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文檔簡介
1、課程設(shè)計報告題 目:電流檢測電路設(shè)計課程名稱:電子信息工程課程設(shè)計學(xué)生:焦道楠學(xué)生學(xué)號:1314020114年 級:2013 級專 業(yè):電子信息工程班 級:(1)班指導(dǎo)教師:王留留電子工程學(xué)院制2016年3月目錄1 緒論 12 設(shè)計的任務(wù)與要求 12.1 課程設(shè)計的任務(wù) 12.2 課程設(shè)計的要求 13 設(shè)計方案制定 23.1 設(shè)計的原理 23.2 設(shè)計的技術(shù)方案 24 設(shè)計方案實施 34.1 單片機模塊 34.2 傳感器模塊 44.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊 64.4 LCD12864點陣液晶顯示模塊 75 各模塊 PCB 圖95.1 單片機模塊 95.2 傳感器模塊 96 系統(tǒng)的程序設(shè)計 117 心
2、得體會 12參考文獻 13電流檢測電路設(shè)計學(xué) 生:焦道楠指導(dǎo)教師:王留留電子工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)1 緒論在電學(xué)中的測量技術(shù)涉及的圍非常廣,廣泛應(yīng)用于學(xué)校、工業(yè)、工廠、科研等各種 領(lǐng)域,供實驗室和工業(yè)現(xiàn)場測量使用。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展,在數(shù)字化和智能化不 斷成為主體的今天,電壓、電流測量系統(tǒng)中占有非常重要的位置。我們在分析和總結(jié)了 單片機技術(shù)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上,以實用、可靠、經(jīng)濟的設(shè)計原則為目標, 設(shè)計出全數(shù)字化測量電壓電流裝置。系統(tǒng)主要以 AT89C51 單片機為控制核心,整個系 統(tǒng)由中央控制模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 LED 顯示模塊組成。可實現(xiàn)對待測電壓、電流的測 量,在數(shù)
3、碼管上顯示。本次課程設(shè)計我所做的項目是基于單片機的電流檢測系統(tǒng),主要 用到 A/D 轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管顯示。 近幾年來, 單片機已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門以 及人們生活的各個 方面。各種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而相繼開發(fā)出來。單片 機是一個器件級的計算機系統(tǒng), 實際上它是一個微控制器或微處理器。 由于它功能齊全, 體積小,成本低,因此它可以應(yīng)用到所有的電子系統(tǒng)中。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存的可編程可插除只讀存儲器的單片機。 單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)的擦除多 次,該器件采用 ATMEL 高密度非易失性存儲器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于
4、將多功能的8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中, ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。2 設(shè)計的任務(wù)與要求2.1 課程設(shè)計的任務(wù)利用單片機及其相關(guān)知識,設(shè)計一個電流檢測電路。2.2 課程設(shè)計的要求( 1 )畫出相應(yīng)電流檢測電路的原理圖,并進行檢測,生成PCB 板;(2) 編寫程序,實現(xiàn)電流檢測功能;(3) 情況允許的情況下,做出實物,并估算其成本。3設(shè)計方案制定3.1設(shè)計的原理本設(shè)計采用AT89C51單片機芯片配合ADC0804模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個簡易的電流 檢測電路。電路通過 ADC0804芯片調(diào)理電路輸入口 IN0輸入的05 V的模擬量電壓, 經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后,產(chǎn)生相應(yīng)
5、的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0D7傳送給AT89C51芯片的P3 口。AT89C51負責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理,產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼,并通過其P0 口傳送給數(shù)碼管。同時它還通過I/O 口 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3產(chǎn)生 位選信號,控制數(shù)碼管的亮滅。另外 AT89C51還控制ADC0804的工作;P2.4和P1.1 共同控制ADC0804的地址鎖存端(ALE)和啟動端(START); P1.2控制ADC0804的轉(zhuǎn)換 結(jié)束信號(EOC)。因為需要采集的數(shù)據(jù)是直流電流,由于ADC0804是逐次比較型8位串 行A/D轉(zhuǎn)換器,只能輸入電壓信號,故在數(shù)據(jù)采集之前先要把直流電流信號
