智能化測控系統(tǒng)設(shè)計

1、直流功率計摘 要：在電子測量領(lǐng)域，電壓、電流和功率是表征電信號能量的三個基本參數(shù)。電流和功率往往轉(zhuǎn)換為電壓進(jìn)行間接測量，電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和譯碼可由數(shù)碼管直接顯示出其大小。本次直流功率計的設(shè)計就是將被測點電流轉(zhuǎn)化為電壓測量，電壓通過電阻分壓測量，將所得兩采樣電壓值放大后輸入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換端，根據(jù)功率等于電壓和電流的乘積，通過單片機(jī)計算出功率大小并顯示在數(shù)碼管上。本功率計可以測量小功率直流電路中任一點的功率，操作方便，測量誤差小，可以直接讀數(shù)。關(guān)鍵詞：電壓，電流，功率，單片機(jī) Abstract：The voltage,the current and the power are the symb

2、ol of the electry signal in the electronic measuring field,they are the baisc parameters.Current and power always been switchovered into voltage to measure,and voltage can be showed on the digital tube through A/D conversion and coding.The way to design direct current power calculator is changing cu

3、rrent into voltage to product the voltage which belong to the resistance,they are sent to the A/D port in the SCM after blew up.Then the result be showed on the digital tube.The power calculator can be used to measure any point in a circuit conveniently and accurately.Keywords：voltage，current，power，

4、SCM目 錄1 前言12 總體方案設(shè)計22.1 方案比較22.1.1 方案一22.1.2 方案二32.1.3 方案三32.2 方案論證42.3 方案選擇43 單元模塊設(shè)計53.1 各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計53.2 各單元模塊53.2.1 電壓電流采樣模塊設(shè)計53.2.2 按鍵和復(fù)位模塊設(shè)計63.2.3 數(shù)碼顯示電路模塊設(shè)計73.2.4 電源電路設(shè)計83.2.5 基準(zhǔn)電壓電路設(shè)計93.3 電路參數(shù)的計算及元件選擇93.4 特殊器件的介紹103.4.1 TL431芯片簡介103.4.2 STC12C52A06S2單片機(jī)簡介104 軟件設(shè)計124.1 說明軟件設(shè)計原理及所用工具124.2 軟件設(shè)

5、計結(jié)構(gòu)及其功能124.3 軟件設(shè)計流程框圖135 系統(tǒng)調(diào)試155.1 調(diào)試環(huán)境155.2 硬件調(diào)試156 系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)166.1 系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能166.2 系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試166.3 系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析167 結(jié)論188 總結(jié)與體會199 謝辭2010 【參考文獻(xiàn)】21附錄1 系統(tǒng)的原理電路圖22附錄2 系統(tǒng)PCB圖24附錄3 設(shè)計實物圖25附錄4 程序代碼261.前言當(dāng)今時代，電子器件廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，功率作為表征電信號能量的基本參數(shù)，對其的測量非常重要，現(xiàn)在市面上也有很多測量功率的儀器。作為電氣專業(yè)的我們，更是要掌握功率的測量方法，因此，我們選擇了直流功率計的設(shè)計。隨著單片機(jī)

6、在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，許多用單片機(jī)作控制測量系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)產(chǎn)生，本課程制作就是利用宏晶公司的STC系列單片機(jī)STC12C5A32S2編程控制LED七段數(shù)碼管完成功率大小的計算和動態(tài)顯示，設(shè)計中我們通過電阻分壓采樣負(fù)載兩端電壓，通過在被測點串聯(lián)一個很小的電阻測其兩端電壓，間接進(jìn)行電流采樣，將所采集的電壓經(jīng)過適當(dāng)放大后送入單片機(jī)，然后由程序控制單片機(jī)計算出被測電路的直流輸入功率并顯示在數(shù)碼管上，且能用鍵盤切換顯示負(fù)載電壓和被測點電流。另外在單片機(jī)工作過程中，工作電壓有變化，所以額外加入一個基準(zhǔn)電壓，以確保所采樣的電壓準(zhǔn)確。這個功率計能測量被測負(fù)載電壓不超過25V，被測電流不超過2A的直流電路的輸入功率

