基于單片機(jī)的數(shù)字電流表的設(shè)計

1、【畢業(yè)設(shè)計】基于單片機(jī)的數(shù)字電流表的設(shè)計 2009屆本科畢業(yè)設(shè)計 的設(shè)計 姓 名： 系 別： 專 業(yè)： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2009年月0日目錄摘 要II 關(guān)鍵詞II 0 引言1 1 工作原理1 1.1數(shù)字電流表的工作原理1 1.2電流采樣電路的性能1 1.3顯示電路與電流采樣電路的邏輯關(guān)系1 1.4放大器2 1.5峰值保持電路6 1.6雙積分型轉(zhuǎn)換芯片8 1.7獨立式非編碼鍵盤的接口9 1.8 LED動態(tài)顯示器接口及顯示方式10 1.9 89C51單片機(jī)12 2 測量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計13 2.1 系統(tǒng)框圖13 2.2整機(jī)設(shè)計14 3程序流程圖16 4 實驗結(jié)果19 5結(jié)語19 參考文獻(xiàn)1

2、9 致 謝19 基于單片機(jī)的數(shù)字電流表的設(shè)計 摘 要 關(guān)鍵詞 電流采樣，A/D轉(zhuǎn)換，放大器，單片機(jī) Design of digital ammeter based on single-chip Abstract Every part of the digital ammeter uses the standard signal which is in line with the International Standards for transmission. The IEC made the International Standards for the united transported

3、 signal on the 65th technology committee in April, 1973. The Simulation of DC signal of system of procession control is between 4MA and 20MA. The Simulation of DC voltage signal is between 1V and 5V. Singal of the domestic DDZ-3 Electric unit of Combination of instruments uses the International Stan

4、dards. Keywords Current sampling; A/D conversion; amplifier; single-chip0 引言 1 工作原理 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、R2G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

5、電流表的滿量程電流。 圖1數(shù)字電流表的基本原理 1.2電流采樣電路的性能 峰峰值檢波器本身具有采樣保持的功能，由于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間為100ms，所以峰峰值檢波電路能夠保證A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的轉(zhuǎn)換時間6。 交流信號不只包括正弦波，對于其它規(guī)則的交流信號，也可以用本采樣電路采樣。檔位選擇需要將獨立按鍵與放大器中集成運放的外圍電阻組合在一塊。獨立按鍵不僅有選擇檔位的功能，還有復(fù)位等其它功能。 由于負(fù)反饋放大器的輸入電阻已達(dá)到10M歐以上，所以有單片機(jī)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

6、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。 1.3顯示電路與電流采樣電路的邏輯關(guān)系 如果不用單片機(jī)，也可以做成一個電流表，不過這樣的表功能單一，不能同時測量直流或者交流，而用單片機(jī)做成的電流表可以通過編程方便實現(xiàn)，規(guī)則交流波形的有效值測量2。 1.4放大器 目前集成運放有雙列直插式和圓管封裝式兩種，若采用雙列直插式的的A741集成運算放大器，其外引線排列圖如圖2所示。 圖2 A741外引線排列圖 1）測試放大器的傳輸特性及輸出電壓的動態(tài)范圍是指在不失真條件下所能達(dá)到的最大幅度。為了測試方便，在一般情況下就用其輸出電壓的最大擺幅當(dāng)作運算放大器的

7、最大動態(tài)范圍。其測試電路如圖3 圖3運算放大器輸出電壓最大擺幅的測試電路 圖3中為正弦信號。當(dāng)接入負(fù)載后，逐步加大輸入信號的幅值，直至示波器上輸出電壓的波形頂部或底部出現(xiàn)削波為止。此時的輸出電壓幅度就是運算放大器的最大擺幅。若將送示波器的X軸，送Y軸，則可利用示波器的X-Y顯示，觀察到運算放大器的傳輸特性，并可測出的大小。 與負(fù)載電阻有關(guān)，不同的，亦不相同。根據(jù)已知的和，我們可以求出運算放大器的輸出電流的最大擺幅： =。 （1） 運算放大器的除與有關(guān)外，還與電源電壓和輸入信號的頻率有關(guān)。隨著電源電壓的降低和信號頻率的升高，將降低。 如果示波器X-Y顯示出運算放大器的傳輸特性是正常的，即表明該放

