數(shù)字電流表設(shè)計(jì)

PAGE遼寧工業(yè)大學(xué)單片機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)（論文）題目：數(shù)字電流表設(shè)計(jì)院（系）：電氣工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：（簽字）起止時(shí)間：2014.06.16-2014.06.30本科生課程設(shè)計(jì)（論文）PAGEV課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：電氣工程學(xué)院教研室：學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)課程設(shè)計(jì)（論文）題目數(shù)字電流表設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)電流測(cè)量范圍：0～5A；測(cè)量精度：0.5％；量程自動(dòng)切換；采用LED顯示；可用現(xiàn)場(chǎng)提供的220V交流電源。設(shè)計(jì)任務(wù)：1.CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路）2.電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.顯示電路及電源電路設(shè)計(jì)4程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫(xiě)技術(shù)參數(shù)：1．電流測(cè)量范圍0～52．測(cè)量精度：0.5％設(shè)計(jì)要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適的單片機(jī)、AD轉(zhuǎn)換器、輸出電路等；2、應(yīng)用專(zhuān)業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，其中程序開(kāi)發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過(guò)程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。進(jìn)度計(jì)劃第1天 查閱收集資料第2天 總體設(shè)計(jì)方案的確定第3-4天 CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)第5天電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)第6天 顯示電路及電源電路設(shè)計(jì)第7天 程序流程圖設(shè)計(jì)第8天 軟件編寫(xiě)與調(diào)試第9天設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)完成第10天 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)平時(shí)：論文質(zhì)量：答辯：總成績(jī)：指導(dǎo)教師簽字：年月日注：成績(jī)：平時(shí)20%論文質(zhì)量60%答辯20%以百分制計(jì)算

摘要數(shù)字電流表就是將模擬電流量經(jīng)過(guò)特殊的電子電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量然后在液晶顯示屏上直接顯示數(shù)字的電流表，它比起指針式更精確更穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)是通過(guò)采樣電阻及信號(hào)放大電路將待測(cè)的電流信號(hào)Ii轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)Vi并放大100倍,由A/D轉(zhuǎn)換器采集電壓信號(hào)，并將電壓的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)傳輸給單片機(jī)，由單片機(jī)完成對(duì)采樣信號(hào)的處理、分析與計(jì)算，最后輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)四個(gè)8位LED數(shù)碼管，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示的方式，用以顯示被測(cè)的電流值。整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分在于電流采樣電路和A/D轉(zhuǎn)換器部分，單片機(jī)處理部分采樣電路需要將很小的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，故采用比例運(yùn)算放大電路實(shí)現(xiàn)效果。A/D轉(zhuǎn)換部分采用ADC0809，將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。單片機(jī)處理部分采用89C51，將數(shù)字量處理轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制BCD碼發(fā)送到LED顯示器。關(guān)鍵詞：ADC0809轉(zhuǎn)換器；單片機(jī)89C51；LED數(shù)碼管；目錄第1章緒論 11.1數(shù)字電流表概況 11.2本文研究?jī)?nèi)容 1第2章CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22.1數(shù)字電流表總設(shè)計(jì)方案 22.2CPU的選擇 22.