7、（精確到小數(shù)點后6位），能在兩個四位七段LED數(shù)碼管上直觀的動態(tài)顯示出功率大小，并能通過鍵盤切換顯示被測負(fù)載的電壓和電流大小。通過此次直流功率計的設(shè)計，使我更加熟悉有關(guān)單片機(jī)開發(fā)設(shè)計原理及方法，并能使自己加深了對單片機(jī)的理解和運(yùn)用以及掌握了單片機(jī)與外圍接口的方法和技巧，這些主要體現(xiàn)在以下方面：1. 學(xué)會了單片機(jī)總線控制方式的運(yùn)用，懂得了利用單片機(jī)內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)化簡化外部電路，節(jié)約成本，同時在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一些實用性強(qiáng)的外圍電路。2. 可以了解到LED顯示器的結(jié)構(gòu)、工作原理以及這種顯示器的接口實例。3. 怎樣擴(kuò)展顯示接口、如何驅(qū)動外圍元件等。4. 了解了通過電壓間接測電流和電流電壓同步采樣的方法。

8、2總體方案設(shè)計通過查閱大量相關(guān)技術(shù)資料，并結(jié)合自己的實際知識，我們主要提出了三種技術(shù)方案來實現(xiàn)系統(tǒng)功能。下面我將首先對這三種方案的組成框圖和實現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點，然后闡述我最終選擇方案的原因。2.1方案比較2.1.1方案一本方案的整體思路是：根據(jù)功率計算公式，要計算功率我們需要知道負(fù)載的電壓和電流，因此首先對電路中被測負(fù)載進(jìn)行電壓采樣和電流采樣，將采樣的電壓送入單片機(jī)，由單片機(jī)內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn)換電路對采樣進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后通過編寫程序讓單片機(jī)計算出功率并將功率大小顯示在LED數(shù)碼管上，且能通過按鍵切換顯示負(fù)載電壓和被測電流，由于在單片機(jī)實際工作過程中，電壓有可能發(fā)生變化

9、，為確保采集的電壓的準(zhǔn)確性，因此額外提供了一個基準(zhǔn)電壓。方案一整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1-1所示： 被測負(fù)載電壓采樣電流采樣 單片機(jī) 鍵盤顯示復(fù)位晶振基準(zhǔn)電壓 圖2-1-1 方案一系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1.2 方案二方案二總體思路是：在被測電路中進(jìn)行電壓采樣和電流采樣后，先由外部器件進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再送入單片機(jī)計算和顯示，這里的單片機(jī)只需要一般的不自帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)就行了。系統(tǒng)框圖如圖2-1-2所示： 被測負(fù)載電壓采樣電流采樣 單 片 機(jī) 顯示復(fù)位晶振A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換鍵盤 圖2-1-2 方案二系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2.1.3 方案三方案三的總體思路就是用一個功率傳感器，直接采集被測電路的功率送入單片機(jī)，由

10、單片機(jī)控制LED數(shù)碼管顯示出功率大小。系統(tǒng)框圖如圖2-1-3所示：數(shù)碼管顯示被測電路功率傳感器51單片機(jī) 圖2-1-3 方案三框圖2.2方案論證方案一電壓和電流采樣后采用單片機(jī)自帶的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，節(jié)約了成本，簡化了外圍電路，而且方案一外加了基準(zhǔn)電壓，使電路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時有基準(zhǔn)，克服了單片機(jī)實際工作時電壓不穩(wěn)定的情況，使測量結(jié)果更加準(zhǔn)確，方案二采用外接A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，提高了成本，也使外圍電路復(fù)雜化了，方案三雖然簡單，但是傳感器價格昂貴，而且方案三沒有起到通過這次課程設(shè)計讓我們對所學(xué)知識進(jìn)行實際應(yīng)用的能力。2.3方案選擇本設(shè)計是利用單片機(jī)測量被測負(fù)載的直流輸入功率，并要求