6、轉(zhuǎn)化為直流 電壓信號。通過適當?shù)耐鈬娐肪涂梢詫崿F(xiàn)了。輸入電壓經(jīng)過ADC0804進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集,采集結(jié)果為8位二進制數(shù),為了方便分析,也可以看成是16進制數(shù)。最后應(yīng)用程序把相應(yīng)字符傳輸給AT89C51管理芯片并通過數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。其中ADC0804的數(shù)據(jù)采集和AT89C51管理都需要在51單片機中編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。3.2設(shè)計的技術(shù)方案直流電流傳感器LCD12864A模擬量1ADC0804數(shù)據(jù)->AT89C51轉(zhuǎn)換信號圖1電流檢測電路工作流程圖由于AT89C51片沒有A/D轉(zhuǎn)換,根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求,需要在片外擴展 A/D轉(zhuǎn)換 接口。系統(tǒng)選用 ADC0804,ADC0804的D
7、B0DB7分別接單片機的 P0.0P0.7,AGND、 DGND、CS、VIN-接地,RD、WR分別接單片機的 RD、WR端,中斷請求INTR接單 片機的P2.0 口,VIN+接采集信號輸入。調(diào)整變阻器HAUBLAN20K,使輔助參考端VREF 腳得到2.56V標準電壓。在CLKIN、CLKOUT端設(shè)計RC振蕩電路,由于 ADC0804頻 率限制在100Hz1460kHz,通過對頻率公式F=1心.1RC)的計算,選擇電阻R=20k,電 容C=200pF,即可得到符合設(shè)計要求的頻率。系統(tǒng)由一個主控系統(tǒng)和一個檢測模塊組成。被測電流通過ACS712芯片時,該芯片利用霍爾效應(yīng),將被測電流轉(zhuǎn)換成 05V
8、的DC模擬信號,該模擬量經(jīng)過 A/D裝置變 成數(shù)字量。A/D采樣處理模塊主要是對從ADC0804采集來的數(shù)據(jù)進行處理,完成對二 進制數(shù)據(jù)BCD碼的轉(zhuǎn)換,并且通過P1 口輸出顯示,P1 口德低四位輸出BCD碼,高四 位為數(shù)碼管的片選信號。ADC0804與AT89C51的連接采用循環(huán)掃描方式。當 A/D轉(zhuǎn)換 結(jié)束后,ADC0804向CPU發(fā)出一個信號,CPU對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進行處理,使數(shù)碼管 顯示當前的電流值。4設(shè)計方案實施4.1單片機模塊模塊介紹AT89C51單片機是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓,高性能 CMOS 8位單片機,片含 4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器(EPROM)和12
9、8 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲 器(RAM),器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn),兼容標準MCS-51指令系統(tǒng),片置通用8位中央處理器(CPU)和Flash存儲單元,功能強大。AT89C51 單片機可提供許多高性價比的應(yīng)用場合,可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。A *I r .c I| Ut ITT1 .-:-r-Ji圖2單片機模塊電路圖J X a S3M CTitXLOIi» Lfl r3L "Fl L4駅8*1-上K J*ni IL*m 二 ZOZ» jjt ii嚇*T0込I w;63£*i丹Al遠*并至斗IZHI .V=i3H| jd4
10、.2傳感器模塊電流傳感器的工作原理磁補償式的工作原理是磁場平衡,即主回路電流IP在聚磁環(huán)所產(chǎn)生的磁場,通過一個次級線圈的電流產(chǎn)生的磁場進行補償,使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài),具 體工作過程為:當主回路有一電流通過時,在導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場被聚磁環(huán)聚集,感應(yīng)霍爾 器件使之有一個信號輸出,這一信號驅(qū)動相應(yīng)的功率管導(dǎo)通,從而獲得一補償電流IS。這一電流通過多匝繞組產(chǎn)生的磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反,因而補償了原來的磁場,使霍爾器件的輸出逐漸減小,當IP與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場與IS與匝數(shù)相乘所 產(chǎn)生的磁場相等時,IS不再增加,霍爾器件起到指示零磁通的作用。此時可以通過IS來測IP,當有變化時,平衡
11、受到破壞,霍爾器件就有信號輸出,即重復(fù)過程重新達到平 衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡,一旦磁場失去平衡,霍爾器件就有信號輸 出,經(jīng)放大后,立即有相應(yīng)的電流流過次級繞組,對失衡的磁場進行補償。ACS712器件主要由靠近芯片表面的銅制電流通路和精確的低置線性霍爾傳感器電路組成。被測電流流經(jīng)的通路(引腳 1和2,3和4之間的電路)的電阻通常是1.2m Q ,具有較低的功耗。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場,能夠被片的霍爾IC感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為比例的電壓。通過將磁性信號盡量靠近霍爾可以消除芯片由于溫度傳感器來 實現(xiàn)器件精確度的最優(yōu)化。精確的成比例的輸出電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置 BiCMOS霍爾
12、集成電路提供,該集成電路在出廠時已經(jīng)進行了精確的編程。穩(wěn)定斬波技術(shù)是一種新技 術(shù),它給片霍爾器件和放大器提供最小的偏置電壓,該技術(shù)幾乎可以消除由溫度所產(chǎn)生 的誤差。表1 ACS712器件的引腳及功能引腳名稱功能及描述1和2IP+被測電流輸入或輸出3和4IP-被測電流輸入或輸出5GND信號地6FILTER外接電容7VIOUT模擬電壓輸出8VCC電源電壓傳感器電路圖圖3傳感器模塊電路圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊4.3.1 ADC0804 簡述ADC0804是一個早期的A/D轉(zhuǎn)換器,因其價格低廉而在要求不高的場合得到廣泛 應(yīng)用。ADC0804是一個8位、單通道、低價格的 A/D轉(zhuǎn)換器。主要特點是:(1)
