簡易數(shù)字電流表課程設(shè)計

1、課程設(shè)計題目 簡易數(shù)字電流表二級學(xué)院 電子信息與自動化專業(yè)自動化班級71-1學(xué)生姓名學(xué)號_指導(dǎo)教師設(shè)計50分平時答辯30分考核項目設(shè)計質(zhì)量20分創(chuàng)新設(shè)計15分報告質(zhì)量15分成績20分熟練程度20分個人素質(zhì)10分得分總分考核等級教師簽名2.4電路圖和各元器件之間實際連接關(guān)系3.1 系統(tǒng)模塊層次結(jié)構(gòu)圖3.2 程序流程圖3.3 源程序代碼4測試4.1 測試方法及設(shè)備4.2 實測數(shù)據(jù)4.3 系統(tǒng)指標(biāo)5總結(jié)5.1 硬件電路設(shè)計總結(jié)5.2 軟件程序設(shè)計總結(jié)基于單片機的簡易數(shù)字電流表設(shè)計摘要所謂數(shù)字電流表就是能將測得的模擬電流量經(jīng)過A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，并在液晶顯示屏上直接顯示電流讀數(shù)的電流表，相比針式

2、電流表有著測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確明了，讀數(shù)精度高的特點，類似數(shù)字式萬用表，有著相當(dāng)?shù)膶嵱眯?。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)， 特別是單片機的出現(xiàn)， 正在引起測量、控制儀表領(lǐng)域新的技術(shù)革命。采用單片機作為測量儀器的主控制器就是這場革命的產(chǎn)物之一?；趩纹瑱C的智能綜合儀表是融合智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化等時代特性的新一代智能儀表，兼具指示儀表、調(diào)節(jié)儀表、積算儀表與記錄儀表功能具有高測量控制精度、高可靠性穩(wěn)定性的特點。這種以單片機為主體的新型智能儀表將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，在測量過程自動化，測量結(jié)果數(shù)據(jù)處理以及功能的多樣化方面都取得了巨大的進步。作為電流直接測量和顯示的必要常規(guī)儀器

3、儀表，在注重性價比同時，必須具備精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾性強等優(yōu)點。而實時響應(yīng)電流變化并連續(xù)實時顯示，能夠真正實現(xiàn)動態(tài)測量的數(shù)字電流表將成為特定使用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)配置。隨著電子科技的快速發(fā)展，數(shù)字電流表的使用將愈發(fā)廣泛。關(guān)鍵詞數(shù)字電流表，電流采樣， A/D 轉(zhuǎn)換，單片機1概述1.1 設(shè)計意義通過課程設(shè)計，掌握電子設(shè)計的一般步驟和方法，鍛煉分析問題解決問題的能力， 學(xué)會如何查找所需資料，同時復(fù)習(xí)以前所學(xué)知識并加深記憶，為畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)，也 為以后工作作準(zhǔn)備。通過對選題的分析設(shè)計，學(xué)習(xí)數(shù)字電流表的工作原理、組成和特性； 掌握數(shù)字電流表的校準(zhǔn)方法和使用方法；學(xué)會分流電路的連接和計算；了解過壓過流保 護

4、電路的功用。1.2 我的工作我小組經(jīng)過嚴(yán)密協(xié)商，在保證課程設(shè)計所要求的“即合作，又分工”基礎(chǔ)上進行了 明確分工，我主要負責(zé)設(shè)計初期通過圖書館，網(wǎng)絡(luò)查找關(guān)于簡易數(shù)字電流表設(shè)計相關(guān)資 料。和本組成員一同診定思路，解析實例，各自提出一些創(chuàng)新設(shè)計思路，共同確定大體 方案。協(xié)同對初期方案進行電路分析，選擇合適的元器件，最終確定出一個我們覺得可 行的方案。仿真過程和，實物制作階段，我深入學(xué)習(xí)實驗方法和步驟，總結(jié)實驗流程。1.3 系統(tǒng)主要功能A ;可準(zhǔn)確測量一定量程（0200mA）電流大小值。B ;通過按鍵選取不同量程。2硬件電路設(shè)計及描述2.1 設(shè)計思想與方案選取拿到題目，先從題目本生分析，首先想到要求所

5、用到的單片機，出于合理選取及 實例分解，根據(jù)單片機的特點，選取了 AT89S51作為設(shè)計用單片機。主要考慮到AT89C52 可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。而AT89S52有40個引腳，8k Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù) 存儲器（RAM , 32個外部雙向（I/O） 口，5個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT電路，片內(nèi)時鐘振蕩器, 這些特性符合其用在設(shè)計中分級處理采樣信息，準(zhǔn)確測量數(shù)據(jù)，有效

