)的導(dǎo)通電阻及其溫度系數(shù)對放大器增益的影響基本上得以消除，而放大器的增益A僅取決于反饋電阻Rf和R0。Al=－Rf／R0，A2=－1，放大器的總增益A=A1*A2=Rp／R 0。A2的作用是將電壓信號進(jìn)行反相，以保證給A/D的信號是正電壓。當(dāng)我們將Rf選用多圈可調(diào)電阻時(shí)。圖4－5所示的電路就形成了多量程控制的放大器。當(dāng)CD405

59、1的C、B、A 端給定為O00、001、010、0ll時(shí)，調(diào)節(jié)各個(gè)電位器的電阻使得放大器的總增益A分別為200、100、20、2、0.4、0.18使之與量程100mV、200mV、10V、50V、110V一一對應(yīng)。</p><p>　　為能保證測量110V這么大的電壓，我們在電路中將被測電壓統(tǒng)一經(jīng)過一個(gè)1/10的衰減器。為提高輸入阻抗，減小前級電路的影響，我們加入了電壓跟隨器，進(jìn)行阻抗變換，以減小測量誤差。<

60、;/p><p>　　實(shí)現(xiàn)電壓電阻自動量程的轉(zhuǎn)換的核心部分主要由模擬電子開關(guān)CD4051來完成。CD4051在單片機(jī)的控制下，接通或斷開相應(yīng)的開關(guān)S，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號控制模擬信號。CD4051引腳[21]如圖4－6。</p><p>　　圖4－6　CD4051結(jié)構(gòu)及引腳圖</p><p>　　對應(yīng)的真值表如表1。</p><p>　　表1：CD405

61、1真值表</p><p>　　4．2．2　在線電阻測量原理</p><p>　　我們在調(diào)試、檢測和維修電路板時(shí)，往往需要測量印刷電路板上的電阻數(shù)值。傳統(tǒng)的做法是將被測試的元件從印刷電路板上焊開后再測量，以避免受板上其他元器件的影響。這種測量方法不僅麻煩，而且測試速度低，甚至可能損壞印刷電路板和元器件。本文利用單片機(jī)控制的電阻在線測試技術(shù)，該技術(shù)無需從電路板上焊開元器件便可直接測量各元件的參

62、數(shù)，既保持了印刷電路板的完好無損，又大大提高了測量精度和速度。利用此原理也可做不在線測量的直接測量。</p><p>　　電阻在線測試的過程是：將被測電阻Rx通過Rx/Vo轉(zhuǎn)換電路，將Rx轉(zhuǎn)換為直流輸出電壓Vo，經(jīng)過量程選擇按鍵K，送入A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，送到單片機(jī)系統(tǒng)[17]。單片機(jī)根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)，選擇最佳的量程，并控制量程轉(zhuǎn)換開關(guān)，選擇合適的基準(zhǔn)電阻，實(shí)現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換。</p>

63、<p>　　在線電阻測量的關(guān)鍵技術(shù)是Rx/Vo轉(zhuǎn)換器，Rx即在線電阻，無論多么復(fù)雜，總可以把與Rx相并聯(lián)的元件等效為兩只互相串聯(lián)的電阻R1和R2，由此構(gòu)成三角形電阻網(wǎng)絡(luò)，基本原理圖如圖4－7所示，Ro為量程電阻，只要使R1兩端呈等電位，此時(shí)U1＝0，則R1相當(dāng)開路，R2變成運(yùn)放的負(fù)載電阻，R1和R2就不起分流作用，這樣即可直接測量Rx的阻值。E為測試電壓，Is為測試電流。設(shè)流過Rx、R1的電流分別為Ix、I1。</p

64、><p>　　根據(jù)基爾霍夫定律可知：Is=Ix+I1</p><p>　　又根據(jù)“虛地”原理，Uod=I1R1=0,故I1約等于0，亦可忽略不計(jì)，由此得到：</p><p><b>　　Is=Ix</b></p><p>　　再考慮到C點(diǎn)接地，d為虛地，因此Is=E/Ro</p><p><b&