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展 42.4復(fù)位電路設(shè)計(jì) 52.5時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 62.6CPU最小系統(tǒng)圖 7第3章電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 83.1采樣待測(cè)電流 83.2A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 93.2.1A/D轉(zhuǎn)換器選擇 93.2.2電壓模擬量檢測(cè)接口電路圖 10第4章顯示電路及電源電路設(shè)計(jì) 114.1顯示電路設(shè)計(jì) 114.1.1LED動(dòng)態(tài)顯示介紹 114.1.2LED顯示電路硬件連線圖 114.2電源電路設(shè)計(jì) 12第5章數(shù)字電流表軟件設(shè)計(jì) 135.1軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述 135.2流程圖設(shè)計(jì) 135.2.1任務(wù)總體流程圖設(shè)計(jì) 135.2.2模擬量檢測(cè)子程序流程圖設(shè)計(jì) 145.2.3單片機(jī)處理子程序流程圖設(shè)計(jì) 14第6章系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析 176.1系統(tǒng)原理圖 176.2系統(tǒng)原理綜述 17第7章課程設(shè)計(jì)總結(jié) 18參考文獻(xiàn) 19PAGE25緒論數(shù)字電流表概況數(shù)字電流表是一種更直觀、更便捷的電流表，在工業(yè)生產(chǎn)中體現(xiàn)出了其優(yōu)勢(shì)。數(shù)字電流表表具有變送、LED顯示和數(shù)字接口等功能．通過(guò)對(duì)電網(wǎng)中各參量的交流采樣，經(jīng)CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理．將三相電流參數(shù)、頻率等電參量由LED直接顯示，同時(shí)輸出0～5V、0～20mA或4～20mA相應(yīng)的模擬電量，與遠(yuǎn)動(dòng)裝置RTU相連；并帶有RS--232或485接口．與微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；具有設(shè)置顯示倍率、多路變送、多量顯示的組合功能。電流表是根據(jù)通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受磁場(chǎng)力的作用而制成的。電流表內(nèi)部有一永磁體，在極間產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)中有一個(gè)線圈，線圈兩端各有一個(gè)游絲彈簧，彈簧各連接電流表的一個(gè)接線柱，在彈簧與線圈間由一個(gè)轉(zhuǎn)軸連接，在轉(zhuǎn)軸相對(duì)于電流表的前端，有一個(gè)指針。當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，電流沿彈簧、轉(zhuǎn)軸通過(guò)磁場(chǎng)，電流切磁感線，所以受磁場(chǎng)力的作用，使線圈發(fā)生偏轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸、指針偏轉(zhuǎn)。由于磁場(chǎng)力的大小隨電流增大而增大，所以就可以通過(guò)指針的偏轉(zhuǎn)程度來(lái)觀察電流的大小，這種電流表叫磁電式電流表。在電路圖中，電流表的符號(hào)為"eq\o\ac(○,A)"。電流值以“安”或“A"為標(biāo)準(zhǔn)單位。本文研究?jī)?nèi)容本文將制作簡(jiǎn)易數(shù)字電流表，電流測(cè)量范圍0～5A，測(cè)量精度：0.5％，工作電源220V。電路設(shè)計(jì)CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括CPU選擇，晶振電路，復(fù)位電路），電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)，顯示電路及電源電路設(shè)計(jì)，程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫(xiě)，最終由數(shù)碼管顯示測(cè)量電流數(shù)值。在設(shè)計(jì)中，采用運(yùn)算放大器對(duì)電流采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器，將電壓模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，輸出給單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)運(yùn)算，將結(jié)果通過(guò)I/O口傳遞給4個(gè)8位共陰極LED數(shù)碼管，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描工作方式，以顯示最終的數(shù)值。

CPU最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字電流表總設(shè)計(jì)方案本課設(shè)將設(shè)計(jì)數(shù)字電流表，數(shù)字電流表工作過(guò)程原理框圖如下： 采集電流采集電流A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)LED顯示圖2.1數(shù)字電流表工作原理框圖采集電流部分：對(duì)待檢測(cè)的電流信號(hào)進(jìn)行采樣，于此同時(shí)，考慮到A/D轉(zhuǎn)換需要輸入電壓信號(hào)，因此該過(guò)程需要將電流信號(hào)經(jīng)過(guò)集成運(yùn)算放大器，放大轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)后，再輸入到A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809中。A/D轉(zhuǎn)換部分：采用ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并用74LS373鎖存。A/D轉(zhuǎn)換是整個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分，它涉及到精度的控制，以及數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。單片機(jī)部分：由ADC0809轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過(guò)I/O口傳送到89C51中，通過(guò)處理得到電壓數(shù)值，推算出被檢測(cè)電流的數(shù)值，并將數(shù)值傳送到LED顯示模塊中。