11、顯示，通過以上對三個方案的論證，方案一既能相對準(zhǔn)確的測量功率，還能將我們所學(xué)知識進(jìn)行實際運(yùn)用，是我們對所學(xué)知識進(jìn)一步掌握，而且成本低，電路簡潔明了，符合設(shè)計要求；方案二相對方案一成本較高，電路叫復(fù)雜；方案三成本高。綜合考慮我們選擇了方案一。3單元模塊設(shè)計3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計本系統(tǒng)主要分為電壓采樣，電流采樣，按鍵復(fù)位及檔位選擇，數(shù)碼顯示，電源電路的設(shè)計等模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。3.2 各單元模塊3.2.1 電壓電流采樣模塊設(shè)計電壓和電流需要同步采樣，采樣的方式有很多，本次設(shè)計中我們采用電阻分壓采樣電壓，對于電流采樣，我們通過電壓進(jìn)行間接采樣，具體方式是在電路中

12、串聯(lián)一個很小的電阻，通過測這個很小的電阻兩端的電壓，根據(jù)得到電路電流，這個小電阻我們利用3個和一個的電阻并聯(lián)得到，采樣所得的電壓可能很小要經(jīng)過適當(dāng)放大再送入單片機(jī)。電路中運(yùn)放OP07采用外接雙電源供電。電壓電流采樣電路如圖3-2-1所示。電壓電流采樣電路如圖3-2-1所示圖3-2-1 電壓電流采樣電路3.2.2 按鍵和復(fù)位模塊設(shè)計單片機(jī)采用總線控制方式，由單片機(jī)P2.7、P2.6和P2.5作片選控制信號，通過74HC138譯碼器來選通。74HC138是一個3-8譯碼器。74HC138的A、B、C與單片機(jī)的P2.5、P2.6和P2.7相連通，我們可以通過程序控制P2.5、P2.6、P2.7的輸出

13、進(jìn)而控制3-8譯碼器的輸出，從而達(dá)到選位的目的。其選通情況如表3-2-2，位選電路如圖3-2-2(a)。表3-2-2P2.7 P2.6 P2.5C B A選位情況0 0 10 0 1Y1輸出低電平即第1位被選中0 1 10 1 1Y3輸出低電平即第3位被選中1 0 01 0 0Y4輸出低電平即第4位被選中圖3-2-2(a) 位選電路 當(dāng)和CS3任一位為低電平時輸入緩沖器74HC541工作，此時按鍵有效，鍵盤分為8個獨立按鍵，一端與74HC541的D1-D8引腳及10K上拉電阻相連，另一端接地，當(dāng)任一按鍵按下時，D1-D8低電平有效對應(yīng)的Q1-Q8輸出就可以對單片機(jī)P0口輸入信號進(jìn)行相應(yīng)控制，比

14、如KEY4可以切換數(shù)碼管顯示功率、電壓和電流。模擬量輸入就是把采樣的電壓輸入單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換引腳。電路圖如圖3-2-2(b)所示：圖3-2-2(b) 按鍵和復(fù)位電路3.2.3數(shù)碼顯示電路模塊設(shè)計本設(shè)計制作中選用兩個四位共陽極數(shù)碼管作為顯示模塊，由和共同控制74HC573作為段鎖存器，當(dāng)他們低電平時，74HC573工作，由和共同控制75HC573作為的位鎖存器，位鎖存器連接驅(qū)動芯片ULN2803，驅(qū)動數(shù)碼管工作。顯示的連接電路圖如圖3-2-3所示： 圖3-2-3 數(shù)碼管顯示電路3.2.4電源電路設(shè)計在電路中由于我們所用OP07運(yùn)算放大器需要9V雙電源供電，由于我們測量需要穩(wěn)定的供電而USB供電不

15、穩(wěn)定，所以我們自制+5V電源供電，電源電路圖如圖3-2-4：圖3-2-4 電源電路3.2.5基準(zhǔn)電壓電路設(shè)計我們用單片機(jī)自帶的AD進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而單片機(jī)實際工作時電壓會發(fā)生變化，所以在單片機(jī)AD檢測時外加TL431作為基準(zhǔn)源，當(dāng)輸出電壓變化時，P1.7口電壓保持恒定。電路圖如圖3-2-5：圖3-2-5 基準(zhǔn)電壓3.3電路參數(shù)的計算及元件選擇因為我們要測量的范圍是，負(fù)載電壓不超過25V，電流不超過2A，而單片機(jī)能夠接受的電壓小于5V，所以我們電壓采樣時，用和電阻分壓的方式，這樣就算電壓得到25V時，我們所采的電壓也只有3.261V，單片機(jī)也能正常工作，電壓采樣后經(jīng)過一個電壓跟隨器，降低輸出阻抗