65、gt;　　進(jìn)而推導(dǎo)出</b></p><p>　　Ux=IxRx=IsRx=(E/Ro)Rx</p><p>　　顯然，只要用數(shù)字電壓表測出Rx兩端的壓降Ux,就能求出Rx值。這就是在線測量電阻的基本原理。</p><p>　　圖4－7：在線電阻測量原理</p><p>　　本系統(tǒng)通過CD4051來選擇不同的量程電阻（如上圖4－2

66、），在單片機(jī)控制下完成自動量程轉(zhuǎn)換，具有速度快，精度高的特點(diǎn)。</p><p>　　4．2．3　電流測量原理及AD620的應(yīng)用</p><p>　　AD620是一個(gè)低價(jià)格、低功耗、高精度儀器表用放大器，它采用8引腳SOIC封裝和DIP封裝，由于尺寸小、功耗低特別適用于電池供電、便捷式應(yīng)用場合[24]。</p><p>　　AD620具有很高的精度，它的最大非線性失真

67、為40ppm，最大失調(diào)電壓為50uv,最大失調(diào)漂移為0.6uv/℃,它常用于精確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它的增益方程式為：，通過調(diào)節(jié)外部電阻Rg即可方便調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。本文中只取增益1，所以不用外接電阻。</p><p>　　AD620的主要特性：</p><p>　　（1）僅需一個(gè)外接電阻即可獲得1－1000內(nèi)的增益，適用方便。</p><p>　　（2）工作電壓范圍極寬士

68、2.3V－士18V。</p><p>　?。?）最大偏置電流20mA。</p><p>　?。?）最小共模抑制比為93dB（G=10）。</p><p>　?。?）帶寬120Hz.</p><p>　　AD620的引腳圖如圖4－8。</p><p>　　圖4－8 AD620引腳圖</p><p>

69、;　　在設(shè)計(jì)中，測量電流部分使用了AD620完成I/V轉(zhuǎn)換，它能保證在電阻R上的壓降完全能被A/D采樣，完成電流測量。該電路具有很高的測量精度。其原理圖如圖4－4所示。測量原理為：V＝IR,I=V/R。R已知，求出V，即可知道被測的電流I。</p><p>　　4．2．4　運(yùn)算放大器的選擇與OP07的應(yīng)用</p><p>　　通常，檢測信號的放大采用集成運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器可以實(shí)現(xiàn)模擬信

70、號的加、減、微分、積分等運(yùn)算[6]。運(yùn)算放大器電壓增益高，輸入阻抗大，輸出阻抗小，根據(jù)負(fù)反饋電路的接法，可以實(shí)現(xiàn)反相運(yùn)算、同相運(yùn)算和差動運(yùn)算等。由于經(jīng)傳感器變換后的模擬電壓信號有時(shí)是很微弱的微伏級信號，而一般的通用放大器都具有毫伏級的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫度漂移，顯然是不能用于放大微弱信號的。因此在設(shè)計(jì)中要采用高精度運(yùn)算放大器或測量放大器。</p><p>　　在設(shè)計(jì)中，我采用了OP-07高精度運(yùn)算放大器[10

71、]。八管腳DIP(雙列直插)封裝。它有A. D . C . E各檔，具有極低的失調(diào)電壓和偏置電流(0.7nA)，他的溫漂系數(shù)為0.2uv/℃，長期穩(wěn)定性能指標(biāo)為0. 2uV/每月。OP-07具有較高的共模輸入范圍(士14V)，共模抑制比CMRR=126dB以及極寬的供電電源范圍(從士3V-士18V)。</p><p>　　下表為OP07特性表2。</p><p>　　表2：OP07特性表&