LED顯示部分：由89C51控制4個(gè)8位的LED數(shù)碼管，將處理后得到的電流數(shù)值結(jié)果在LED上顯示。CPU的選擇單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)單片機(jī)。它是在一塊芯片上集成了中央處理器（CPU），一定容量的RAM和ROM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等部件，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。本文中選用的單片機(jī)型號(hào)為89C51。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖2.2單片機(jī)圖2.2單片機(jī)89C51引腳圖本科設(shè)所用到的單片機(jī)引腳如下:1、電源引腳VSS和VCCVCC（40腳）：電源端。VSS（20腳）：接地端。2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：外接部晶體和微調(diào)電容的一端。它是振蕩電路反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。XTAL2（18腳）：外接部晶體和微調(diào)電容的另一端。他是振蕩電路反向放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)懸浮。3、控制信號(hào)引腳RESET、ALE/、和/VPPRST（9腳）：復(fù)位輸入，高電平有效。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，要保持RST引腳有兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，就可以使單片機(jī)復(fù)位。ALE/（30腳）：地址鎖存允許信號(hào)。此頻率為振蕩器頻率的1/6。通過(guò)用示波器查看ALE端是否有脈沖信號(hào)輸出，可以確認(rèn)89C51芯片的好壞。ALE信號(hào)可以用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘或定時(shí)信號(hào)。需要注意的是，每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。在對(duì)89C51片內(nèi)4KBFlashROM編程（固化）時(shí)，此引腳用于輸入編程脈沖。（29腳）：外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的信號(hào)將不出現(xiàn)。4、輸入輸出引腳P0口、P1口、P2口、P3口P0口（32～39腳）：P0口為一個(gè)8位雙向三態(tài)I/O口。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，可分時(shí)用作低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線；在本課設(shè)中作為地址數(shù)據(jù)線總線使用。P1口（1～8腳）：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，在FlashROM編程時(shí)，它接收低8位地址。在本課設(shè)中只用做普通I/O口。P2口（21～28腳）：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問(wèn)外部?jī)?chǔ)存器時(shí)，它送出高8位地址。在對(duì)FlashROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收高8位地址和其他控制信號(hào)。P3口（10～17腳）：P3口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，可驅(qū)動(dòng)4個(gè)LSTTL門(mén)電流。在89C51單片機(jī)中，這8個(gè)引腳都有各自的第二功能。89C51中P3口的第二功能，如下表所示：表2.2P3口的第二功能口線第二功能名稱(chēng)P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.2外部中斷0申請(qǐng)輸入端P3.3外部中斷1申請(qǐng)輸入端P3.4T0定時(shí)器0計(jì)數(shù)輸入端P3.5T1定時(shí)器1計(jì)數(shù)輸入端P3.6外部RAM寫(xiě)選通P3.7外部RAM讀選通數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展89C51片內(nèi)有128B的RAM存儲(chǔ)器，在實(shí)際應(yīng)用中僅僅依靠這128B的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。這種情況下可利用89C51單片機(jī)所具有的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。89C51單片機(jī)最大可擴(kuò)展64KBRAM。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，由于在實(shí)際應(yīng)用中，需要擴(kuò)展的容量不大，所以一般采用靜態(tài)RAM，如SRAM6116，6264.等。在基本擴(kuò)展電路中，用到地址鎖存器。這是因?yàn)镻0口是數(shù)據(jù)總線和低8位地址總線分時(shí)復(fù)用口，P0口輸出的低8位地址必須用地址鎖存器進(jìn)行鎖存。常用的地址鎖存器有74LS373，8282，74LS273等。本課設(shè)地址鎖存器采用74LS373，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用6264。74LS373是帶有清除端三態(tài)輸出的8D鎖存器，只有清除端CLRAR為高電平時(shí)，才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳CLK，且為上升沿鎖存。6264數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，是8K×8位靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，采用CMOS工藝制造，單一+5V電源供電，額定功耗200mW典型存取時(shí)間200ns，為28線雙列直插式封裝。