13、模數(shù)轉(zhuǎn)換時間大約100us;(2)方便的TTL或CMOS標準接口;(3)可以滿足差分電壓輸入;(4)具有參考電壓輸入端;(5)含時鐘發(fā)生器;(6)單電源工作時輸入信號圍是0V5V ;(7)不需要調(diào)零等。ADC0804采用的是雙列直插封裝,各腳功能如下:1)D7-D0:8 位數(shù)字量輸出引腳;(2) IN0-IN7 :8 位模擬量輸入引腳;(3) VCC :+5V 工作電壓;(4) GND :地;( 5) REF( + ):參考電壓正端;( 6) REF( - ):參考電壓負端;( 7 ) START: A/D 轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端;( 8) ALE :地址鎖存允許信號輸入端(以上兩種信號用于啟動A
14、/D 轉(zhuǎn)換);( 9 ) EOC :轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳, 開始轉(zhuǎn)換時為低電平, 當轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平;( 10 ) OE :輸出允許控制端,用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器;( 11) CLK :時鐘信號輸入端(一般為 500KHz );(12) A、B、C:地址輸入線。4.4 LCD12864點陣液晶顯示模塊4.4.1 接口定義說明(1) 接口 J901的PIN01PIN08引腳,輸入輸出8位數(shù)據(jù),連接液晶的8位數(shù)據(jù)口;(2) 接口 J902的PIN01引腳,連接液晶的CS2片選引腳;(3) 接口 J902的PIN02引腳,連接液晶的CS1片選引腳;(4) 接口 J902的PIN03引腳,連接液
15、晶的CE片選引腳;(5) 接口 J902的PIN04引腳,連接液晶的寫引腳;(6) 接口 J902的PIN05引腳,連接液晶的讀引腳;7)電位器 W901 可調(diào)節(jié)液晶顯示對比度442功能描述本模塊中選用的液晶為12X64像素?zé)o字庫液晶,控制器為KS108B或兼容芯片。液 晶行向為128個像素,列向為64個像素;行向分成兩個完全相同的左右分頁屏,兩個 分頁屏的顯示通過CS1和CS2來選擇。表2液晶接口定義編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地11DB4Date I/O2VDD電源正極(+5V)12DB5Date I/O3VOLCD偏壓輸入13DB6Date I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端(
16、H/L)14DB7Date I/O5R/W讀寫控制信號(H/L)15CS1片選IC1信號6E使能信號16CS2片選IC2信號7DB0Date I/O17RST復(fù)位端(H:正常工作,L:復(fù)位)8DB1Date I/O18VEELCD驅(qū)動負壓輸出(-5V)9DB2Date I/O19BLA背光源正極10DB3Date I/O20BLK背光源負極液晶顯示電路圖圖4 LCD12864點陣液晶顯示電路圖5各模塊PCB圖5.1單片機模塊圖5單片機模塊PCB圖0HU5.2傳感器模塊uldP1J269C292TP2754-P27ITP27C290 C291SSSS I。«口 o 00000 0 aR
17、2o圖6傳感器模塊PCB圖5.3元件列表表3元器件價格清單名稱單價/元數(shù)量AT89C518.01電阻1.5100電阻(A09-221 )0.141電解電容3.8120極性電容3.01肖特基二極管4.2820DB15接頭2.5一套(公頭、母頭)晶振0.71LED3.060標頭-25.91標頭-39.631ACS7129.51ADC08049.41ISP芯片16.01LCD1286423.41撥碼開關(guān)(2位)1.491總計102.246系統(tǒng)的程序設(shè)計主程序主程序用來調(diào)用上述子程序,包括初始化單片機、初始化ADC0804等。#include ” public.h ”u8 ADCResultfloat
18、 Currentu16 Curl ntvoid Power Onln irial(void)ADC0804Initial()初始化 ADC0804 void main (void)PowerOnInitial() /初始化上電默認狀態(tài)while(1) Current = ACS712ReadCurrent(ADCResult)CurInt = Current*100 / 電流值乘以 100 以便顯示DisplaySevenSegment(CurInt)/顯示電流值 ADC0804 的啟動、讀取程序如下:#include ” public.h ”void ADC0804Start(void) i
19、ADC0804WR = 0iADC0804WR = 1上升沿啟動ADC0804專換 void ADC0804Initial(void) iADC0804WR = 1iADC0804RD = 1/初始化狀態(tài)為 WR,RD 均為高電平 u8 ADC0804ReadADResult(void) u8 ADTempiADC0804RD = 0/低電平為度數(shù)狀態(tài)ADTemp = iADC0804DATA/讀取數(shù)據(jù)口iADC0804RD = 1return ADTemp/返回 ADC 專換結(jié)果 7 心得體會通過這一階段的不斷的學(xué)習(xí),查找相關(guān)資料,最后終于完成了本次設(shè)計,本次課程設(shè)計終于告一段落,我體會很多。從剛開始的選題到選題論證、從查找借鑒資料到自主 設(shè)計、從本學(xué)科基礎(chǔ)知識到其它學(xué)科知識、從自己思考到和老師同學(xué)交流,我從中學(xué)到 了很多以前理論知識學(xué)習(xí)中所學(xué)不到的東西。課程設(shè)計之前一直只是理論知識的學(xué)習(xí),在課程設(shè)計階段,我不但重新學(xué)習(xí)的51單片機課本的
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