基于单片机的宽范围电压信号自动测量系统设计技术方案

本发明专利技术设计电压信号的自动采集和测量系统，具体的说是一种电压信号自动采集和测量系统，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。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。本装置利用单片机设计了一种电压信号的自动采集和读取系统，结合模数转换芯片、放大电路、放大倍数选择电路等，设计实现20V范围内信号自动采集功能的硬件电路，并预留串行通讯接口单片机机连接，利用单片机控制其增益实现量程的自动切换，实现宽范围信号的自动采集，以实现输入电压的自动读取和显示。

Design of automatic measurement system for wide range voltage signal based on single chip microcomputer

Automatic acquisition and measurement system of the present invention designs a voltage signal, in particular to a voltage signal acquisition and automatic measurement system, including PC control module, serial communication module, input control module and A/D conversion module. PC control module is used to control the whole system, the serial communication module is responsible for SCM and PC communication and signal transmission, the amplification of the input selection module is used for amplifying the voltage signal acquisition, A/D conversion module is used to convert analog signal to digital signal, microcontroller control system module working mode and serial communication etc.. The device is designed for automatic collection and reading system for a voltage signal by MCU, with AD converter, amplifier circuit, amplification circuit selection, hardware circuit of automatic acquisition function signal 20V within the scope of the design, and set aside the serial communication interface of the single chip machine with automatic switching using MCU to control its gain range the realization of automatic acquisition, wide range signal, in order to realize the automatic read and display the input voltage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
为解决上述传统电压仪表的问题，本专利技术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。11.根据权利要求1所述的串口控制的模块，使用MAX232芯片实现，通过DB9与计算机相连接，使用TXD、RXD、GND三根线读写数据。附图说明图1是本专利技术的总体框图；图2是输入信号放大模块中的求差放大电路；图3是输入控制模块中的继电器控制电路；图4为MAX232与单片机相连的串口通信接口图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：1.如图1所示，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.如图2所示，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.如图3所示，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏波涌，王海燕，王祥胜，李丽萍，
申请(专利权)人：王海燕，
类型：发明
国别省市：江苏;32