[发明专利]基于单片机的宽范围电压信号自动测量系统设计

说明书

技术领域

本发明涉及电压信号采集系统设计的技术范畴，尤其涉及一种基于AT89C52单片机设计的电压信号采集及显示系统。

背景技术

目前各种电子仪表，如飞行时间质谱仪以其检测速度快、离子传输效率快、精度高一级无质量检测上限等，被广泛用于食品及生命科学中，监测并显示电路的电压值可为仪器的正常工作提供必要的保障。

传统的数字电压表有自己的特点，但是不可避免地存在指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，它们较适合在现场做手工测量，而要完成远程测量并对测量的数据做进一步处理，运用传统的数字电压表是无法完成的，致使人们不能快速、有效准确地获取关键电路的电压状况。

因此有必要设计一种既可以完成测量数据的传递，又可借助PC进行测量数据的处理的电压信号采集系统，实现对宽范围电压信号的采集和读取显示，保证电路各端电压值的准确性。

发明内容

为解决上述传统电压仪表的问题，本发明的目的就是设计一种基于单片机的电压信号采集系统，使得其能够真多宽范围电压实现自动判定范围，并测量和显示，可用于电路电压的实时监测，提高电路的稳定性。

为实现上述专利的目的，本专利采取以下技术方案：

1.一种基于单片机的电压信号采集和读取系统，其特征在于：包括PC控制模块，串口通信模块，输入控制模块和A/D转换模块。

2.一种基于单片机的电压信号采集和读取系统，其特征在于：PC控制模块用于整个系统的控制，串口通信模块负责单片机与PC机的通信和信号传输，输入放大选择模块用于对采集的电压信号进行放大，A/D转换模块用于模拟信号至数字信号的转换，单片机控制模块控制系统的工作方式及串口通信等

3.根据权利要求1所述的单片机，其特征在于，选择单片机AT89C52为控制芯片并以此为核心搭建外围电路构成硬件系统，实现0-20V的电压值的自动测量。

4.根据权利要求1所述的输入放大选择模块，其特征在于其用于对采集的电压信号进行放大，放大电路是用LM324构成的求差电路实现，所组建的单电源同向求差电路，放大倍数AV＝R10/R9＝R7/R8，取相应大小的电阻就可以实现10倍、100倍的放大倍数，对应于不同的输入电压值，对应有不同的放大倍数可以在很大程度上提高小信号的测量精度。

5.根据权利要求1所述的输入放大选择模块，其特征在于由于该芯片在单电源供电的时候其输出电压能够达到3-32V的电压上限，因此为提高小信号的测量精度，不同范围的输入电压值，有不同的放大倍数。

6.根据权利要求1所述的输入放大选择模块，其特征在于，针对0-200mv范围内的电压放大100倍后输入到A/D转换电路进行相应的转换，对200mv-2v范围内的电压放大十倍以后再输入到A/D转换电路，而对于2v-20V范围内的电压则直接输入到A/D转换电路进行相应的转换。

7.根据权利要求1所述的输入放大选择模块，其特征在于，三路信号使用了三个相同的继电器来控制，由于单片机的输出电流不可能直接驱动继电器，还包括继电器驱动电路，用于驱动继电器。

8.根据权利要求1所述的输入放大选择模块，其特征在于，中对于输入有三种路径：可以直接输入到AD转换器进行转换、经过10倍放大电路或者经过100倍放大电路，还设计输入控制电路，接入三个继电器控制三路输入的接通或者断开，继电器的三个输出端先接入一个三输入或门然后再接入AD574A的模拟电压输入端，用于随三种范围电压输入路径的选择。

9.根据权利要求1所述的A/D转换模块，其特征在于选择AD574A芯片实现电压信号至数字信号的转换。电路中还使用了三态锁存器74LS373和74LS00与非门电路，逻辑控制信号由单片机的的数据口P0发出，并由三态锁存器74LS373锁存到输出端Q0、Q1和Q2上，用于控制AD574A的工作过程。AD转换器的数据输出也通过P0数据总线连至单片机，由于只使用了8位数据口、12位数据分两次读进单片机。当单片机的P1.0查询到STS端转换结束信号后，先将转换后的12位A/D数据的高8位读进单片机，然后再将低4位读进单片机。这里不管AD574A是处在启动、转换和输出结果，使能端CE都必须为1，因此将单片机的写控制线和读控制线通过与非门74LS00与AD574A的使能端CE相连。

10.根据权利要求1所述的单片机对串口控制的模块，其特征在于采用查询的方式实现A/D转换。