【《基于STC89C52单片机的数字式电压表设计》8800字（论文）】.docx

基于STC89C52单片机的数字式电压表设计目录ASTC89C52单9®字式¾S表设计1r-Il课题研究背景及意义1.2 国内外发展现状1.3 电压表的发展前景1、fe52、RDWfflHt.智瞰3、操作便，抗干扰鲍力强22.1 系统曲体方案论证2.2 控制方案的选取2.3 单片机的选取2.4 显示屏的ig取2.5 电压检测模块的选取方案一:ADCo832flURfA.i'MMMMMM«(»MMM(«1.1 最小系统的设计.1.2 狡模电路的设计.1.3 显示电路的设计.1.4 电压检测电SS的设计定时传送方式-3 .中二方式4 软计56784.1 主程序的设计4.2 散据采集子程序的4.3 液晶显示子程序设计4.4 过压报警子程序设计5.1系统仿真运行调试20S11')a(r.r”.rr.*.(aar.r.r*r205.12012V程调试215.1-30,24BWBaHaaaw>waBaHWBwasH*aaBa*aaas>HaBa*aaaM>waa*awaaBWaa>WBawwsa>MasaBM*a>a>aaM>M2224*1绪论1.1 课题研究背景及前义电能的使用,是人类文明的体现。随着第二次工业革命的爆发,人类逐渐进入了电气时代,电芯的使用从家用推广到各行各业。电能的太空使用,使得电能检测越来越重要。电压是电能的基本指标，是衡量电能质量的基本要素。在高压电力系统中,对电压的要求比较产格，过高或过低的电压均会对电力系统带来不利的影响，如系统震荡、低电压崩溃等。在家用电器中.过高的电压容易造成电气设备的损坏,过低的电压使得电气设备不能正常运行。因此,电压的准确检测,关系到电能是否能够正常的使用网。在电能大皇推广使用的时候,用于检测电压的电压表开始广泛使用。传统的电压表多以指针式为主.计数不直观,人工检测误差大，精度较低,容易发生超量程而损坏表计的情况，可靠性较（氏随着科技的不断发展，数字式的电压表也应运而生。数字电压表主要利用显示屏显示电压值,比较直观.利于查看,方便使用阳。然而.市场上的数字电压表往往仅有电压显示的单一性功能，智能化程度低，逐渐不能满足用户的需求。因此，市场上急需要一款智能化的数字式电压表.不仅仅能够准确的检测出电压，并能够实现报警电压设置、过压及低压报警等多样化的功能。随着电子技术的不断升级换代,以单片机为核心的控制系统广泛应用于各种电子产品中。单片机体积较小,价格低廉,能耗低,性能稳定,技术成熟,可靠性高,是一款适用于各种系统的核心控制的芯片网。随若单片机技术的不断发展.系统越来越稳定，功能越来越强大,性能越来越可靠.可满足越来越复杂的功能控制要求。因此，揩单片机核心拴制技术应用于数字式电压表,可实现电压的智能化检测,还能扩展各种多样化的功境。设计与制作一套智能化、功能多样性和性能稔定的数字电压表,有利于电能质量检测系统的完善，拥有很好的发展前景。1.2 国内外发展现状国外对电压检测技术的研究较早。自工业革贷以来，科学技术迸入了高速创新发展时期.照明设备技术水平不断提升,电力环境也日益复杂,因此电压检测的重要性不断提升。国外结合串联电阻连接技术发明了指针式电压表。在科技的迅痣发展势头上，国外的电压检测仪器经过了不断的改善历程，技术越来越成熟。1.2.1 国内发展现状国内的电压检测技术起步较晚,从上世纪六十年代开始起步,但发展较快。国内生产的电压,从刚开始的指针表发展为智能化电子数字表,技术越来越成熟。2008年，我国江苏计量测试技术用究所结合RoM储存技术,研制了一款可存储式的电子电压表,除了基本的电压检测功能外,还增加了多点测至和存储功能.艇够根据电压最大值和最小值计算出检测时间范围内的平均值。2014年,中国科学院长春光学精图机核与物理研究所利用无线通讯技术,实现了电压的远程测试,且具有能耗低、便携式的优点。2017年,上海理工大学光电信息与计算机工程学院研制了一款手机APP远程控制电压检测的仪器,可通过多点布宜传感器,利用手机无线连接,实现远程手机APP实时检测电压数据。中国数字电压表近年来的发展方向主要朝着功能多样化的发现发展.实现的功作越来越多。然而.中国生产的电压表精度往往较低,相对于国外电压检测芯片来说,靖度和能耗一直是仍需攻克的重点难点1网。1.2.2 国外发展现状在发达国冢中，荚国、日本和德国等国家生产的电压表技术比较成熟,在行业内应用比较广泛。2012年，日本柯尼卡美能达公司生产了一款功能多样且精度高的电能表1.2(X)A,极度热销。该款电压农能够检测出各类电能量,电阻值的检测可以精确到“C级别。2014年,德国GMe公司生产了一款新型的电压表MAvO1.UX5032,主要应用于工业领域中。MAVO1.UX5032电压表具有非常高的精度，达到了±0.0001V。同时.该歙电压去检测范围非常广,能够检测-IokV+1OkV的电压范围T1.2015年,美国SP公司上市了一款电压表ACCuMAXXRP.3000.检测功能也比较强大,能够根据电压自动切换各种量程。国外电压检测技术发展比较成熟，实现了高精度和功能多样化，然而，价格比较曷费，高达几千上万元。1.3 电压表的发展前景如今,数字式电压表一直在各行各业有广泛的需求,电压检测技术在不断创新发展若。对于电压检测技术的未来发展趋势,总结主要有以下：I、检测速度快、精度高随着电子技术的不断升级换代,检测速度慢和精度低的电压表终将淘汰。在未来，新材料发展越来越成熟.