梁建華

(臨汾職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山西 臨汾 041000)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各類高精度測(cè)量?jī)x表隨之誕生.在電子產(chǎn)品運(yùn)用與維修時(shí)，電壓的測(cè)量是一項(xiàng)常規(guī)性操作，通常使用電壓表或萬(wàn)用表來(lái)進(jìn)行測(cè)量，而它們均為指針式儀表，測(cè)量時(shí)因檔位選擇不當(dāng)、擺放位置不同及讀數(shù)姿勢(shì)等因素都會(huì)造成讀數(shù)不準(zhǔn)確，測(cè)量精確度不高，不能滿足數(shù)字智能化時(shí)代的要求.文中提出的數(shù)字電壓系統(tǒng)以單片機(jī)AT89C51為主控器，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，由LCD顯示電路顯示測(cè)量結(jié)果，具有操作方便，精度高，抗干擾能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性強(qiáng)及集成方便等優(yōu)點(diǎn)，在智能化測(cè)量領(lǐng)域具有良好應(yīng)用前景.

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，以單片機(jī)為主控器，LCD顯示電路及A/D轉(zhuǎn)換電路組成數(shù)字電壓表控制系統(tǒng)，通過(guò)可調(diào)電位器調(diào)節(jié)電壓表來(lái)模擬電壓的輸入，經(jīng)AT89C51單片機(jī)控制電路完成對(duì)外圍硬件控制及運(yùn)算，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換[1]出數(shù)字量，即為輸出電壓值，最后由LCD顯示.

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

數(shù)字電壓系統(tǒng)電路有主控模塊電路、LCD顯示模塊電路及A/D轉(zhuǎn)換模塊電路組成，其接口電路原理圖如下：

圖1 數(shù)字電壓系統(tǒng)接口電路原理

2.1 主控模塊電路

該主控模塊電路由AT89C51控制器、電源電路、復(fù)位電路及時(shí)鐘電路組成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，采用電源電壓為5 V，選用振蕩器頻率為11.0592 MHz的石英晶體，通過(guò)按鍵電平復(fù)位方式進(jìn)行復(fù)位操作.

2.2 LCD顯示模塊電路

顯示模塊電路選用LCD1602[2]字符型模塊，內(nèi)部控制器為日立公司生產(chǎn)的HD44780，可用來(lái)顯示數(shù)字及字符.其外部引腳一般有16條,8條數(shù)據(jù)線 D0-D7與單片機(jī)P0口相連，3條控制線RS、RW、E分別與單片機(jī)P2.0、P2.1和P2.2相連.

2.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊電路

A/D轉(zhuǎn)換模塊由A/D芯片和可調(diào)電位器組成，A/D芯片選用TLC549芯片，共有8個(gè)引腳(4、8引腳為接地和電源輸入，2腳AIN連接可調(diào)電位器RP2的滑動(dòng)端，1腳REF(+)、3腳REF(-)為參考電壓輸入分別接+5 V電源及地端，5腳CS為片選信號(hào)與單片機(jī)的RD引腳相連，7腳I/O CLK為時(shí)鐘信號(hào)與單片機(jī)的T1引腳相連，6腳DOUT為轉(zhuǎn)換后的串行數(shù)據(jù)輸出與單片機(jī)的WR引腳相連)，其具有8位轉(zhuǎn)換結(jié)果、用CMOS技術(shù)、差分基準(zhǔn)電壓輸入、低功耗及5 V供電范圍等特點(diǎn).

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 算法設(shè)計(jì)思路

通過(guò)可調(diào)電位器RP2改變電壓輸出值在0～5 V內(nèi)連續(xù)變化，從而可以模擬模擬量的變化.依據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片工作時(shí)序，利用定時(shí)器0定時(shí)5 ms，設(shè)置計(jì)數(shù)器累計(jì)4次，定時(shí)器0產(chǎn)生中斷，也就是20 ms進(jìn)行一次A/D采樣轉(zhuǎn)換，然后調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換值函數(shù)將值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的ASCII值，最后通過(guò)LCD顯示A/D轉(zhuǎn)換值函數(shù)把轉(zhuǎn)換的數(shù)字量顯示在LCD1602上，顯示范圍為0～255.