圖2.3圖2.389C51與6264的接口電路復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位操作可以使單片機(jī)初始化，也可以是死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動(dòng)，因此非常重要。單片機(jī)復(fù)位都是靠外部復(fù)位電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖以上的高電平，單片機(jī)就能實(shí)現(xiàn)復(fù)位。復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般危機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過(guò)4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤出，微機(jī)電路開(kāi)始正常工作。復(fù)位電路工作原理如圖2.4所示，是按鍵式復(fù)位電路。VCC上電時(shí)，電容器C充電，在電阻R2上出現(xiàn)電壓降，RESET引腳為高電平，使得單片機(jī)復(fù)位；幾個(gè)毫秒之后，電容C充電完成，電阻R2上電流降為0，電壓也為0，復(fù)位結(jié)束，使得單片機(jī)進(jìn)入工作狀態(tài)。工作期間，按下RST按鍵，電容器C放點(diǎn)，松手后循環(huán)上述過(guò)程。按鍵的時(shí)間決定復(fù)位的時(shí)間。圖2.4按鍵電平復(fù)位電路圖2.4按鍵電平復(fù)位電路時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)可以由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式。時(shí)鐘電路是單片機(jī)系統(tǒng)的核心部分之一，它可以簡(jiǎn)單定義成如下兩點(diǎn)：（1）、這是產(chǎn)生像時(shí)鐘一樣準(zhǔn)確的振蕩電路。（2）、單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，任何工作都按時(shí)間順序。用于產(chǎn)生這個(gè)時(shí)間的電路部分就是時(shí)鐘電路。51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振Y1也可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。本課題中選擇的時(shí)鐘方式是內(nèi)部時(shí)鐘方式，內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)二分頻的觸發(fā)器，其輸出是單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，所以選擇的晶振頻率為11.2MHz，電容C1、C2均為33pF。時(shí)鐘電路一般由晶體振蕩器、晶振控制芯片和電容組成。其硬件連線如圖2.5所示：圖2.5振蕩電路圖2.5振蕩電路CPU最小系統(tǒng)圖在經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展、復(fù)位電路設(shè)計(jì)、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)后，構(gòu)成了單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路圖，如圖2.6：圖2.6單片機(jī)CPU最小系統(tǒng)接線圖圖2.6單片機(jī)CPU最小系統(tǒng)接線圖電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)采樣待測(cè)電流由于ADC0809轉(zhuǎn)換器只能將電壓的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量信號(hào)，所以要將待測(cè)的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，本文采用集成運(yùn)算放大器，具體電路如圖3.1所示：3.1電流信號(hào)轉(zhuǎn)換放大電路圖3.1電流信號(hào)轉(zhuǎn)換放大電路圖 待測(cè)電流（Ii）經(jīng)分壓電阻R5流入一個(gè)阻值很小的電阻R6（0.05Ω），R6另一端接地，R6則會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微弱的電壓信號(hào)，輸入由運(yùn)放AR1、R3、R4構(gòu)成的比例放大電路中，則有：此時(shí)的電壓與輸入電壓反相，需要反相器，故將VAR1通過(guò)AR2進(jìn)行反相，則輸出的Vo=100Vi這樣，就將待測(cè)的電流信號(hào)成功轉(zhuǎn)化成了電壓信號(hào)，并且放大100倍有利于A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)處理。A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器選擇結(jié)合任務(wù)書(shū)和本課設(shè)數(shù)字電流表要求，對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了選擇，選定使用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC0809是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次比較式CMOSA/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開(kāi)關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。其主要特性如下：1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起停控制端。