多路放大与巡回测量电路.docx

1、多路放大与巡回测量电路目 录目录1 概述 21.1 设计背景 21.1.1 设计目的 21.1.2 系统基本功能要求及理解 31.2 系统设计思路 31.2.1 系统设计总框图 31.2.2 方案选择 42 设计说明 42.1 各单元模块工作原理 42.1.1 小信号放大电路 42.1.2 多路信号采集模块 52.1.3 单片机最小系统 62.1.5液晶屏显示器 82.1.6 按键电路 92.1.7 报警电路 102.2 调试实物图 102.3 调试数据整理 123 各部分函数及其功能 123.1 主函数部分 123.1.1 ADC处理 123.1.2 数据处理 133.1.3按键处理 133

2、.2 lcd1602显示部分 134总结 135附录 145.1附录1 14主函数 14Lcd1602显示函数 195.2 附录2 21原理图和PCB 211 概述 设计背景为了适应当今社会的需求，我校积极培养学生的动手能力和实践创新能力。通过实训使学生学到电子产品的工艺设计知识，并通过真刀实枪的电子产品制作，使学生了解电子产品制造过程、数字电子产品工艺，掌握制造电子产品的操作技能，为进一步学习和应用奠定了基础。它不仅能让学生巩固模电、数电以及单片机三大技术，更能把动手实践糅合在一起，真正实现培养“高素质、高层次、多样化、创造性的人才培养目标”。 1.2 设计需求及指标理解1.1.1 设计目的

3、培养学生在单元电路设计、系统电路分析、整机联调、计算机辅助设计和信息处理等综合方面的能力。培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。学习一种单片机系统设计的方法。熟悉利用Altium Designer软件设计硬件电路。学习实物电路的电装技术。熟悉利用KEIL软件编写编译C51源程序。学习利用设备调试硬件、软件的方法。通过实验掌握以下知识点： 多路模拟信号采集电路设计方法。 按键处理方法与技巧。 小信号放大电路设计 1.1.2 系统基本功能要求及理解 对八路不同的电压(0-5v)进行巡回测量 用按键选择输入，LED数码管显示通道号和电压值 8路输入电压调节通过1个电位器完成。 测量及输出误差

4、5 设置一路050mV的小信号，经放大后再采集，对应显示050.0 增加上下超限报警理解：用7个电阻加一个电位器将输入电压分成8路不同的电压并分别输入A/D转换电路然后接入单片机通过单片机进行控制选择输入通道，然后再通过数码管显示通道号和测量出的电压值。其中x是测量值与显示值的差值，x是测量值。扩展要求： 设置一路050mV的小信号，经放大后再采集，对应显示050.0 定时自动显示各路电压，并设置上下报警限，LED报警理解：050mV的小信号可以通过电位器的调节来得到。系统设计思路 系统设计总框图开始 串口初始化ADC初始化LCD初始化0到7 循环显示按键输入切换显示结果 结束图1 多路巡回电

5、路框图 方案选择方案一：采集的八路不同电压直接利用ADC0809进行A/D转换,将被测的八路电压模拟量转化成数字量，并以数字方式显示测量结果。设计中，A/D转换器将输入的数字量转换成模拟量，逻辑控制电路产生控制信号，按规定的时序将A/D转换器中各组模拟开关接通或断开，以保证A/D转换正常进行。A/D转换结果通过AT89S51单片机驱动显示器显示相应的电压值。本系统以AT89S51单片机为系统的控制核心，结合LM324,SN74LS74A以及ADC0809，能够测量0-5V之间的直流电压，并通过1602液晶显示。方案二：采集的八路不同电压（最后一路电压利用两级LM324放大）通过低通滤波电路输入

6、内含集成A/D的STC12C5A60S2(PDIP-40)单片机，单片机输出电压通过单片机驱动在数码管上显示相应的电压值，其中，小信号为小数点后三位数值，显示时只显示无小数点的两位值；其余电压信号显示三位有效数字。根据设计环境及设计要求，我们选择了更为方便简单且成本低的方案二。2 设计说明 各单元模块工作原理 小信号放大电路将小信号进行放大处理判断是否超限。电路图如下图：图1 放大电路 多路信号采集模块该电路由一个电位器和8个电阻串联得到不同的电压信号，即将5v电压分成八路递减电压值，并输入A/D转换接口。因为最后一路信号已经很小了，无法直接测量，所以经过LM324两级放大后作为其中一路的电压

7、输入信号。第一级放大倍数为11倍，第二级放大通过滑动变阻器调节使其倍数为70/11倍，所以两级一共放大70倍。图2 多路数据选择电路2.1.3 电源滤波电路通过8路的电阻与电容构成的低通滤波器，滤掉高频成份，使电压更稳定。图3 滤波电路 单片机最小系统该电路主要控制系统为STC12C5A60S2(PDIP-40)单片机，单片机为系统核心模块。在此电路设计中，单片机P0口接数码管段选端，P0作为输出端为开漏电路，在P0口与数码管之间还需接上上拉电阻提高P0口的驱动能力和防止P0口因电流过大而烧坏单片机。STC12C5A60S2系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/低

