基于PIC单片机的直流电压测量计

作者：信息来源:电子市场 2007-6-6

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摘要：介绍了利用PIC单片机制作的直流电压测量计的基本原理，通过串行口与上位机通信，并采用VB的可视化编程技术在计算机上实时显示测量的电压值。关键词：PIC单片机。实时显示Microchip公司推出的PIC单片机在中国的应用越来越广泛，已形成3个层次、50多个型号，并且朝着SOC（系统单片化）的方向发展。在PIC系列单片机家族...

　　摘　要：介绍了利用PIC单片机制作的直流电压测量计的基本原理，通过串行口与上位机通信，并采用VB的可视化编程技术在计算机上实时显示测量的电压值。
关键词：PIC单片机；电压测量；VB；实时显示

　　Microchip公司推出的PIC单片机在中的应用越来越广泛，已形成3个层次、50多个型号，并且朝着SOC（系统单片化）的方向发展。在PIC系列单片机家族中，具备片内ADC模块的型号很多，大多数8位或10位的。PIC16F87X是一款比较有特色的产品，他可以实现在线调试和在线编程。28脚封装的部分型号，其内部的ADC具有5个模拟通道；40脚封装的部分型号，其内部的ADC具有8个模拟通道。利用其自带的A／D转换功能，本文设计了一种电压测量计，在一定程度上简化了外围电路的设计，使系统工作更加可靠。

1　电路设计
　　如图1所示，电路的原理比较简单，系统接4 MHz晶振，被测的模拟电压信号从RA0／AN0输入；RC6／TX通过MAX232接RS232C串行口的第2脚（在9针RS232C的信号定义中，第2脚RXD是接收数据端），A／D转换后的数据通过串行口发送给计算机。由于PIC单片机的输入、输出电平为TTL电平，而PC机配置的是RS232C标准串行接口，两者电气规范不一致，为此采用电平转换专用芯片MAX232连接PC机。在测量电压的过程中只需从单片机接收数据，所以串口工作在单工传送方式。
2　单片机软件设计
　　软件部分设计要实现2个功能，一个是A／D转换，另一个是把转换的数据通过串口发送给PC机。
2．1　A／D转换
　　ADC模块专用的有4个完整的寄存器：ADC结果高字节寄存器ADRESH，ADC结果低字节寄存器ADRESL，0号ADC控制寄存器ADCON0和1号ADC 控制寄存器ADCON1。
ADCON0的格式如下:

其中:ADCS1～ADCS0为A/D转换时钟及其频率选择位；
　　CHS2～CHS0为A／D转换模拟通道选择位；

转换启动控制位兼做状态位；
ADON为A／D转换器开关位。
ADCON1的格式如下：

其中：ADFM为A／D转换转换结果格式选择位；PCFG3～PCFG0为A／D转换引脚功能选择位。
    A／D转换流程：
　　②如果需要A／D中断功能，开放相应的中断使能位。
    ③等待所需要的采样时间。
    ④将启动控制兼状态位置1，启动A／D转换过程。
　　⑤等待A／D转换完成，可以通过查询或中断的方法来判断。
    ⑥读取A／D转换结果寄存器对ADRESH：ADRESL，如果需要，对转换中断标志清零。

2．2　串口发送数据
　　与串口有关的寄存器除了和中断有关的寄存器外，我们编写程序时主要有4个：发送状态兼控制寄存器TXSTA、接收状态兼控制寄存器RCSTA、发送寄存器TXREG、波特率寄存器SPBRG。
　　发送状态兼控制寄存器TXSTA格式如下：

其中：TX9D为发送数据的第9位（如果使用9位数据帧结构）；
    TRMT为发送移位寄存器“空”标志；
    BRGH为高波特率选择位（异步方式下使用）；
    SYNC为USART同步／异步模式选择位；
    TXEN为发送使能位；
    TX9为发送数据度选择位；
    CSRC为时钟源选择位（异步方式下未用）。
　　接收状态兼控制寄存器RCSTA格式如下：

我们只使用了最高位SPEN（串行口使能端）。
发送寄存器TXREG：

　　TXREG是一个用户可读写的寄存器，每次用户发送的数据都是通过写入该缓冲器来实现的。
波特率寄存器SPBRG：

    发送流程：
    ①选择合适的波特率。
　　②置SYNC＝0及SPEN＝1，使USART工作于异步模式。
    ③如果需要中断处理功能，置TXIE＝1。
    ④如果要传送9位数据，置TX9＝1。
    ⑤置TXEN＝1，使USART工作于发送器方式。
　　⑥如果选择传送第9位数据，把第9位数据置入TX9D。
　　⑦把即将发送的8位数据送入TXREG并启动发送。
2．3　软件设计
　　里给出了设计流程，如图2所示。A／D转换和由串口发送数据我们都是采用了查询的方法进行设计。在程序设计中对转换结果采用了左对齐方式，忽略最低2位，也就是将10位ADC当作8位来用，降低了分辨率，但已经能够满足电压测量的需要。
　　利用VB6．0中的控件MSComm，编写了一个简01单的图形界面的接收与显示程序，主代码如下：

　　图形界面如图3所示，程序中使用的控件为MSComm、定时器、文本框和一个用于退出程序的按钮，可以修改程序使用其他的串行端口。代码行Text1．Text＝Asc（DataIn）＊0．02＆＂Volts DC＂的作用是把从单片机得到的数据转化成可以在文本框中显示的数据，由程序控制进行实时的显示。
　　从电路图中看出，测量的电压最大值可以达到5 V（电源电压），而使用8位的ADC模块得到的组合有256种（0～255），电压的最小增量为5／256＝0．0195 V，所以转换后的数字量若为250，则测得的电压值为250×0．019 5＝4．87 V，若数字量为255，则电压值为255×0．019 5＝4．972 5 V，接近5 V，所以可以采用0．02 V的增量，对大多数应用场合已经足够了。
　　此电压测量计不论在硬件还是软件上都有很大的扩展余地，可以在前面设计的基础上增加新的功能。

参考文献
［1］　李学海．PIC单片机实用教程——提高篇［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2002．
［2］　范逸之，陈立元，等．利用VisualBasic实现串并行通信技术［M］．北京：清华大学出版社，2001．

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