新的电压检测传感器材料将被合成或发现.其精度和线性将更好,使得电压表实现检测速度快、精度快的特点|以。2、更加微型化、智能化便携式一直是电子产品的发展趋势。随着核心控制芯片微型化、传感器芯片小型化和PCb技术的发展，电子产品的体积将越来越少，越来越便携。同时,随着电子器件功能的不断挖掘.电压表的功能越来越多,纯电压检测的功艇已经不能满足人们的需求.多点检测、无线遥控、电压性质分析等功能将越来越成熟的应用于电压表中|叫。3,操作筒便.抗干扰能力强电子产品的操作揩越来越简单易学，数字式电压表也一样。未来的数字式电压表设计,将实现更好的人机交互,操作更筒单。同时，为了保证电压检测的稳定性,增加补偿修正等技术,实现在各种复杂电源环境下的检测U支2系统方案论证2.1 系统总体方案论证本文以性能稳定、价格低廉的STC89C52单片机为核心控制器.结合高精度的电压检测模块,设计和制作一套可迅速检测电压和实现报警功能的数字式电压表，能够实现(1.5V、0-12V,("24V范围内的电压检测,精度达到001V1,同时.该智能式电压表可以实现过高电压的报警。系统设计框图如下图2I所示：©2.1系统设计框图2.2 控制方案的选取方案一：基于模以电路的控制系统该设计方案露于当前相对传统的一种技术方案。具体以模拟电涔为核心,根据检测，调控工作的需要设计电路结构,基于相对简单的电气化元器件电路结构实现相应功能。具有结构简单、简单易用等优势。但是该控制系统也存在检测精度低、控制质量差、稳定性与可疑性不足、实用能力有限等缺陷C加之该电路需要较多元器件实现其功能,因此也表现出整体体积大、能耗高等问题。方案二：基于球片机的控制系统该设计方案以微型控制器为核心,具有成本小、体积小、能耗低、功能强大、结构简单、稳定可靠等优势,是目前应用水平最高的一种控制技术,境够根据用户实际需求对控制功黜行设计开发和调整,充分保证了该技术系统的适用性优势。对比分析上述可选方案的优势和不足并结合设计需要,本研究最终选择基于单片机第6页的控制系统。2.3 单片机的选取方案一：STC89C5I单片机单片机技术应用发展至今，STC89C5I单片机是一种应用时间相对较长、技术相对成熟完善、应用经验相对丰富的单片机技术产品，特别是其电路设计实验领域,这一年片机更是表现出巨大的应用优势。表现出成本小、抗干扰能力强、外围电路结构简单、数据接口数呈较少等特点.能够实现相对简单的控制功能。但是无法满足大型、复杂控制系统的需求,勉强使用会存在处理速度慢、响应效率低等问题。方案二：STC89C52单片机52系列单片机是51系列单片机的升级和增强型版本。与相对低级的51系列单片机相比.以STC89C52等为代表的升级产品在I/O接口数量方面表现出一定优势，因此能够实现相对丰富的功能。同时也表现出成本小的优势因此表现出相对较好的应用水平。方案三：STM32单片机STM32嵌入式单片机是技术水平相对更高的一种单片机产品.能够更好的满足用户高性能的需求。此类单片机具有更加丰富的数据接口，因此能够更好的满足更杂、大规模电子电费的设计和应用需求,技术相对成熟且性能也相对稳定。此外,该单片机在集成度方面也表现出一定优势,实现了更加强大的综合性能和更小的体积,瓯用水平也相对较高。对比分析上述单片机产品的性作特点,结合本智能数字式电压表的功疑和性能需求.功能较为爰杂，STC89C51的IQ口不足以实现该系统的功能，排除方案一。STC89C52与STM32均能实现该系统的功能,从经济性角度考虑，STC89C52价格低廉.故最终选择STC39C52单片机产品。2.4 显示屏的选取方案一：1.ED数码管此类显示装置基于发光二极管实现显示输出功能。每位显示数字均基于8个发光二极管实现显示效果。因此，1.ED数码显示管也有着8分段1.ED数字显示器的别称。此类显示装苦性能相对较差.仅适用于简单的数字显示。方案二：1.CDl602液晶显示屏此类显示装置能够实现更加清晰、丰富的显示效果,能耗优势也比较显著C在具体应用环节该显示装皆支持I行、2行、3行等不冏标准的显示功能,能够根据使用需求进行设置和调整。此类显示装黄通常配合相应的单片机.实现更加强大的功能和更加丰富的显示效果,统够更好的满足其杂系统的应用需求。基于本课题研究的实际需要.照度计需要显示当前测试值、掖警上限值和报警下限值.需要显示内容较多,最终选取1.CDl602液晶显示屏作为本次设计的显示方案。2.5 电压检测模块的选取方案一：ADCo832模数转换器ADa)832为8位分辨率A/D转换芯片,其最高分辨可达256级,可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用,使得芯片的模拟电压输入在05V之间。芯片转换时间仅为32S,具有双数梃输出可作为数据校鸵，以减少数据误里，转换速度快且稳定性能强。方案二：ADCo809模数转换器ADCo809是美国国家半导体公司生产的CMoS工艺8通道.8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关.它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用AQ芯片。根据比较.ADCO809为8通道模数转换器,可对8路输入信号进行模数转换；而ADa)832是2通道模数转换器,工作性能上要弱于ADCO809。同时ADa)809是并行ADC.而ADeo832是串行ADe速度上ADeo809要更快于ADCO