基于PC的数字电压表设计

基于PC的数字电压表设计本文运用AT89S51和AD678进行A/D转换,依据数据采集的工作原理,设计实现数字电压表,最终完成单片机与PC的数据通信,传送所测量的电压值

数字电压表的设计和开发,已经有多种类型和款式。传统的数字电压表各有特点,它们适合在现场做手工测量,要完成远程测量并要对测量数据做进一步分析处理,传统数字电压表是无法完成的。然而基于PC通信的数字电压表,既可以完成测量数据的传递,又可借助PC,做测量数据的处理。所以这种类型的数字电压表无论在功能和实际应用上,都具有传统数字电压表无法比拟的特点,这使得它的开发和应用具有良好的前景。

新型数字电压表的整机设计

该新型数字电压表测量电压类型是直流,测量范围是-5～+5V。整机电路包括:数据采集电路的单片机最小化设计、单片机与PC接口电路、单片机时钟电路、复位电路等。下位机采纳AT89S51芯片,A/D转换采纳AD678芯片。通过RS232串行口与PC进行通信,传送所测量的直流电压数据。整机系统电路如图1所示。

数据采集电路的原理

在单片机数据采集电路的设计中,做到了电路设计的最小化,即没用任何附加规律器件做接口电路,实现了单片机对AD678转换芯片的操作。

AD678是一种高档的、多功能的12位ADC,由于其内部自带有采样保持器、高精度参考电源、内部时钟和三态缓冲数据输出等部件,所以只需要很少的外部元件就可以构成完整的数据采集系统,而且一次A/D转换仅需要5ms。

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在电路应用中,AD678采纳同步工作方式,12位数字量输出采纳8位操作模式,即12位转换数字量采纳两次读取的方式,先读取其高8位,再读取其低4位。依据时序关系,在芯片选择/CS=0时,转换端/SC由高到低变化一次,即可启动A/D转换一次。再查询转换结束端/EOC,看转换是否已经结束,若结束则使输出访能/OE变低,输出有效。12位数字量的读取则要掌握高字节有效端/HBE,先读取高字节,再读取低字节。整个A/D操作大致如此,在实际开发应用中调整。

由于电路中采纳AD678的双极性输入方式,输入电压范围是-5～+5V,依据公式Vx10(V)/4096*Dx,即可计算出所测电压Vx值的大小。式中Dx为被测直流电压转换后的12位数字量值。

RS232接口电路的设计

AT89S51与PC的接口电路采纳芯片Max232。Max232是德州仪器公司(TI)推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路供应TIA/EIA-232-F电平。Max232芯片起电平转换的功能,使单片机的TTL电平与PC的RS232电平达到匹配。

串口通信的RS232接口采纳9针串口DB9,串口传输数据只要有接收数据针脚和发送针脚就能实现:同一个串口的接收脚和发送脚直接用线相连,两个串口相连或一个串口和多个串口相连。在试验中,用定时器T1作波特率发生器,其计数初值X按以下公式计算:

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串行通信波特率设置为1200b/s,而SMOD=1,fosc=6MHz,计算得到计数初值X=0f3H。在编程中将其装入TL1和THl中即可。

为了便于观看,当每次测量电压采集数据时,单片机有端口输出时,用发光二极管LED指示。

软件编程

软件程序主要包括:下位机数据采集程序、上位机可视化界面程序、单片机与PC串口通信程序。单片机采纳C51语言编程