基于单片机的专用电压测量仪设计

史新鹏+高松+初俊博

摘 要 针对某些专用设备测量电压不便的问题，设计了以W78E516单片机为控制核心的多用途电压测量仪器。包括AD转换电路、液晶显示电路、报警电路等模块来实现对电压进行测量、显示和检测报警。实践表明，该系统电路简单、测量精度高，具有一定的实用价值。

关键词 电压测量；W78E516单片机；显示报警

中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）06-0078-03

电压这个词与我们的日常生活息息相关，然而，人们在测量电压时往往会遇到一些比较特殊的应用场合，比如某些设备的专用电缆上曾出现过感应电压及漏电电压，操作人员在连接这些电缆时可能会意外引爆火工品，直接影响到设备及人员安全。目前并没有专用的测量设备可以直接测量感应电压及漏电电压，基本使用万用表测量，而使用万用表又存在诸多不便之处。根据以上背景，本文设计一款以W78E516单片机为控制核心，通过专用线缆直接测量电缆中的感应电压及漏电电压的专用测量仪器，以解决长期测量不便的问题。

1 硬件系统设计

电压测量仪按照设计要求，包含以下硬件模块单元：控制器部分、按键信号输入部分、液晶输出显示部分、报警输出部分、测量信号变换部分、模数转换部分等。核心控制器采用W78E516单片微型计算机，它是自带64KFlash EPROM、512字节片内RAM、4组8位双向输入输出口、3个16位定时器、6个中断源、1个双向串行口的8位CMOS单片机，主要用于监控程序的执行、数据采集、数据计算处理、显示控制、报警输出等。系统结构图如图1所示。

1.1 信号变换处理

原始测量信号经分压电路（分压电阻为R13A和R6A）分压后进入转换电路第一级运放U5A的输入端3引脚，2个稳压管作用为过压保护。运放U5A构成电压跟随器电路，它的输出值与输入值相同，在电路中作用是增加输入阻抗。信号从U5A的6引脚输出后进入全波精密检波电路（U3A和U6A构成的电路）后，经过全波精密检波电路变换后得到脉动直流信号，再经过滤波电路滤波后得到直流信号，进入运放PGA103U（U2A）放大K倍，其中增益K值是由单片机的P26、P27引脚输出TTL电平控制得到，输出信号再经过滤波进入模数转换部分电路。信号变换处理部分电路如图2所示。

1.2 模数转换

为保证系统的数据计算精度、数据精度，本系统采用了串行12位AD转换芯片TCL2543IDW，其转换精度可在0.025%，具有12位精度、8路模拟输入接口、电容开关转换、逐次逼近、内部带有采样保持和系统转换时钟、SPI串行接口的CMOS技术。测量信号经信号变换处理电路后得到的处理信号直接与TCL2543的输入引脚1、2进行相连，通过软件完成SPI数据接口，即完成数据的模数转换，从而将该信号提供给单片机。模数转换部分电路如图3所示。

1.3 点阵式液晶显示

测量仪的显示采用YXD-19264C1型液晶控制器，其顯示点阵数为192×64，既能显示汉字，又能显示数据，一屏显示12字×4行的16×16的汉字。点阵式液晶显示部分和单片机连接时主要有3部分，液晶控制器接口要求的数据总线和控制总线直接和单片机的8位数据总线P0口及P1口中相应引脚直接相连，而地址总线的低8位由单片机的多路复用数据地址总线D0口通过74HC373进行地址锁存后提供，高位地址总线由单片机的P2口直接提供。点阵式液晶显示部分电路如图4所示。

2 软件设计

软件的设计中采用了模块化的设计，使程序的结构更加的清晰，方便今后对程序的修改和功能的扩展。仪表的主要工作是测量相关电缆的漏电电压、感应电压和测量电压，这些测量量均为模拟量，显然仪表需要先将这些模拟量转换为数字量，再送入单片机进行处理，然后再将单片机处理的数据送到液晶单元进行显示。根据仪表的功能，软件程序设计方面包括主程序和各模块功能程序。其中主程序流程图如图5所示。

3 测试结果

测量仪主要测试的专用设备相关电缆上的感应电压和漏电电压以及正常工作时电压，这些电压的测量范围为直流0～40V，交流0～40V。测量时，采用标准信号源输出标准信号进行测量，测量数据如表1所示。从表1可以看出，显示的电压值和信号源输出的电压值很接近，基本满足设计的要求，如果想把误差进一步减小，可以通过软件方面的处理来达到目的。试验说明，本文所设计的电压测量仪可以用于相关电路电压的测量。

4 结论

本设计以W78E516单片机为控制芯片完成了专用设备相关电路电压测量仪的设计，并且通过软件校正了硬件所造成的部分误差，使得测量的精度更高。同时，还采用模块化的处理方式，对以后开发研制更加完善的系统打下了良好的基础。

参考文献

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