16、，電流采樣時，通過電壓間接采樣，因為我們所串聯(lián)的電阻很小，由3個和一個的電阻并聯(lián)，所采得的電壓也很小，經(jīng)過放大單片機(jī)識別更準(zhǔn)確，所以放大26倍后再送入單片機(jī)。3.4 特殊器件的介紹3.4.1 TL431芯片簡介TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)電壓源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設(shè)置到從Vref（2.5V）到36V范圍內(nèi)的任何值。TL431特點： 可編程輸出電壓為36V 電壓參考誤差：0.4 ，典型值25（TL431B） 低動態(tài)輸出阻抗，典型0.22 負(fù)載電流能力1.0mA to 100mA 等效全范圍溫度系數(shù)50 ppm/典型 溫度補(bǔ)償操作全額定工作溫度范圍 低輸出噪

17、聲電壓TL431引腳圖:圖3-4-1 TO92 封裝引腳3.4.2 STC12C52A06S2單片機(jī)簡介STC12C5A60S2系列單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的8051單片機(jī)，但速度要快812倍，內(nèi)部集成8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S）。STC12C5A60S2單片機(jī)管腳圖如圖3-4-2。圖3-4-2 STC12C5A60S2單片機(jī)引腳圖4 軟件設(shè)計4.1 說明軟件設(shè)計原理及所用工具本系統(tǒng)的程序設(shè)計使用Keil uVision3軟件進(jìn)行編寫，編譯，鏈接，軟件調(diào)試等。目標(biāo)單片機(jī)型號為ST

18、C12C5A32S2，該單片機(jī)具有完全兼容51單片機(jī)，功耗小，內(nèi)部資源豐富，價格便宜等優(yōu)點；本設(shè)計應(yīng)用單片機(jī)內(nèi)部自帶A/D完成電壓、電流樣本的采集。該系統(tǒng)程序的主要功能是對電壓、電流信號和基準(zhǔn)電源進(jìn)行同時采集，然后根據(jù)采樣比例計算出實際電壓、電流和功率，再轉(zhuǎn)換成相應(yīng)顯示碼，由8位數(shù)碼管顯示出結(jié)果。功率或者電壓和電流的顯示通過按鍵進(jìn)行切換。A/D采樣為單片機(jī)內(nèi)部寄存器操作，采取多次采樣求平均值的方式進(jìn)行軟件濾波可減小誤差，同時也達(dá)到了顯示結(jié)果穩(wěn)定的目的。在A/D轉(zhuǎn)換過程中停止單片機(jī)所有I/O口操作可提高轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)確度。LED顯示使用的是單片機(jī)內(nèi)部定時器產(chǎn)生定時中斷進(jìn)行掃描顯示，通過設(shè)置合理的定時初

19、值可以穩(wěn)定不間斷地顯示，超出量程時可閃爍顯示進(jìn)行報警。由于A/D轉(zhuǎn)換時間極短，所以在A/D轉(zhuǎn)換時停止的I/O操作對顯示沒有影響。鍵盤掃描程序使用了延時去抖的算法可避免了誤觸發(fā)，并在程序主循環(huán)中進(jìn)行調(diào)用，能保證按鍵信息實時捕捉的不丟失的要求。STC系列單片機(jī)具有在系統(tǒng)可編程（ISP）的特性，程序下載使用廠商提供的ISP 下載工具STC_ISP_V4.78通過單片機(jī)串口完成程序燒寫，使用方便，無需其他編程工具。4.2 軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)及其功能1.系統(tǒng)初始化程序：對單片機(jī)系統(tǒng)硬件初始化；所涉及內(nèi)存空間初始化；A/D轉(zhuǎn)換器初始化；定時器0和中斷初始化，為顯示做準(zhǔn)備。2.A/D轉(zhuǎn)換程序：對電壓、電流、基準(zhǔn)源

