基于单片机的相位测量仪设计制作 毕业设计

基于单片机的相位测量仪设计制作

摘要

本次设计提出了一种基于8051 单片机开发的相位差测量仪的设计，系统以单片机8051 及计数器为核心, 构成完备的测量系统。系统可以对20Hz～ 20kHz 频率范围的信号进行频率、相位等参数的精确测量, 测相绝对误差不大于1°。系统采用液晶1602显示被测信号的频率、相位差。硬件结构简单, 程序简单可读写性强,软件采用C语言实现。与传统的电路系统相比, 其有处理速度快、稳定性高、性价比高的优点。

关键字：单片机相位差测量 1602

The design and implementation of intelligent charger

ABSTRACT

In our daily life, mobile phone has become more and more important. We often need to use a mobile phone, phone calls, text messaging, surfing the Internet, watching movies, listening to music, play games, and so on. With large screen and high frequency mobile phone, lithium ion battery becomes more important, the lithium ion battery charger also brought to the attention of the consumers.

This product adopts the li-ion battery charger IC MAX1898, through STC89C52RC control can realize prefi lled, fast charging, and constant voltage charge. By setting the other can easily change the charging time, etc., you can also monitor the charging process of each state, as well as the use of 1602 convenient displays information about the charging current. This design implements the circuit is simple, low cost, and charge effect is very good, including the high security, short time-consuming, small damage to the battery, and meet the requirements of general users.

Key words: single chip MAX1898 1602

目录

摘要............................................................................. ABSTRACT ........................................................................... 目录.............................................................................

1 绪论 (1)

2 设计原理与方案论证 (1)

2.1设计要求 (1)

2.2方案论证 (2)

2.2.1控制部分的方案选择和论证 (2)

2.2.2显示模块的选择方案和论证 (2)

2.2.3相位测量方案选择和论证 (3)

2.3相位差测量原理论证 (3)

3 系统硬件电路设计 (3)

3.1各单元模块功能分析及模块电路设计 (5)

3.1.1 单片机控制模块 (5)

3.1.2稳压电路设计 (1)

3.1.3相位差测量模块 (2)

3.1.4显示模块 (4)

4 软件部分设计 (7)

4.1C语言的简介 (7)

4.2系统软件设计思想 (7)

5 仿真调试及结果 (9)

5.1硬件的调试 (10)

5.2软件调试 (11)

5.3P ROTEUS中仿真图的绘制与调试 (11)

5.3.1仿真图的绘制 (11)

5.3.2仿真结果 (15)

5.4设计结果及总结 (15)

5.4.1设计结果 (15)

5.4.2设计总结 (15)

参考文献 (17)

致谢 (19)

附录 (20)

1 绪论

在电子测量技术中，相位测量时最基本的测量手段之一，相位测量仪式电子领域的常用仪器。随着相位测量技术广泛应用于科学研究、实验、生产实践等各个领域，对相位测量技术的要求也向高精度高智能化方向发展，在低频范围内，相位测量在电力、机械等部门具有非常重要的意义。基于数字式相位测量仪的高精度、高智能化、直观化的特点，工业上常常用此进行低频信号相位差的精确测量。同频信号间相位差的测量在电力系统、工业自动化、智能控制及通信、电子、地球物理勘探等许多领域都有着广泛的应用。尤其在工业领域中，相位不仅是衡量安全的重要依据，还可以为节约能源提供参考。相位测量仪是适用于电能计量、用电检查、继电保护、差动检测、电力建设和变送电工程等的一种高精度仪器仪表。相位测量仪是电力系统各部门的必备仪器之一。

在许多领域，经常会遇到需要检测两个信号之间的相位差，精确地测量两个信号之间的相位差，具有很重要的意义。比如当电网并网合闸时，这就需要精确测量相位差。相位差的测量是研究网络相频特性中不可缺少的重要方面。近年来随着电子技术的发展，仪器仪表也得到了充足的发展。随着测量需求的逐渐增大，一款高精度的相位测量仪正是市场所需要的。

单片机由运算器，控制器和存储器等构成，它是近年来发展成熟和应用广泛的一种芯片，许许多多简单的控制都可以用到它，它不但使用简单，而且成本也低，市面上的单片机型号更是繁多，可以让设计人员根据自己的需求去选择。单片机和计算机相比，单片机缺少了外围设备等。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。由于单片机的需求大，现在已经有8位、16位、32位的单片机，其中作为8位单片机的51单片机最为成功，因为其简单可靠而性能不错获得了很大的好评。

2 设计原理与方案论证

2.1 设计要求

基本要求：

（1）设计单片机系统；

（2）设计信号周期和相位测量电路；

（3）显示信号频率和相位差。

2.2 方案论证

2.2.1 控制部分的方案选择和论证

方案一：

采用传统的8位单片机，例如STC12C5A60S2作为控制核心。该单片机是目前最流行以及开发平台最低的一种嵌入式控制芯片，目前已经广泛运用于市场上，高校的教学也有讲这方面的知识。

方案二：

采用FTC10F04单片机，还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片，市场应用最多。

方案一成本比较低，适合做设计，方案二运算速度高，性能好，所以两种方案都有可取之处。但是方案一做设计容易上手，方案比较通用，而且货源充足，有利于生产。

综合比较选用方案一

2.2.2 显示模块的选择方案和论证

方案一：

LED数码管动态扫描。相对于液晶显示比较经济实惠，但液晶显示比数码管显示美观，LED数码管在操作上比较繁琐。

方案二：

点阵显示。用点阵显示美观，但是分辨率不高，而且需要的功率比较大，单个LED 出现问题后会对整个点阵的显示产生影响。

方案三：

LCD1602液晶是一种具有8位并行接口方式的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为16x2。

经过综合比较最终选择方案三，即选择LCD1602液晶显示屏。

2.2.3 相位测量方案选择和论证

方案一：

过零点检测法：原理是将基准信号的过零时刻与被测信号的过零时刻进行比较，由二者之间的时间间隔与被测信号周期的比值推算出两信号之间的相位差。

方案二：

倍乘法：用正弦函数和余弦函数构成的无穷级数来表示，然后再通过运算得出相位差。

从测量范围、准确度等技术指标来看，综合比较选择方案一，即过零点检测法。

2.3 相位差测量原理论证

由过零比较法可知，时间差和相位差有如下关系：

θθ:360:T T = （2.1） 由此可得：

360)/(?=T T θθ （2.2） 其中，θT 是相位差θ对应的时间差，T 是信号周期。

式2.2表明，相位差θ与时间差θT 有着一一对应的关系，只要通过测量时间差θT 及信号周期T ，就可以求得相位差θ。

3 系统硬件电路设计

本设计共包括以下模块：单片机主控电路、显示电路和相位测量等电路。系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图系统电路原理图如图2所示

图2 系统电路原理图单片机主控电路

输入信号

被测

网络

时差

测量

电路稳压电路

显示电路

3.1 各单元模块功能分析及模块电路设计

3.1.1 单片机控制模块

本系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心。STC12C5A60S2 系列 1T 单片机特点如下：