72、lt;/p><p>　　經(jīng)實(shí)驗(yàn)，OP07能很好的實(shí)現(xiàn)放大作用，而且失調(diào)電壓可以通過電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以保證良好的測量精度。在電路中，使用的大都是OP07。</p><p>　　4．2．5 　A/D芯片TLC2543簡介</p><p>　　模塊采用TI公司的12位串行A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程[20]。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)

73、省51系列單片機(jī)I/O資源，且價(jià)格適中。TLC2543在要求多通道模擬輸入、高精度A/D轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，如多通道輸入的智能測量儀表便使用它。</p><p>　　4．2．5．1　TLC2543的特點(diǎn)、引腳及功能</p><p>　?。?）12位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器；</p><p>　?。?）在工作溫度范圍內(nèi)10us轉(zhuǎn)換時(shí)間；</p>&l

74、t;p>　?。?）11個(gè)模擬輸入通道；</p><p>　?。?）3路內(nèi)置自測試方式；</p><p>　?。?）采樣率為66kbps；</p><p>　?。?）線性誤差+1LSB（max）</p><p>　?。?）有轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）輸出；</p><p>　?。?）具有單、雙極性輸出；</p>

75、<p>　?。?）可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；</p><p>　　（10）可編程的輸出數(shù)據(jù)長度。</p><p>　　TLC2543的引腳排列如圖4－9所示。</p><p>　　TLC2543引腳功能表如表3。</p><p><b>　　表3：引腳功能表</b></p><p>

76、;　　圖4－9　TLC2543的引腳排列</p><p>　　圖4－10 TLC2543的工作時(shí)序圖</p><p>　　從TLC2543的工作時(shí)序圖可知，它的工作過程分兩階段：I/O周期和A/D周期。</p><p><b>　?。?）I/O周期：</b></p><p>　　當(dāng)=0期間為I/O周期。在這期間TLC2

77、543做兩件事：一是通過DATA IN腳輸入8位可編程數(shù)據(jù)；二是DATA OUT腳向單片機(jī)輸出已A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。</p><p>　　① 通過DATA IN腳輸入的8位可編程數(shù)據(jù)</p><p>　　D7、D6、D5、D4這四位可編程數(shù)據(jù)是0#~10#這11個(gè)通道中下一輪要作A/D轉(zhuǎn)換的通道號。</p><p>　　例如D7D6D5D4的數(shù)值為0000，則下一輪

78、要選擇0#通道進(jìn)作A/D轉(zhuǎn)換。如下一輪要選擇第10#通道，則D7D6D5D4的數(shù)值為1010。</p><p>　　如果D7D6D5D4的數(shù)值范圍在0000~1010之間變化，若不需要全部11個(gè)通道，可以在C51程序的循環(huán)語句中設(shè)好循環(huán)初值、終值便可減少所選的通道數(shù)。</p><p>　　設(shè)ch是A/D轉(zhuǎn)換的通道號，而且僅需3?！?＃共4個(gè)通道作模擬輸入，則設(shè)ch的循環(huán)初值為3，循環(huán)終值為

79、6即可。</p><p>　　D3、D2這兩位用于選擇輸出數(shù)據(jù)長度。按D3、D2這兩位取值的不同，輸出數(shù)據(jù)的長度可選8位、12位、16位。</p><p>　　當(dāng)D3D2=01，輸出數(shù)據(jù)長度為8位，只取A/D轉(zhuǎn)換值的高8位，舍去低4位，以提高轉(zhuǎn)換速度，但降低了轉(zhuǎn)換精度。</p><p>　　D3D2=10，輸出數(shù)據(jù)長度為12位，就取TLC2543的A/D轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)

80、（12位）。</p><p>　　D3D2=11，輸出數(shù)據(jù)長度為16位，將TLC2543的A/D轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)（12位）置于16位數(shù)據(jù)的高12位，而低4位補(bǔ)0，這種輸出數(shù)據(jù)格式在實(shí)際應(yīng)用中較常用。</p><p>　　D1位是輸出數(shù)據(jù)格式選擇位，當(dāng)D1=0，先輸出A/D轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù)的高8位，然后再輸出余下的低位字節(jié)。</p><p>　　D1=0，則是先輸出A/D轉(zhuǎn)換