6、控制成本的要求。其次，電流測量中，電流是模擬量，而單片機只負責(zé)處理數(shù)字信號，所以要用到 A/D轉(zhuǎn)換芯片，通過篩選，選取了 ADC0809#為設(shè)計用 A/D轉(zhuǎn)換芯片。ADC0809為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，以逐次逼近原理進行模一數(shù)轉(zhuǎn)換，其 最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考 電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32 pS,具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。內(nèi)部還有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為 100 ps0由

7、于ADC0809芯片的轉(zhuǎn)換時間短，并且性能比較高，所以采用ADC0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片。2.2 設(shè)計原理及方框圖接晶體引腳 XTAL1和XTAL2。XTAL2 （18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在 89C51片 內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若須采用外部時鐘電 路，則該引腳懸空。XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。 在采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖?？刂菩盘栆_ RST、ALE、PSEN、EA。RST （9腳）腳：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此時輸入端保持兩個機器周期（24個

8、時鐘振蕩周期）的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。ALE （30管腳）：地址鎖存允許信號端。當(dāng) 89C51上電正常工作后，ALE輸出信號作為鎖存低 8位地址的控制信號。平時不訪問片外存儲器時， ALE端也以振蕩頻率的六分之一固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。 如果想確認89S51芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈 沖信號輸出。若有脈沖信號輸出，則 89S51基本上是好的。ALE端的負載驅(qū)動能力為 8個LS型TTL負載。此引腳的第2功能PROG在對片內(nèi)帶有4KBFlashROM的89C51編程寫入時，作為編程脈沖輸 入端。PSEN （29腳）：程序存儲允許輸出信號

9、端。當(dāng) 89C51由片外程序存儲器指令時，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出 現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動8個LS型TTL負載。要檢查一個89C51小系統(tǒng)上電后 CPU能否正常工作，也可用示波器 PSEN端有無脈沖輸出。如有，則說明基本上工作正常。EA （31腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)Flash ROM并執(zhí)行片外程序存儲器中的指令：但當(dāng)PC的值超過0FFFH,將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號EA引腳接低電平時，CPU只訪問片外ROM并執(zhí)行片外程序存儲器

10、中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。然而需要注意的是，如果保密位LB1被編程，則復(fù)位時在內(nèi)部會鎖存EA端的狀態(tài)。當(dāng)EA端保持高電平時 CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。接晶體引腳XTAL1和XTAL2。XTAL2 （18腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端。在 89C51片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端， 振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若須采用外部時鐘電路，則該引腳懸空。要檢查89C51的振蕩電路是夠正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脈沖信號輸出。XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端。在片內(nèi)，它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在 采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖

11、。控制信號引腳 RST、ALE、PSEN、EA。RST （9腳）腳：RST是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當(dāng)此時輸入端保持兩個機器周期（24個時鐘振蕩周期）的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。ALE （30管腳）：地址鎖存允許信號端。當(dāng) 89C51上電正常工作后，ALE輸出信號作為鎖存低 8位地址的控制信號。平時不訪問片外存儲器時， ALE端也以振蕩頻率的六分之一固定輸出正脈沖，因而ALE信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。 如果想確認89C51芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈 沖信號輸出。若有脈沖信號輸出，則 89C51基本上是好的。ALE端的負載驅(qū)動能力為 8個LS型TTL負載。此引腳

12、的第2功能PROG在對片內(nèi)帶有4KBFlashROM的89C51編程寫入時，作為編程脈沖輸 入端。PSEN （29腳）：程序存儲允許輸出信號端。當(dāng) 89C51由片外程序存儲器指令時，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間內(nèi)，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN端同樣可驅(qū)動8個LS型TTL負載。要檢查一個89C51小系統(tǒng)上電后 CPU能否正常工作，也可用示波器 PSEN端有無脈沖輸出。 如有，則說明基本上工作正常。EA （31腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端固化編程電壓輸入端。當(dāng)EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)Flash ROM并執(zhí)行片外程序存儲器中的指令

13、：但當(dāng)PC的值超過0FFFH,將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號EA引腳接低電平時，CPU只訪問片外ROM并執(zhí)行片外程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。然而需要注意的是，如果保密位 LB1被編程，則復(fù)位時在內(nèi)部會鎖存EA端的狀態(tài)。當(dāng)EA引腳接高電平時，CPU只訪問片內(nèi)Flash ROM并執(zhí)行片外程序存儲器中的指令：但當(dāng)PC的值超過0FFFH,將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)輸入信號EA引腳接低電平時，CPU只訪問片外ROM并執(zhí)行片外程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。然而需要注意的是，如果保密位 LB1被編程，則復(fù)位時在內(nèi)部會鎖存EA端的狀態(tài)。當(dāng)E