20、進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換并保存到相應(yīng)變量中，為計算提供原始數(shù)據(jù)。3.結(jié)果計算和處理程序：對采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算得到測量結(jié)果；通過計算將測量結(jié)果轉(zhuǎn)換成可直接被數(shù)碼管顯示的字碼信息；若超出量程可設(shè)置相應(yīng)標(biāo)志供顯示查詢達(dá)到閃爍報警的目的。4.中斷顯示程序：定時對數(shù)碼管進(jìn)行掃描，顯示被測系統(tǒng)的電壓、電流或功率的大小；在超出量程時進(jìn)行閃爍顯示。5.按鍵掃描程序：通過掃描和一定算法捕捉按鍵信息；通過按鍵信息判斷是否有鍵按下，并執(zhí)行相應(yīng)的操作(顯示信息的切換)。 圖4-2 軟件結(jié)構(gòu)及功能框圖4.3軟件設(shè)計流程框圖程序流程見圖4-3(a)(b)開始系統(tǒng)初始化，定時器、中斷、A/D轉(zhuǎn)換器等初始化分別對電壓、電流對應(yīng)A/

21、D通道進(jìn)行選擇和轉(zhuǎn)換，完成一次數(shù)據(jù)采集對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累加或計算，并更新需要顯示的信息按鍵掃描，并執(zhí)行相應(yīng)的按鍵操作(a)主程序程序流程定時器0溢出中斷定時器初值重置，關(guān)閉定時器0判斷并記錄顯示的位(8位輪流掃描顯示)輸出該位選信號和對應(yīng)顯示碼重新開啟定時器0 ，退出中斷程序(b) 定時器溢出中斷程序流程圖4-35系統(tǒng)調(diào)試對系統(tǒng)的OP07運(yùn)放模塊，電壓電流采樣模塊，數(shù)碼顯示模塊進(jìn)行了調(diào)試。5.1調(diào)試環(huán)境本設(shè)計采用的是Proteus的ISIS進(jìn)行設(shè)計、仿真以及調(diào)試。Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫齊全，使用方

22、便。該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大，仿真很方便。同時，還能輸出位圖，方便將所設(shè)計的電路圖打印出來，使用非常方便。5.2硬件調(diào)試將電路準(zhǔn)確的焊接好，然后通電，查看電源及數(shù)碼管是否正常工作，同時查看各個芯片是否有異樣，比如發(fā)熱，有燒臭味等。確認(rèn)電路無錯誤后，用萬用表測試運(yùn)放OP07的2腳和3腳對地的電壓是否為供給的V，對電路進(jìn)行調(diào)試，直到所得到的電壓是外接電源供給的V。然后將該電路與單片機(jī)相連，接入直流穩(wěn)壓電源，改變直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓，用探針測試被測點的電流電壓是否符合要求。同時注意觀察數(shù)碼管的顯示是否正確，若超量程了是否閃爍報警，以此來判斷單片機(jī)的工作狀態(tài)

23、以及A/D通道是否工作正常。通過對程序的不段調(diào)試，達(dá)到我們測試功率和電壓電流的最終目的。在調(diào)試過程中，我們發(fā)現(xiàn)所選的負(fù)載電阻能承受的功率太小，于是換了一個 的滑動變阻器。調(diào)試中我們用到的工具還有直流穩(wěn)壓源，萬用表以及程序的調(diào)試軟件Keil 和下載軟件STC-ISP，另外還有若干導(dǎo)線。利用ISIS畫出仿真電路，將程序下載到單片機(jī)上，運(yùn)行仿真，觀察數(shù)碼管能否正確顯示此時測試點的電壓電流。6系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)直流功率計的設(shè)計主要是能夠準(zhǔn)確測試出被測點的功率以及對應(yīng)的電壓電流。6.1系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能本系統(tǒng)能實現(xiàn)的功能是測量電路的直流輸入功率，并能通過鍵盤切換顯示負(fù)載電壓和被測電流。當(dāng)被測電壓高于25V

24、或電流高于2A時，數(shù)碼管將閃爍，作為超過量程的報警功能。6.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試經(jīng)過調(diào)試，得到以下一組數(shù)據(jù)，如表6-2。表格上部分是直流穩(wěn)壓電源輸出的數(shù)據(jù)，下部分則是通過功率計讀出來的數(shù)據(jù)。從表格中可以看出來，在不超過量程即電壓在25V以下，電流在2A以下時，功率計可以比較準(zhǔn)確的測出被測電路的功率及對應(yīng)的電流電壓。直流穩(wěn)壓電源電壓（V）252015105電流（A）1.180.950.690.470.23功率（W）29.51910.354.71.15直流功率計電壓（V）24.8520.0614.919.954.93電流（A）1.210.940.680.450.22功率（W）30.1418.8610