81、原始數(shù)據(jù)的低8位，然后再輸出余下的高位字節(jié)。</p><p><b>　　建議使用前者。</b></p><p>　　D0位是轉(zhuǎn)換結(jié)果單/雙極性選擇位，當(dāng)D0=1，轉(zhuǎn)換的結(jié)果為單極性表示，當(dāng)D0=0，轉(zhuǎn)換結(jié)果為雙極性表示。</p><p>　　例如單極性轉(zhuǎn)換結(jié)果，12位A/D值是0～4095，即000H～FFFH。</p><

82、;p>　　由時(shí)序圖圖4－10中可知，在I/O周期的前8個(gè)時(shí)鐘周期里為單片機(jī)把8位可編程數(shù)據(jù)通過TLC2543的DATA IN腳輸入到內(nèi)部的輸入寄存器去。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)時(shí)鐘脈沖的上跳沿到來，便將8位可編程數(shù)據(jù)的D7位輸入TLC2543，8個(gè)時(shí)鐘脈沖后8位可編程數(shù)據(jù)輸入完畢。</p><p>　?、?從DATA OUT腳輸出A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)</p><p>　　由工作時(shí)序圖可知，在I/O周期的第

83、一個(gè)時(shí)鐘周期的上跳沿就開始輸出數(shù)據(jù)，以輸出16位數(shù)據(jù)為例，前8個(gè)時(shí)鐘周期輸出高8位數(shù)據(jù)，后8個(gè)時(shí)鐘周期輸出低8位數(shù)據(jù)。</p><p>　　不要產(chǎn)生這樣的錯(cuò)覺：</p><p>　　例如，設(shè)在本I/O周期輸入的可編程數(shù)據(jù)的D7、D6、D5、D4＝0011，即3＃通道，便以為在本I/O周期輸出的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)就是3＃通道的，這是不對的，在本I/O周期輸出的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)是上一通道的A/D轉(zhuǎn)換

84、數(shù)據(jù)！ </p><p>　　還要注意的是：在I/O周期，DATA IN與DATA OUT是同步進(jìn)行的，由于DATA OUT最大長度可達(dá)16位，所以I/O周期需要16個(gè)時(shí)鐘周期，而DATA IN輸入的數(shù)據(jù)只有8位，所以只需要前8個(gè)時(shí)鐘周期。</p><p>　?。?）A/D轉(zhuǎn)換周期</p><p>　　當(dāng)=1期間，為A/D轉(zhuǎn)換周期。在這期間TLC2543對上次選擇的

85、通道號的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而DATA OUT輸出端為高阻態(tài)，讓出數(shù)據(jù)總線使用權(quán)。</p><p>　　4．2．5．2　TLC2543與單片機(jī)的接線圖</p><p>　　圖4－11是TLC2543與單片機(jī)以及模擬輸入放大電路的連接原理圖。 </p><p>　　圖4－11 TLC2543與單片機(jī)的接線圖</p><p>　　在圖中有幾點(diǎn)要

86、注意：</p><p>　　REF+腳是TLC2543的正參考電壓輸入腳，REF-是負(fù)參考電壓輸入腳。當(dāng)使用單極性時(shí)，REF-接地，而REF+接正參考電壓。</p><p>　　為了減少A/D轉(zhuǎn)換的誤差或使A/D轉(zhuǎn)換值不跳動，正參考電壓REF+</p><p>　　應(yīng)是很穩(wěn)定的，不應(yīng)有波動，為此，REF+應(yīng)接精密穩(wěn)壓電源器件如TL431或MC1403等。我們采用MC