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(時(shí)鐘為640kHz時(shí))4）單個(gè)+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點(diǎn)和滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。在工作過(guò)程中，ADC0809首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送A/D轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確認(rèn)A/D轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時(shí)傳送方式對(duì)于一種A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如ADC0809轉(zhuǎn)換時(shí)間為128μs，相當(dāng)于6MHz的MCS-51單片機(jī)共64個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢(xún)方式A/D轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢(xún)方式，測(cè)試EOC的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)（EOC）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過(guò)指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，OE信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。電壓模擬量檢測(cè)接口電路圖電壓模擬量檢測(cè)接口電路如圖3.2.2所示圖圖3.2.2電壓模擬量檢測(cè)接口電路圖3.2.2是ADC0809與89C51單片機(jī)的典型接口電路，有圖可以看出，其與單片機(jī)接口十分簡(jiǎn)單。89C51單片機(jī)通過(guò)地址線P2.7和讀寫(xiě)信號(hào)來(lái)控制轉(zhuǎn)換器模擬輸入通道地址鎖存，啟動(dòng)和輸出允許，ALE為其他地址鎖存控制信號(hào)。根據(jù)圖3.2.2中的接線方案，8個(gè)模擬輸入通道（IN0～I(xiàn)N7）的地址分別為7FF8H～7FFFH。輸入電壓信號(hào)經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后經(jīng)地址鎖存器74LS373，最后輸出到89C51單片機(jī)中，以進(jìn)行下一步的處理。其中IN-0與檢測(cè)電壓Vo相連，為轉(zhuǎn)換器ADC0809提供模擬量輸入。顯示電路及電源電路設(shè)計(jì)顯示電路設(shè)計(jì)LED顯示器有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種顯示方式。靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一字符時(shí)，相應(yīng)段的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截至，并且顯示器的各位可同時(shí)顯示。但N位靜態(tài)顯示器要求有N×8根I/O口，占用I/O口線資源較多。故在位數(shù)較多時(shí)往往不采用靜態(tài)顯示，而是采用動(dòng)態(tài)顯示方式。顯示電路部分采用八位共陰極LED數(shù)碼管作為輸出顯示部分，LED數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)顯示方式。由于設(shè)計(jì)要求規(guī)定：檢測(cè)0～5A電流，檢測(cè)精度0.5%，則需要保留4位有效數(shù)字，因此需采用4個(gè)LED數(shù)碼管。LED動(dòng)態(tài)顯示介紹所謂動(dòng)態(tài)顯示，就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器的各個(gè)位（掃描），對(duì)于顯示器的每一位而言，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次。顯示器的亮度既與導(dǎo)通電流有關(guān)，也與點(diǎn)亮?xí)r間和間隔時(shí)間的比例有關(guān)。在多位LED顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化電路，降低成本，通常將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，形成段選線的多路復(fù)用。而各位的共陰極點(diǎn)或共陽(yáng)極點(diǎn)分別有相應(yīng)的I/O口線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。8位LED動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè)8為I/O口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個(gè)8位I/O口控制，因此，在每個(gè)瞬間，8位LED可能顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，必須采用掃描顯示方式，即在一瞬間只使某一位顯示相應(yīng)字符。再次瞬間，段選碼由控制I/O口輸出相應(yīng)字符電平，位選I/O口輸出位選碼（共陰極送低電平、共陽(yáng)極送高電平）以保證該位顯示的相應(yīng)字符。如此輪流，使每位顯示該位應(yīng)顯示字符，并延時(shí)一段時(shí)間，以造成視覺(jué)暫留效果。LED顯示電路硬件連線圖其所用電路圖如圖4.1.2圖圖4.1.2LED數(shù)字顯示電路圖該電路中選用4個(gè)LED數(shù)碼管，八個(gè)段選端共同接入同一總線中，三個(gè)位選端接另一總線中，這樣就實(shí)現(xiàn)了LED動(dòng)態(tài)顯示。電源電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的電源電路一般由USB接口提供220V的工作電壓，驅(qū)動(dòng)單片機(jī)工作，圖4.2提供了一種可為單片機(jī)供電的電源電路設(shè)計(jì)方案。