25、.144.481.08表6-26.3系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析系統(tǒng)總體上由四部分組成，既采樣電路、按鍵與復(fù)位電路、數(shù)碼管顯示電路、電源電路。首先由采樣電路對被測電路進(jìn)行電壓和電流采樣，因為單片機(jī)能夠接受的電壓小于5V，所以我們電壓采樣時，用和電阻分壓的方式，這樣就算電壓得到25V時，我們所采的電壓也只有3.261V，單片機(jī)也能正常工作，電壓采樣后經(jīng)過一個電壓跟隨器，降低輸出阻抗，電流采樣時，通過電壓間接采樣，因為我們所串聯(lián)的電阻很小，由3個和一個的電阻并聯(lián)，所采得的電壓也很小，經(jīng)過放大單片機(jī)識別更準(zhǔn)確，所以放大26倍后再送入單片機(jī)，有單片機(jī)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和計算功率，并將功率大小顯示在數(shù)碼管上，還能

26、通過鍵盤切換顯示被測負(fù)載電壓和電流大小。當(dāng)被測電壓高于25V或電流高于2A時，數(shù)碼管將閃爍，作為超過量程的報警功能。電源電路主要是提供系統(tǒng)所需要的基本工作電壓，讓系統(tǒng)能夠正常工作。7 結(jié)論本次系統(tǒng)以單片機(jī)為控制核心，實現(xiàn)了電路直流功率的測量。LED能連續(xù)穩(wěn)定的顯示被測功率，并能通過按鍵切換顯示電壓電流大小，在超過量程時數(shù)碼管閃爍報警。系統(tǒng)硬件設(shè)計時，由于USB供電不穩(wěn)定，所以設(shè)計了一個5V的恒壓電源，而且我們還自己設(shè)計了所需的9V電源供運(yùn)算放大器工作，另外由于單片機(jī)實際工作時電壓會發(fā)生變化，所以在單片機(jī)AD檢測時外加TL431作為基準(zhǔn)源，當(dāng)輸出電壓變化時，P1.7口電壓保持恒定。恒定電壓為2.

27、5V。本系統(tǒng)設(shè)計可推廣到各種電子測量系統(tǒng)中，實現(xiàn)直流電路各參數(shù)的測量。在生產(chǎn)生活中，本系統(tǒng)簡單明了為生活帶來便利；在工業(yè)生產(chǎn)中，可以加以各種適當(dāng)變化，進(jìn)行電路參數(shù)的自動測量，如對電路負(fù)載的直流電壓、電流和功率自動測量顯示。進(jìn)而可以隨時的觀察到電路的變化，進(jìn)行電路的檢測，維護(hù)。如在電路系統(tǒng)中可以根據(jù)不同的負(fù)荷得到不同的電壓信號，再由電壓信號得到各種參數(shù)了解電路負(fù)荷的變化，以便實時檢測。實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化調(diào)度。綜上所述，該系統(tǒng)的設(shè)計和研究具在社會生產(chǎn)和生活中具有重要地位。本系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)了電路的直流輸入功率的測量，并能通過鍵盤切換顯示負(fù)載電壓和被測電流。當(dāng)被測電壓高于25V或電流高于2A時，數(shù)碼管將閃

28、爍，作為超過量程的報警功能。但是由于以前做的實踐性工作不是很多，設(shè)計的器件不夠精確和環(huán)境不夠?qū)I(yè)，該系統(tǒng)設(shè)計并不能實現(xiàn)精確的功率測量。由于時間的限制，也沒有再進(jìn)一步的改進(jìn)，要達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)生活中的要求還有一定距離。該系統(tǒng)的進(jìn)一步研究應(yīng)該從提高采樣精度和系統(tǒng)工作電壓的穩(wěn)定性出發(fā)，取得更精確的測量結(jié)果。由于以前做的實踐設(shè)計不是很多，本次系統(tǒng)設(shè)計中遇見了很多的阻礙。起初的設(shè)計沒考慮到單片機(jī)工作電壓會變化，沒加基準(zhǔn)電壓，導(dǎo)致測量偏差很大，經(jīng)過仔細(xì)的思考和查找原因，我們加上了基準(zhǔn)電壓，使得單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換時有個基準(zhǔn)解決了單片機(jī)實際工作電壓變化的問題。但是發(fā)現(xiàn)結(jié)果還是存在偏差，經(jīng)過請教和仔細(xì)思考，最終是因為