14、A端保持高 電平時cpu則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。2.3 工作原理電流信號的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)及采樣要點用單片機及其擴展的外部電路先做成一個理想電壓表3,圖1中用G表示。由于通常所說的電流表是指靈敏電流計其量程太小，不能直接測量電流，僅用于檢測有無電流和電流的方向，所以要想得到一個有多量程或量程較大的電流表需要將一個理想電壓表改裝而成。本設(shè)計是用一個內(nèi)阻視為無窮大的電壓表并聯(lián)分流電阻而成的數(shù)字電流表。待測電流I隨搬動開關(guān)K的位置而流過R1或R2,因而本電流表的兩個量程就取決于 G的滿量程電壓和 R1、R2的阻值，記 G的滿量程電壓為 Ug , 根據(jù)歐姆定律Ug=RgIg，若Ug和Rg已知則Ig就是電

15、流表的滿量程電流。由于負反饋放大器的輸入電阻已達到10M歐以上，所以有單片機構(gòu)成的測量系統(tǒng)，可以看作一個理想電壓表。通常所說的偏轉(zhuǎn)式電流表是根據(jù)線圈的偏轉(zhuǎn)程度線性刻畫未測電流的大小，仿照此原理給待測電流加一個線性電阻，然后再用一個理想電壓表測電流在電阻上的壓降，然后適當(dāng)選擇 放大器的放大倍數(shù)就可以做成多量程的電流表。LED動態(tài)顯示器接口及顯示方式單片機中通常使用7段LED構(gòu)成字型“8”，另外，還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管，以 顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖。發(fā)光二極管的陽 極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起稱為共陰極顯示器。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中

16、，7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型8的各個筆畫，另一個小數(shù)點為 dp 發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓 則暗。為了保護各段LED不被破壞，需外加限流電阻。以共陰極LED為例，如圖，各LED公共陰極K0接地。若向各控制端a、bg、 dp順次送入11100001信號，則該顯示7字型。在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一 個8位 I/O 口控制。而共陰（共陽）極公共端 K分別由相應(yīng)的I/O線控制，實現(xiàn)各位 的分時選通。89C51單片機1） 89C51行輸出操作時，CPU通過內(nèi)部總線把數(shù)據(jù)寫入鎖存器 1。而89C51執(zhí)行輸入操作

17、卻有 兩種方式；當(dāng)執(zhí)行的是讀鎖存器指令時，CPU發(fā)出讀鎖存器信號，此時鎖存器狀態(tài)由觸發(fā)器的Q端經(jīng)鎖存器上面的三態(tài)輸入緩沖器1送入內(nèi)部總線；如果執(zhí)行的是讀端口引腳， 則CPU發(fā)出的是讀引腳控制信號，直接讀取端口引腳上的外部輸入信息，此時引腳狀態(tài)經(jīng)鎖存器下面的三態(tài)輸入緩沖器2送入內(nèi)部總線。在89C51無片外的擴展存儲器的系統(tǒng)中，這四個端口都可以作為準(zhǔn)雙向通用IO 口使用。P0 口的輸出級與P1-P3 口的輸出級在結(jié)構(gòu)上是不同的，因此，它們的負載能力和接口要求也各 不相同。P0 口與其他口不同，它的輸出級無上拉電阻。用作輸入時，應(yīng)先向口鎖存器 80H寫1。把 它當(dāng)作地址/數(shù)據(jù)總線時，則無須外接上拉電

18、阻。P0 口的每一位輸出可驅(qū)動 8個LS型TTL負載。P1-P3 口的輸出級接有內(nèi)部上拉電阻，它們的每一位輸出可驅(qū)動4個LS型TTL負載。作為輸入口時，任何 TTL或NMOS電路都能以正常的方式驅(qū)動 89C51單片機的P1-P3 口。由于它們的輸 出級具有上拉電阻，所以也可以被集電極開路所驅(qū)動，而無須外接上拉電阻。對于89C51單片機，端口只能提供幾毫安的輸出電流，故當(dāng)作輸出口去驅(qū)動一個普通晶體管的 集極時，應(yīng)在端口與晶體管基極間串聯(lián)一個電阻，以限制高電平輸出時的電流。P1-P3 口也都是準(zhǔn)雙向口。電源引腳Vcc和Vss。Vcc （40腳）：電源端，為+5V。Vss （20腳）：接地端。外部產(chǎn)