3.2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[3]設(shè)計(jì)

數(shù)字電壓表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如表1所示：

表1 數(shù)字電壓表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.3 程序設(shè)計(jì)過(guò)程

3.3.1 主函數(shù)設(shè)計(jì)

主函數(shù)模塊主要完成硬件初始化、定時(shí)器[4]初值計(jì)算、定時(shí)器設(shè)置及函數(shù)調(diào)用等功能，其程序如下：

void main()

{

keytime=4;

InitLcd();

SendCommandByte(0x80);

Delay(2);

SendDataByte(‘A’);

SendDataByte(‘B’);

SendDataByte(‘C’);

SendDataByte(‘:’);

TH0=0Xee;

TL0=0X00;

TMOD=0X01;

TR0=1;

IE=0X82;

while(1);

}

3.3.2 定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù)設(shè)計(jì)

設(shè)置軟計(jì)數(shù)變量keytime為4，定時(shí)器T0定時(shí)5 ms后，進(jìn)入定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù)，軟計(jì)數(shù)量keytime減1，當(dāng)keytime值為0時(shí)則表明20 ms時(shí)間已到并進(jìn)行采樣一次；否則T0中斷函數(shù)返回主函數(shù)，繼續(xù)計(jì)時(shí).實(shí)現(xiàn)程序如下：

Void time0(void) interrupt 1

{

TH0=0xee;

TL0=0x00;

keytime--;

If(keytime==0)

{

read_549();

jsdpbl();

dispdpbl();

}

}

3.3.3 A/D采樣轉(zhuǎn)換函數(shù)設(shè)計(jì)

2）由于鉆井垂直度是順利下人套管柱的重要條件之一，所以為了保證井眼的垂直度，在鉆進(jìn)過(guò)程中采取了以下措施：

根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片TLC549的工作時(shí)序，要求片選信號(hào)CS置低電平，內(nèi)部電路在測(cè)得CS下降沿后，再等待兩個(gè)時(shí)內(nèi)部時(shí)鐘上升沿和一個(gè)下降沿后，才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換.其程序編碼如下：

void read_549(viod)

{

unsigned char i;

AD_CS=0;

adbl=0x00;

for(i=0;i<8;i++)

{

AD_CK=1;

adbl=adbl<<1;

if(AD_OUT==1)

adbl++;

AD_CK=0;

}

AD_CS=1;

}

3.3.4 A/D值轉(zhuǎn)換ASCII碼函數(shù)設(shè)計(jì)

若要在LCD上顯示A/D轉(zhuǎn)換值adbl，則需要把它轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的ASCII碼，其實(shí)現(xiàn)函數(shù)如下：

void jsdpbl(void)

{

ledbai=(adbl/100)|0x30;

ledshi=((adbl%100)/10)|0x30;

ledge=(adbl%10)|0x30;

}

3.3.5 LCD1602顯示函數(shù)設(shè)計(jì)

LCD顯示函數(shù)模塊包括LCD初始化函數(shù)、寫入指令數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)、寫入顯示數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)、LCD顯示A/D轉(zhuǎn)換值函數(shù)及延時(shí)函數(shù).

void InitLcd() //LCD初始化函數(shù)

{

SendCommandByte(0x30);

SendCommandByte(0x30);

SendCommandByte(0x30);

SendCommandByte(0x38);

SendCommandByte(0x08);

SendCommandByte(0x01);

SendCommandByte(0x06);

SendCommandByte(0x0c);

}

void SendCommandByte(unsigned char ch) //寫入指令數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)

{

RS=0;

RW=0;

P0=ch;

E=1;

Delay(1);

E=0;

Delay(100);

}

void SendDataByte(unsigned char ch) //寫入顯示數(shù)據(jù)到LCD函數(shù)

{

RS=1;

RW=0;

P0=ch;

E=1;

Delay(1);

E=0;

Delay(100);

}

void dispbpbl(void) // LCD顯示A/D轉(zhuǎn)換值函數(shù)

{

SendCommandByte(0x85);

SendDataByte(ledbai);

SendDataByte(ledshi);

SendDataByte(ledge);

}

void Delay(unsigned int t) //延時(shí)函數(shù)40 μs

{for(;t!=0;t--);}

4 結(jié)束語(yǔ)

該控制數(shù)字電壓系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)采用模塊化方法，分析各硬件電路，列出數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的算法，并編寫出各模塊程序代碼，進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)試，然后對(duì)比系統(tǒng)在不同模擬輸入量時(shí)，通過(guò)LCD顯示輸出電壓值的情況，可達(dá)到預(yù)期效果.且它采用單片機(jī)控制，具有電路簡(jiǎn)單，精度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)及集成方便等優(yōu)點(diǎn)，它將在智能化測(cè)量領(lǐng)域發(fā)揮更大作用.