8、功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051,但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换(250K/S),针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2系列单片机其内部含有高速A/D转换集成电路，10位精度ADC，共8路，转换速度可达250K/S(每秒钟25万次)。如下图所示，STC12C5A60S2，PDIP-44单片机管脚图。图4 STC12C5A60S2 PDIP-40管脚图2.1.4 复位电路与晶振电路根据所用单片机STC12C5A60S2(PDIP-40)对复位电路和晶振电路的要求：关于复位电路，根据时钟频率

9、高于12MHz时,可以不用C1，R1，直接使用第二复位功能脚，接1K电阻到地。最后我们决定应用第二复位功能脚接1K电阻到地。关于晶振电路，根据单片机对晶振的需求，我们采用直接使用外部有源晶振，晶振频率为22MHz，从XTAL1脚输入，XTAL2脚悬空。所用电路如下图所示：图5 晶振电路和复位2.1.5液晶屏显示器此电路选择的液晶屏1602是因为其微功耗体积小，显示内容丰富，超薄轻巧的特点。1602液晶屏显示是两行16个字。第1脚：VSS为地电源。第二脚：VDD接5V正电源。第三脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通

10、过一个10K的电位器调整对比度第四脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器，低电平时选择指令寄存器。第五脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。第六脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第七十四脚：D0D7为8位双向数据线。第十五十六脚：空脚。图6 数码管显示电路2.1.6 按键电路按键K2接入P20，当P20为低电平，代表K2被按下，在多路放大与巡回测量中执行路径的加。图7 按键电路2.1.7 报警电路 实验中用一个发光二极管，LED用于模拟电压4.43V上限报警，LED灯闪烁。图8 保护模块调试实物图开始启动第六路分信号第七路放大信号

11、调试数据整理输入信号（v）1.52.33支路一理论值（V）1.5032.2773.0实际值（V）1.3852.2813.082误差(V)0.1180.0040.082支路二理论值（V）1.3041.9752.608实际值（V）1.1921.9162.618误差(V)0.1120.0290.010支路三理论值（V）1.1141.6862.113实际值（V）1.0211.6392.214误差(V)0.0930.0470.101支路四理论值（V）0.9211.3931.840实际值（V）0.8301.3621.788误差(V)0.0910.0310.052支路五理论值（V）0.7291.1021.4

12、56实际值（V）0.6381.0641.405误差(V)0.0910.0380.051支路六理论值（V）0.5370.9271.069实际值（V）0.4680.7661.021误差(V)0.0690.1610.048支路七理论值（V）0.1500.2241.296实际值（V）0.2760.4890.638误差(V)0.1260.2650.342支路八理论值（V）000实际值（V）000误差(V)0003 各部分函数及其功能主函数部分3.1.1 ADC处理void InitADC(); 函数功能：ADC初始化BYTE GetADCResult(BYTE ch) 函数功能：取ADC结果void D

13、elay(WORD n); 函数功能：软件延时函数void Delay6ms() 函数功能：软件延时函数void Delay80ms() 函数功能：软件延时函数3.1.2 数据处理void show(BYTE ch); 函数功能; 数据处理；处理之后显示unsigned int ADC_measure(unsigned char ch) 函数功能：数据处理；对数据进行取平均值处理3.1.3按键处理void keyscan(); 函数功能：按键第一次触发-启动ADC采集之后循环切换8路ADC采集结果显示当前显示结束之后切换到下一通道显示3.2 lcd1602显示部分void delaylcd(u

14、nsigned char x) 函数功能：延时函数void lcdwrdata(unsigned char dat) 函数功能：液晶写数据void lcdwrcom(unsigned char dat) 函数功能：写指令数据到LCDvoid lcd_init() 函数功能：液晶初始化函数void display(unsigned int getn, unsigned char channel) 函数功能：液晶显示数据函数：4总结本作品可以实现对八路信号的放大判断输入的信号是否超限，如果超限将会通过led报警，没有超限就会将输入信号传送至对应单片机。单片机进行AD采集，在通过1602液晶屏显示输入的信号及其幅值，通过按键进行巡回选择输入的哪路信号。通过近两个月的过程中，潘佳同学负责原理图的设计实现，武婧婷同学负责硬件设计与电路焊接，蒋盼同学负责简单的软件设计及各种文档资料的操作。通过这门课程的学习，我们学会了怎样制作电子系统模块的流程，提高了我们的动手能力，在实际操作的过程中，我们应该做到什么，首先构思是前提，要考虑单片机的内部结构等等。给我们每个人都有很大的收获，深感动手能力不足，在课后会花更多的时间来增强动手能力。本作品可以实现我们预想的设计要求。5附录5.1附录15.1.1 主函数5.1.2Lcd1602显示函数5.2 附录25.2.1 原理图5.2.2 PCB