29、USB供電不穩(wěn)定，所以自行設(shè)計了所需9V和5V電源。最后是按鍵部分，在該部分的設(shè)計中的主要問題是鍵盤去抖動的延時時間設(shè)置。鍵盤的延時時間不能過長，也不能過短，否則會使按鍵失效或者連續(xù)跳動，而且按鍵在切換功率和電壓電流顯示時會有一段空白時間，剛開始改程序，改成切換時會閃爍顯示一段隨機(jī)數(shù)字，經(jīng)過程序的不斷調(diào)試，得到了比較理想的按鍵功能（理想只是對自己在延時按鍵時間上的感覺）。通過不斷的調(diào)試和修改，整體系統(tǒng)實現(xiàn)了對電路直流輸入功率的較精確測量。8 總結(jié)與體會此次課程設(shè)計作品是直流功率計的設(shè)計，通過對電路負(fù)載電壓和電流的采樣，對采樣進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，再根據(jù)功率計算公式，由單片機(jī)計算并控制LED數(shù)碼管動態(tài)顯

30、示。當(dāng)然我們所設(shè)計的作品肯定是不完美的，有很多不足之處。如測量不能得到非常的精確，存在一定的誤差，還有就是當(dāng)設(shè)計作品長時間工作時的穩(wěn)定性等問題。在測量精度上我們可以用更精確的器件并且在程序方面編寫的更完善以得到更精確的測量。至于本系統(tǒng)其他方面肯定還有問題，在以后的進(jìn)一步研究中，我會從相應(yīng)的出發(fā)點著手，更精確的測量電路直流輸入功率。而在本次為期4周的課程設(shè)計中，遇見了相當(dāng)多的問題，所需要的知識點很多，所以我們重新復(fù)習(xí)了這學(xué)期所學(xué)的單片機(jī)內(nèi)容以及電力電子技術(shù)還有模擬電子和數(shù)字電子課程的知識要點，并且熟悉了電子作品設(shè)計和制作的整個流程，較為熟悉的掌握了ISIS仿真、PROTEL畫原理圖和PCB圖以及

31、Keil C51等軟件的使用方法，同時也熟悉了C語言程序的編寫。并且根據(jù)課程設(shè)計的要求和通過參考有關(guān)資料擬的方案，寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序，達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能。 在寫程序時，在每條指令后都寫好注釋，以便在程序出錯的檢查過程中可以更容易查找得到。在調(diào)試過程中，我們也遇到了很多問題，我們也一一解決了，使我們對調(diào)試的過程和方法更加清楚。就這樣我又加強(qiáng)了以前所學(xué)到的書本知識，而且在實際設(shè)計中得到了很好的發(fā)揮，也鍛煉了我們的實際動手能力。9 謝辭在余建華老師和謝維成老師的指導(dǎo)下，讓我們這組順利地完成了本次設(shè)計。在這次設(shè)計中，余建華老師和謝維成老師不僅教會我們怎樣用Protel 和 Proteus 來進(jìn)行電路的設(shè)計和仿真，而且培養(yǎng)了我們獨立解決問題的能力。通過去圖書館查閱相關(guān)資料以及在網(wǎng)上搜素信息，都對我們解決問題有莫大的幫助。在此，我再一次感謝余建華老師和謝維成，感謝你們讓我們學(xué)到除了書本上的知識外，對自己的能力的提升有幫助的東西。當(dāng)然，還要感謝和我一個團(tuán)隊的組員，在出現(xiàn)困難的時候一起解決問題，在解決問題的過程中相互學(xué)習(xí)，最終順利完成任務(wù)。10參考文獻(xiàn)1 張毅剛、 彭喜元、 董繼成 單片機(jī)原理及其應(yīng)用 高等教育出版設(shè)，20032 王兆安 、黃俊 電力電子學(xué) （第四版） 北京機(jī)械工業(yè)出版社，20013 姚國強(qiáng)、 錢銳、 陸成鷹 機(jī)電