87、1403作為基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　4．2．5．3　MC1403簡介</p><p>　　在此，簡單介紹一下MC1403。</p><p>　　MC1403是美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的高準(zhǔn)確度、低溫漂、采用激光修正的帶隙基準(zhǔn)電壓源，國產(chǎn)型號為5G1403和CH1403。它采用DIP－8封裝，引腳排列如圖4－11所示。UI＝＋4.5V～＋15V，UO＝2.500V

88、（典型值），αT可達(dá)10×10－6/℃。為了配8P插座，還專門設(shè)置了5個(gè)空腳。其輸出電壓UO＝Ug0(R3＋R4)/R4＝1.205×2.08＝＋2.5V。 　　輸出電壓: 2.5 V ＋/- 25 mV 　　輸入電壓范圍: 4.5 V to 40 V 　　輸出電流: 10 mA 　　芯片引腳圖如圖4－12： 　　　　　　　　</p><p>　　圖4－12　M1403引腳圖　　因

89、為輸出是固定的，所以電路很簡單。就是Vin接電源輸入，GND接底，Vout加一個(gè)0.1uf~1uf的電容就可以了。 Vout一般用作8～12bit的A/D芯片的基準(zhǔn)電壓。</p><p>　　表4：MC1403的輸入-輸出特性</p><p>　　當(dāng)UI從10V降至4.5V時(shí)，UO只變化0.0001V，變化率僅為－0.0018％。 4．2．6　串行存儲器X25045</p>

90、<p>　　X25045是美國Xicor公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化8腳集成電路，它將看門狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控、EEPROM三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗.其看門狗定時(shí)器和電壓監(jiān)控功能能對系統(tǒng)起到保護(hù)的作用，并提高芯片本身的抗干擾的能力，使之更有效發(fā)揮其作為EEPROM的功能，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片[13]。</p><p>

91、;<b>　　(1)看門狗</b></p><p>　　看門狗定時(shí)器對微控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。它提供了三種定時(shí)時(shí)間，可用編程選擇200ms，600ms,和1.4s，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)如果沒有對X25045進(jìn)行訪問，則看門狗以RESET信號做輸出響應(yīng)，即變?yōu)楦唠娖?，延時(shí)200ms以后RESET由高電平變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　　(2)電壓監(jiān)控&

92、lt;/b></p><p>　　上電時(shí)，電源電壓超過4.5V后，經(jīng)過約200ms的穩(wěn)定時(shí)間后RESET信號由高電平變?yōu)榈碗娖?。掉電時(shí)，電源電壓低過4.5V時(shí)，RESET信號立刻變?yōu)楦唠娖讲⒁恢北３值诫娫椿謴?fù)到穩(wěn)定為止。</p><p>　　(3)X25045的存儲器部分是CMOS的4096位串行內(nèi)部EEPROM，它在內(nèi)部按512X8來組織。采用三線總線工作的串行接口一次最多可寫四個(gè)

93、字節(jié)。</p><p>　　X25045引腳及功能：</p><p>　　X25045的引腳圖如圖4－13所示</p><p>　　圖4－13 5045引腳圖</p><p><b>　　其引腳功能如下：</b></p><p><b>　　CS：片選擇輸入；</b><

94、/p><p>　　SO：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出；</p><p>　　SI：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入X25045；</p><p>　　SCK：串行時(shí)鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出；</p><p>　　WP：寫保護(hù)輸入。當(dāng)它低電平時(shí)，寫操作被禁止；</p><p><b>

95、;　　Vss：地；</b></p><p><b>　　Vcc：電源電壓；</b></p><p>　　RESET：復(fù)位輸出。</p><p>　　X25045與AT89S52的接口電路：</p><p>　　X25045與微處理器的硬件接口非常方便，圖4－14是該芯片與ATMEL公司生產(chǎn)的高性能AT89S5