8、大器是好的，可以進(jìn)一步測試運算放大器的其它幾項參數(shù)。 2） 開環(huán)電壓放大倍數(shù)是指：運算放大器沒有反饋時的差模電壓放大倍數(shù)，即運放輸出電壓與差模輸入電壓之比。測試電路如圖4。為反饋電阻，通過擱置電容和電阻R構(gòu)成閉環(huán)工作狀態(tài)，同時與、構(gòu)成直流負(fù)反饋，減少了輸出端的電壓漂移。由圖可知： （2） （3） 此時信號源的頻率應(yīng)在運算放大器的帶寬之內(nèi)，A741的帶寬約為7Hz。 圖4測開環(huán)電壓放大倍數(shù)電路 3）測輸入失調(diào)電壓 輸入失調(diào)電壓的定義是：放大器輸出為零時，在輸入端所必需引入的補償電壓。根據(jù)定義，測試電路如圖5 閉合開關(guān)S，令此時測出的輸出電壓為，因為閉環(huán)電壓放大倍數(shù) （4） 所以，輸入失調(diào)電壓 （

9、5） 圖5測的實驗電路 4）測輸入失調(diào)電流 輸入失調(diào)電流是指輸出端為零電平時，兩輸入端基極電流的差值，用表示。顯然，的存在將使輸出端零點偏離，且信號源阻抗越高，輸入失調(diào)電流影響越嚴(yán)重。測試電路同圖5只要斷開開關(guān)S即可，用萬用表測出該電路的輸出電壓，我們令它為，則 （6） 5）測共模抑制比 根據(jù)定義，運算放大器的等于放大器的差模電壓放大倍數(shù)和共模電壓放大倍數(shù)之比，即： （7） 測試電路見圖6。運算放大器工作在閉環(huán)狀態(tài)，對差模信號的電壓放大倍數(shù)=,對共模信號的電壓放大倍數(shù),所以只要測出和，即可求出： （8） 為保證測量精度，必須使,否則會造成較大的測量誤差。運算放大器的共模抑制比愈高，對電阻精度要

10、求也就愈高。經(jīng)計算，如果運算放大器的=80DB，允許誤差為百分之五，則電阻相對誤差: 。 （9） 圖6測量的實驗電路 6）測增益-帶寬積 運算放大器的重要交流參數(shù)是頻率響應(yīng)。由于運算放大器可以工作在直流狀態(tài)，即零頻率工作狀態(tài)，因此其帶寬等于截止頻率響應(yīng)，在截止頻率處的輸出電壓增益，此直流時的輸出電壓增益低3DB。運放的增益-帶寬積為常數(shù)A*BW=C該常數(shù)C決定與特定的放大器，開環(huán)時因增益太高，帶寬很窄，很少使用。閉環(huán)時，增益,它的帶寬與大小成反比。 測試電路如圖7，輸入為正弦信號。逐步增加的頻率。 由741集成運放和兩個電阻組成一個負(fù)反饋放大器， （10） 電路如圖8所示。 圖7測量增益帶寬積

11、的電路 圖8741集成運放 1.5峰值保持電路 實用的峰值保持電路是半波整流電路、存儲電容和緩沖放大器組成的閉環(huán)電路。在存儲電容上還并聯(lián)有一只復(fù)位開關(guān)。圖9給出了同向型峰值保持電路。圖中運算放大器具有半波整流結(jié)構(gòu)， 組成電壓跟隨器，其輸出電壓，它在存儲電容和輸出負(fù)載之間起緩沖作用。 圖9同相型峰值保持電路 當(dāng)時，導(dǎo)通，截止，將誤差電壓放大，通過對C充電，使跟蹤。時，導(dǎo)通，截止，存儲電容C與的聯(lián)系隔斷，不再跟蹤保持過去檢出峰值。的導(dǎo)通是為提供反饋通路，防止當(dāng)截止時，被深度飽和。當(dāng)復(fù)位指令U出現(xiàn)，場效應(yīng)管V導(dǎo)通，C通過V放電，回到零。U消失后，V截止，又開始新的峰值保持過程。 這種電路由于的作用，使的反向電壓大大減小，因而反向漏電流很小，增加了峰值保