多路放大与巡回测量电路.docx
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多路放大与巡回测量电路
目录
目录
1概述2
1.1设计背景2
1.1.1设计目的2
1.1.2系统基本功能要求及理解3
1.2系统设计思路3
1.2.1系统设计总框图3
1.2.2方案选择4
2设计说明4
2.1各单元模块工作原理4
2.1.1小信号放大电路4
2.1.2多路信号采集模块5
2.1.3单片机最小系统6
2.1.5液晶屏显示器8
2.1.6按键电路9
2.1.7报警电路10
2.2调试实物图10
2.3调试数据整理12
3各部分函数及其功能12
3.1主函数部分12
3.1.1ADC处理12
3.1.2数据处理13
3.1.3按键处理13
3.2lcd1602显示部分13
4总结13
5附录14
5.1附录114
主函数14
Lcd1602显示函数19
5.2附录221
原理图和PCB21
1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
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AltiumDesigner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≤5％
●设置一路0~50mV的小信号，经放大后再采集，对应显示0~50.0
●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0~50mV的小信号，经放大后再采集，对应显示0~50.0
●定时自动显示各路电压，并设置上下报警限，LED报警
理解：
0~50mV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4STC12C5A60S2PDIP-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：
D0~D7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<0.08V下限报警或模拟电压>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
调试数据整理
输入信号（v）
1.5
2.3
3
支路一
理论值（V）
1.503
2.277
3.0
实际值（V）
1.385
2.281
3.082
误差（V）
0.118
0.004
0.082
支路二
理论值（V）
1.304
1.975
2.608
实际值（V）
1.192
1.916
2.618
误差（V）
0.112
0.029
0.010
支路三
理论值（V）
1.114
1.686
2.113
实际值（V）
1.021
1.639
2.214
误差（V）
0.093
0.047
0.101
支路四
理论值（V）
0.921
1.393
1.840
实际值（V）
0.830
1.362
1.788
误差（V）
0.091
0.031
0.052
支路五
理论值（V）
0.729
1.102
1.456
实际值（V）
0.638
1.064
1.405
误差（V）
0.091
0.038
0.051
支路六
理论值（V）
0.537
0.927
1.069
实际值（V）
0.468
0.766
1.021
误差（V）
0.069
0.161
0.048
支路七
理论值（V）
0.150
0.224
1.296
实际值（V）
0.276
0.489
0.638
误差（V）
0.126
0.265
0.342
支路八
理论值（V）
0
0
0
实际值（V）
0
0
0
误差（V）
0
0
0
3各部分函数及其功能
主函数部分
3.1.1ADC处理
voidInitADC（）;函数功能：
ADC初始化
BYTEGetADCResult（BYTEch）函数功能：
取ADC结果
voidDelay（WORDn）;函数功能：
软件延时函数
voidDelay6ms（）函数功能：
软件延时函数
voidDelay80ms（）函数功能：
软件延时函数
3.1.2数据处理
voidshow（BYTEch）;函数功能;数据处理；处理之后显示
unsignedintADC_measure（unsignedcharch）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
voidkeyscan（）;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
3.2lcd1602显示部分
voiddelaylcd（unsignedcharx）函数功能：
延时函数
voidlcdwrdata（unsignedchardat）函数功能：
液晶写数据
voidlcdwrcom（unsignedchardat）函数功能：
写指令数据到LCD
voidlcd_init（）函数功能：
液晶初始化函数
voiddisplay（unsignedintgetn,unsignedcharchannel）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1
5.1.1主函数
5.1.2Lcd1602显示函数
5.2附录2
5.2.1原理图
5.2.2PCB
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