19、件計數(shù)/人DBUS可附我全業(yè)工安行口撲中斷丑 R-丑丑丑一+T-控制2.4電路圖及各元器件之間實際連接關(guān)系3.亭黑皿1PDLEVADQDJ色。* Pit和）慳 口叫口口BT-FD&i PaLSADS POj珈UG ELFmOTF7J3I"MEfl « JUB.we FZID PtWi打 Z.AMIZ百NnP7J9AUFZTrtftlSpsirlixbPH 1Fjimcp pairroU.iiTQr I s£P1JPL+PIS白jmHJiP3*URP1.7P3.7mDOEVUEIfrJU*E 審）OU71ALBOUT5!匈g。ftUTSW BOUTSADfr

20、AMT,OUTSMT0UT3a?UT1mrIM +EDCFlQ2STAHTMlC'MK K*口總體電路圖2.5元器件清單元件清單名稱型號封裝形式數(shù)量單片機AT89S52DIP-401個A/DVMADC0832DIP-81個數(shù)碼管顯示器GEM5461BEDIP-121個晶振12MXTAL-11個三極管9012TO-1264個電阻排1K X8SIP-101個滑動變阻器1KVR-51個電阻470AXIAL-0.44個按鍵SWANJIAN1個電阻200AXIAL-0.45個瓷片電容30pFRAD-0.22片電角單電容22仙FRB-.2/.41片3軟件設(shè)計流程及描述3.1系統(tǒng)模塊層次結(jié)構(gòu)圖3.2

21、程序流程圖A/10000得萬位BC螞萬位BC螞存入RAM余數(shù)/1000得千位BC螞千位BC眄存入RAM余數(shù)/100得百位BC眄百位BC眄存入RAM余數(shù)/10得十位BC眄十位、個位BC眄壓縮壓縮BC眄存入RAM3.3源程序代碼#include <reg51.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit OE= P3A0;sbit EOC= P3A1;sbit START = P3A2;sbit clk = P3A3;sbit dot=P1A7;/* 賦值 */uint digtial4,getdataend,ke

22、y;uchar code dis = 0X3F,0X06,0X5B,0X4F,0X66,0X6D,0X7D,0X07,0X7F,0X6F;uchar getdata;/函數(shù)名稱： /函數(shù)功能：延時函數(shù) /返回類型：無 /使用說明：/*void delay1ms( unsigned char t)延時函數(shù)無1 ：產(chǎn)生需要的延時時間/*void delay1ms( unsigned char t) unsigned char i,j;for( ; t; t-) for(i=4; i>0; i-) for(j=123; j>0; j-);void time_time_clk() inte

23、rrupt 1 using 0 TH0 = (65536-20)/256;/ 給高 8位賦值TL0 = (65536-20)%256;/ 給低 8位賦值 clk=clk;/*/ 函數(shù)名稱： void inint()/函數(shù)功能：初始化定時器 .ADC0809/* void inint() TMOD = 0x01;/ 選擇工作模式16位TH0 = (65536-20)/256;/ 給高 8位賦值TL0 = (65536-20)%256;/ 給低 8 位賦值EA = 1;/開總中斷ET0 = 1;/ 啟動定時器0；TR0 = 1;/ 開定時器 0START = 0;/給 ADC0809 賦初值OE

24、= 0;/*/ 函數(shù)名稱： void display()/函數(shù)功能：動態(tài)掃描，數(shù)碼管顯示電壓值/*void display() /由高位到低位四位輸出P2 = 0X0E;P1 = disdigtial3;dot = 1; / 小數(shù)點輸出 delay1ms(10);P1 = 0X00;P2 = 0X0d;P1 = disdigtial2;delay1ms(10);P1 = 0X00;P2 = 0X0b;P1 = disdigtial1;delay1ms(10);P1 = 0X00;P2 = 0X07;P1 = disdigtial0;delay1ms(10);P1 = 0X00;/*/ 函數(shù)名稱

25、:void AD()/函數(shù)功能：將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字/* void AD()START = 0;OE = 0;START = 1;START = 0;/ 啟動 AD 轉(zhuǎn)換while(EOC = 0)/ 判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束OE = 1;/ 允許輸出getdata = P0;將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)賦給getdataOE = 0;/ 關(guān)閉輸出getdataend = getdata*(5000/255);/將輸出地數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量輸出、getdataend=getdataend/9;digtial3 = getdataend/1000; / 最高位數(shù)值 digtial2 = getdataend%1000/1