96、2單片機(jī)的接口電路[12]。</p><p>　　圖4－14　X25045與AT89S52接口電路</p><p>　　該電路中的P20、P21、P22、P23、RESET為單片機(jī)的接口，其中RESET接到單片機(jī)的手動復(fù)位電路中，同時(shí)，該電路為AT89S52擴(kuò)展了上電復(fù)位、手動復(fù)位、電源電壓監(jiān)控、可編程看門狗定時(shí)器、串行EEPROM等功能。</p><p>　　X2

97、5045內(nèi)部集成了512BEEPROM和電壓運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)，只需這樣一塊芯片，外加晶振和復(fù)位電路就可以組成單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，非常適合于便攜式儀器和嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用該芯片設(shè)計(jì)的存儲模塊，能將被測電壓、電流和電阻信號存儲在X25045的EEPROM中。由X25045組成的系統(tǒng)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化，提高了產(chǎn)品的可靠性，降低了成本。</p><p>　　4．2．7　顯

98、示部分</p><p>　　本顯示電路采用了液晶顯示（LCD）模塊，如圖4－4所示。</p><p>　　液晶顯示器（LCD）是一種功耗極低的顯示器件，它廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品中，它不僅省電，而且能夠顯示大量的信息，如文字、曲線、圖形等，其顯示界面較之?dāng)?shù)碼管有了質(zhì)的提高。近年來液晶顯示技術(shù)發(fā)展很快，LCD顯示器已經(jīng)成為僅次于顯象管的第二大顯示產(chǎn)業(yè)。</p><p>

99、;　　液晶顯示器有以下顯著特點(diǎn)。</p><p>　?。?）低壓微功耗：工作電壓只有 3～5V，工作電流只有幾個(gè) 。因此它成為便攜式和手持儀器儀表的顯示屏幕。</p><p>　?。?）平板型結(jié)構(gòu)：LCD顯示器內(nèi)由兩片平行玻璃組成的夾層盒，面積可大可小，且適合于大批量生產(chǎn)，安裝時(shí)占用體積小，減小了設(shè)備體積。</p><p>　?。?）被動顯示：液晶本身不發(fā)光，而是靠

100、調(diào)制外界光進(jìn)行顯示。因此適合人的視覺習(xí)慣，不會使人眼睛疲勞。</p><p>　?。?）顯示信息量大：LCD顯示器，其像素可以做得很小，相同面積上可容納更多信息。</p><p><b>　　（5）易于彩色化</b></p><p>　?。?）沒有電磁輻射：在其顯示期間不會產(chǎn)生電磁輻射，對環(huán)境無污染，有利于人體健康。</p>&l

101、t;p>　　（7）壽命長：LCD器件本身無老化問題，壽命極長。</p><p>　　本系統(tǒng)用單片機(jī)的接口與點(diǎn)陣圖形型LCD相連，采用串行輸入方式。只用兩條線可完成數(shù)據(jù)傳輸，大大節(jié)省了單片機(jī)I/O口。</p><p>　　第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5．1概述</b></p><p>　　整個(gè)系

102、統(tǒng)的功能是由硬件電路配合軟件來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)硬件基本定型后，軟件的功能也就基本定下來了。從軟件的功能不同可分為兩大類：一是監(jiān)控軟件（主程序），它是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系。二是執(zhí)行軟件（子程序），它是用來完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測量、計(jì)算、顯示等。每一個(gè)執(zhí)行軟件也就是一個(gè)小的功能執(zhí)行模塊。</p><p><b>　　5．2主程序結(jié)構(gòu)</b></p>

103、<p>　　主程序調(diào)用了5個(gè)子程序，分別是LCD顯示程序、A/D采樣程序、EEPROM存儲程序、電壓電阻量程自動轉(zhuǎn)換程序、電流測量程序。</p><p>　　A/D采樣程序：對被測電壓進(jìn)行數(shù)字化處理。</p><p>　　LCD顯示程序：向LCD的顯示送數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)的顯示部分。</p><p>　　EEPROM程序：對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。</p>

