管湘蕓

（無錫商業(yè)職業(yè)技術學院，江蘇無錫 214053）

1 系統(tǒng)實現(xiàn)

一般的小信號量測量，先要經(jīng)過信號放大，然后進行AD采樣，再通過MCU對采樣值進行處理，最后得到較為準確的讀數(shù)。現(xiàn)在的MCU一般都集成10bit／12bit的ADC，所以無需采用專門的ADC芯片，而放大電路則需采用單獨的運算放大器。

EM78P259N是臺灣義隆公司生產(chǎn)的一款8位單片機，內(nèi)含4路12位AD，1個比較／放大器，3個8位定時器和1個16位定時器。可選擇外部晶振模式、外部RC振蕩模式和內(nèi)部RC振蕩模式，賦予用戶靈活的選擇。該MCU基于義隆公司成熟的EM78系列內(nèi)核，擁有良好的開發(fā)環(huán)境。

系統(tǒng)主控部分采用EM78P259N，供電電壓為＋5V。該電源電壓需要經(jīng)過適當?shù)臑V波處理，被測量的信號接入以EM78P259N內(nèi)部OP為核心的負反饋放大電路。放大后的直流信號經(jīng)由MCU的管腳輸出并直接接入EM78P259N的AD輸入端進行ADC轉換，所得數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列處理后被顯示出來。

系統(tǒng)顯示部分采用LCD1602液晶顯示模塊，顯示“000mV－999mV”，如果所測電壓大于999mV，則顯示最大值“999mV”，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 軟硬件設計

2．1 電壓放大

該系統(tǒng)所測信號為小于1V的直流電壓信號，需要進行放大。在此利用EM78P259N內(nèi)部集成的OP來搭建負反饋放大電路以實現(xiàn)信號調(diào)理功能。這樣既節(jié)省了整個系統(tǒng)的成本，又因為采用了集成元件而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

輸入電壓信號的負端直接接地，正端經(jīng)電阻分壓后輸入放大器的同相端。R3和VR1構成電壓串聯(lián)負反饋，調(diào)整VR1阻值以獲得一定的電壓放大比，放大后的電壓直接接入到芯片的ADC輸入端，見圖2。

2．2 AD轉換處理

將放大后的直流信號輸入到EM78P259N的AD中，經(jīng)轉換可以得到12bit的AD數(shù)值。但我們知道，單次AD轉換得到的數(shù)據(jù)因受各種因素影響存在很大的誤差，尤其是信號較小時，易受到噪聲的干擾，需要多次采集數(shù)據(jù)并經(jīng)過濾波處理才能得到一個相對準確的值。本系統(tǒng)的軟件采用中值結合平均值濾波法。以下是數(shù)據(jù)采集流程圖，見圖3。

圖2 電壓放大電路

圖3 數(shù)據(jù)采集流程圖

不間斷進行5次AD轉換后，求得5次轉換的中間值。將512個這樣的中間值相加，然后再除以2048。如果每一個中間值都相等，則相當于單次值除以4。

2．3 校準及放大電路參數(shù)設置

根據(jù)放大電路結構，我們得到輸出電壓為Vout＝Vin＊R2／（R1＋R2）＊（1＋ VR1／R3）。當R2＞＞R1時，放大器正輸入端電壓接近于Vin，所以放大倍數(shù)僅取決于滑動變阻器VR1和R3的比值。同時，根據(jù)軟件所用中值濾波法的處理，我們將AD平均值減小為理論值的1／4，所以，經(jīng)過調(diào)整，最終VR1和R3的比值約為3左右。

同時，因為所用元器件性能存在一定的差異，每一個系統(tǒng)的放大倍數(shù)都不一致。所以，在實際應用中，我們使用5位半的電壓表對該毫伏表進行校準。通過調(diào)整VR1的阻值來調(diào)整放大倍數(shù)，從而實現(xiàn)較為精確的電壓測量和顯示。

3 結 語

利用8位單片機EM78P259N的豐富內(nèi)設，我們選擇較為簡單的外圍元器件和適當?shù)能浖幚矸绞剑瑢崿F(xiàn)了一個實用的直流毫伏表，該方案已成功應用于實驗室教學等領域。

1 張 ?。橙耸钟洝粋€單片機工作者的實踐與思考［M］．北京航空航天大學出版社，2008

2 童詩白，華成英．模擬電子技術基礎（第三版）［M］．高等教育出版社，2005

3 李學海．EM78單片機實用教程（基礎篇）［M］．電子工業(yè)出版社，2003