圖4.2電源電路圖圖4.2電源電路圖數(shù)字電流表軟件設(shè)計(jì)軟件實(shí)現(xiàn)功能綜述單片機(jī)得到經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的電壓數(shù)字信號(hào)，該電壓值為：Vo=100Vi=100×R0×Ii=100×0.05×Ii=5Ii∴所以單片機(jī)中軟件部分，需要將接收到的數(shù)字量除以5，便可得到所檢測(cè)的電流信號(hào)的數(shù)值。流程圖設(shè)計(jì)任務(wù)總體流程圖設(shè)計(jì)先闡述主程序要完成的功能，然后畫(huà)出流程圖。主程序的流程大致分為以下6個(gè)部分：?jiǎn)?dòng)系統(tǒng)、系統(tǒng)初始化、采樣數(shù)據(jù)、A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)處理、輸出顯示。其中，采樣數(shù)據(jù)部分包括對(duì)電流信號(hào)的接收以及簡(jiǎn)單的電流電壓轉(zhuǎn)換。送A/D轉(zhuǎn)換部分為模數(shù)轉(zhuǎn)換，將采樣的模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閱纹瑱C(jī)課識(shí)別的數(shù)字量。單片機(jī)計(jì)算部分包括對(duì)數(shù)字量的數(shù)學(xué)化處理。輸出顯示部分即顯示計(jì)算得到的數(shù)值。具體主程序流程圖如圖5.2.1所示：開(kāi)始開(kāi)始采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)初始化啟動(dòng)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)處理輸出顯示圖5.2.1主程序流程圖模擬量檢測(cè)子程序流程圖設(shè)計(jì)模擬量檢測(cè)部分需要將待測(cè)電流信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路放大后傳送給單片機(jī)。模擬量檢測(cè)部分流子程序流程圖如圖5.2.2所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)處理子程序流程圖設(shè)計(jì)單片機(jī)處理過(guò)程需要將接受到的數(shù)字量除以5，即得到待測(cè)電流的實(shí)際值，再將計(jì)算后的數(shù)值在單片機(jī)處理下轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，傳送給LED的段選端，在位選端的控制下在LED數(shù)碼管上顯示待測(cè)電流的實(shí)際值。流程圖如圖5.2.3所示接受數(shù)字量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制接受數(shù)字量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制LED顯示該值除以5圖5.2.3單片機(jī)處理子流程圖檢測(cè)電流信號(hào)檢測(cè)電壓信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)處理圖5.2.2模擬量子程序流程圖單片機(jī)軟件部分程序代碼為：ORG0000HSJMPSTARTORG0080HLED1EQU40HLED2EQU41HLED3EQU42HLED4EQU43H;存放四個(gè)數(shù)碼管的段碼DCEQU45H;存放轉(zhuǎn)AD換后的數(shù)STRBITP3.0OEBITP3.1EOCBITP3.2START:MOVLED1,#00H ;清零MOVLED2,#00H MOVLED3,#00H MOVLED4,#00H MOVP1,#00H MOVP2,#0F1H MOVP3,#9FH MOVR1,#00H MOVDPTR,#TABLE;送段碼首地址到DPTRWAIT:CLRSTRSETBSTR CLRSTR;產(chǎn)生下降沿啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換 JNBEOC,$;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 SETBOE ;允許輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOVADC,P0 ;存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLROE MOVA,ADC MOVR2,#00H CLRC RLCA JNCGO MOVR2,#01HGO:MOVB,#51;數(shù)據(jù)送顯示前的處理 DIVAB CJNER2,#01H,MEI ADDA,#05HMEI:MOVLED2,A;測(cè)量結(jié)果送到數(shù)碼管顯示 MOVA,B MOVB,#5 DIVAB MOVLED2,A MOVLED1,B MOVA,LED3 CJNEA,#10,WU AJMPNEXTWU:AJMPNEXT1NEXT:MOVLED1,#00HMOVLED2,#00H MOVLED3,#00H MOVLED4,#01HNEXT1:CJNER1,#03H,NEXT2LCALLDISP3 JBP3.7,WAIT LJMPKEYNEXT2:CJNER1,#02H,NEXT3LCALLDISP2 JBP3.7,WAIT LJMPKEYNEXT3:LCALLDISP1 JBP3.7,WAIT LJMPKEY系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖如圖6.1所示：圖6.1系統(tǒng)原理圖圖6.1系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理綜述該系統(tǒng)原理圖共分為四大模塊：電流采樣模塊：使電流信號(hào)通過(guò)微小電阻后產(chǎn)生一個(gè)微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)放大電路將該電壓放大100倍后作為A/D轉(zhuǎn)換器的模擬量輸入。A/D轉(zhuǎn)換模塊：使用ADC0809將模擬的電壓信號(hào)輸入，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字量輸入到單片機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算處理。單片機(jī)處理模塊：使用單片機(jī)8