104、;<p>　　量程自動轉(zhuǎn)換程序：實(shí)現(xiàn)各量程電壓電阻間的自動轉(zhuǎn)換。</p><p>　　電流測量程序：完成對電流信號的數(shù)據(jù)處理。</p><p>　　程序結(jié)構(gòu)圖如圖5－1所示．</p><p>　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)總流程圖5－2所示。</p><p>　　圖5－1各程序結(jié)構(gòu)關(guān)系圖</p><p>　　圖5－2　系統(tǒng)

105、總流程圖</p><p>　　5．3　自動量程基本控制流程</p><p>　　自動量程轉(zhuǎn)換程序流程圖如圖5－3所示：</p><p>　　圖5－3　自動量程轉(zhuǎn)換程序流程圖</p><p><b>　　第六章　系統(tǒng)測試</b></p><p>　　系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)和軟件編程完成后進(jìn)入調(diào)試階段，調(diào)試部

106、分的工作主要包括直流電壓的測量、直流電流的測量和電阻的測量，以及存儲芯片的正常存儲。</p><p>　　6．1實(shí)驗(yàn)條件與標(biāo)定方法</p><p>　　不同的實(shí)驗(yàn)條件下所獲得的數(shù)據(jù)是有區(qū)別的，因此盡可能選擇與本多用表實(shí)際類似的環(huán)境和條件來采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。</p><p>　　本系統(tǒng)測量的實(shí)驗(yàn)條件：</p><p><b>　　溫度：室

107、溫</b></p><p>　　電源：直流5V，士12V</p><p>　　設(shè)備：型號為GPS－2303C的電壓電流源</p><p>　　四位半數(shù)字萬用表VC9807A</p><p><b>　　2％金屬膜電阻若干</b></p><p>　　本多用表由GPS－2303C提供直流

108、電壓電流，標(biāo)定值為四位半數(shù)字萬用表VC9807A測量所得的值。</p><p>　　電阻測量選擇10M以下的精度2％的金屬膜電阻來測量。現(xiàn)用VC9807A萬用表測量，所得的值作為標(biāo)定值，之后在用本多用表進(jìn)行測量。</p><p><b>　　6．2測試方法</b></p><p><b>　　（1）電壓的測量</b><

109、;/p><p>　　將測試端子插入電壓測試端，系統(tǒng)開機(jī)情況下，通過按鍵4＃選擇電壓測試模式，此時(shí)LCD第一行顯示“當(dāng)前測量電壓”。之后，只要將待測電壓的正負(fù)端和本機(jī)的正負(fù)端對應(yīng)接上，即可進(jìn)行電壓測量。</p><p><b>　?。?）電流的測量</b></p><p>　　將測試端子插入電流測試端，系統(tǒng)開機(jī)情況下，通過按鍵4＃選擇電流測試模式，此

110、時(shí)LCD第一行顯示“當(dāng)前測量電流”。之后，只要將待測電流的正負(fù)端和本機(jī)的正負(fù)端對應(yīng)接上，即可進(jìn)行電流測量。</p><p><b>　?。?）電阻的測量</b></p><p>　　將測試端子插入電阻測試端，系統(tǒng)開機(jī)情況下，通過按鍵4＃選擇電阻測試模式，此時(shí)LCD第一行顯示“當(dāng)前測量電阻”。之后，即可進(jìn)行電阻測量。</p><p>　　直流電壓

111、、直流電流和電阻的測量結(jié)果對比如表5所示?！　?lt;/p><p>　　表5：準(zhǔn)確度標(biāo)定后數(shù)據(jù)測量結(jié)果對比</p><p>　　6．3測量結(jié)果與分析</p><p>　　通過表5所列的測量數(shù)據(jù)可以看出：</p><p>　　進(jìn)行電壓測量時(shí)，在1V以下小量程電壓測量的測量誤差大多能小于5mV以內(nèi)，確保了量好的精度。由于測試電壓源的不穩(wěn)定性加上本系統(tǒng)