數(shù)字電流表設(shè)計(jì)

1、遼遼 寧寧 工工 業(yè)業(yè) 大大 學(xué)學(xué) 單片機(jī)原理及接口技術(shù)單片機(jī)原理及接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）課程設(shè)計(jì)（論文）題目：題目： 數(shù)字電流表設(shè)計(jì)數(shù)字電流表設(shè)計(jì) 院（系）：院（系）： 電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：專業(yè)班級(jí)： 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 學(xué)生姓名：學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： （簽字） 起止時(shí)間：起止時(shí)間：2012014 4.06.16-201.06.16-2014 4.06.06.3030 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）I課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室： 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）II注：成績(jī)：平時(shí)20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計(jì)算

2、學(xué) 號(hào)學(xué)生姓名專業(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：05 A；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 220 V 交流電源。設(shè)計(jì)任務(wù)：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)及程序清單編寫技術(shù)參數(shù)：技術(shù)參數(shù)：1電流測(cè)量范圍 05 A，工作電源 220V2測(cè)量精度：0.5設(shè)計(jì)要求設(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

3、，撰寫、打印設(shè)計(jì)說明書一份，其中程序開發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的工作過程，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 軟件編寫與調(diào)試第 9 天 設(shè)計(jì)說明書完成第 10 天 答辯指導(dǎo)教師評(píng)語及成績(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 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）III摘 要數(shù)字電流表就是將模擬電流量經(jīng)過特殊的電子電路轉(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

4、精確更穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)是通過采樣電阻及信號(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 B

5、CD 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； 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）IV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 .22.2 CPU 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) .62.6 CPU 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 .83.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) .93.2.1 A/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

6、 顯示電路及電源電路設(shè)計(jì) .114.1 顯示電路設(shè)計(jì) .114.1.1 LED 動(dòng)態(tài)顯示介紹.114.1.2 LED 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) .13 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）V5.2.2 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) .19 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）1 本科生課程設(shè)計(jì)

7、（論文）2第 1 章 緒論1.1 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 05V、020mA 或 420mA 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，

8、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)有電流通過時(shí)，電流沿彈簧、轉(zhuǎn)軸通過磁場(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，所以就可以通過指針的偏轉(zhuǎn)程度來觀察電流的大小，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。電 A流值以“安”或“A為標(biāo)準(zhǔn)單位。1.2 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 05 A，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)

9、計(jì)，程序流程圖設(shè)計(jì)及程序清單編寫，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)通過運(yùn)算，將結(jié)果通過 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。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）3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第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 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)字電流表工作過程原理框圖如下：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

10、該過程需要將電流信號(hào)經(jīng)過集成運(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 I/O 口傳送到 89C51 中，通過處理得到電壓數(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。2.2 CPU 的選擇單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它是

11、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 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）4一種精

12、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。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EA/VPPPROGPSENRST（9 腳）

13、：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PROG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)訪問外.EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P212

14、2P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD1089C51.圖 2.2 單片機(jī) 89C51 引腳圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）5部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。在對(duì) 89C51 片內(nèi) 4KB Flash ROM 編程（固化）時(shí)，此引腳用于輸入編程脈沖。PROG（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PSEN期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效PSEN的信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN4、輸入輸出引腳 P0 口、P1 口、P2 口、P3 口P0 口（3239 腳）：P0 口為一個(gè) 8 位

15、雙向三態(tài) I/O 口。在訪問外部存儲(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（18 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Flash ROM 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（2128 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（1017 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

16、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 2.2 P3 口的第二功能口線第二功能名稱P3.0RXD串行數(shù)據(jù)接收端P3.1TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送端P3.20INT外部中斷 0 申請(qǐng)輸入端P3.31INT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P3.6WR外部 RAM 寫選通P3.7RD外部 RAM 讀選通2.3 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

17、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 64KB RAM。常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器有靜態(tài)數(shù) 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）6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)?P0 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，

18、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 8K8 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。2.4 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EA /V P31X

19、 119X 218R ESE T9R D17W R16IN T012IN T113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PS EN29A LE/P30TX D11R X D1089C51D 03Q 02D 14Q 15D 27Q 26D 38Q 39D 413Q 412D 514Q 515D 617Q 616D 718Q 719O E1LE1174LS 373A 010A 19A 28A 37A

20、 46A 55A 64A 73A 825A 924A 1021A 1123A 122C S120C S226W E27O E22D 011D 112D 213D 315D 416D 517D 618D 7196264V CC圖 2.3 89C51 與 6264 的接口電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）75V5%，即 4.755.25V。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 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

21、，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)上述過程。按鍵的時(shí)間決定復(fù)位的時(shí)間。2.5 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

22、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C20 FR 120 0R 21k R E TV CCR E SE T圖 2.4 按鍵電平復(fù)位電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）8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：2.6 CPU 最小系

23、統(tǒng)圖在經(jīng)過數(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：EA /V P31X 119X 218R ESE T9R D17W R16IN T012IN T113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PS EN29A LE/P30TX D11R XD108051D 03Q 02D 14Q 15D 27Q 26D 38Q 39D 413Q 412D 514

24、Q 515D 617Q 616D 718Q 719O E1LE1174LS 373A 010A 19A 28A 37A 46A 55A 64A 73A 825A 924A 1021A 1123A 122C S120C S226W E27O E22D 011D 112D 213D 315D 416D 517D 618D 7196264V CC1kC 1C 2振 振R ETV CCR 1200R 21kC20F圖 2.6 單片機(jī) CPU 最小系統(tǒng)接線圖C133pFC233pF振振12MH zXT AL 1XT AL 2圖 2.5 振蕩電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）9 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）10第 3

25、 章 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)3.1 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：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（0.05） ，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：iiiARVVkVRRV100101341此時(shí)的電壓與輸入電壓反相，需要反相器，故將 VAR1 通過 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

26、利于A/D 轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)處理。R510R60.05R31OR41k321411AR2A321411AR1AIiV 03.1 電流信號(hào)轉(zhuǎn)換放大電路圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）113.2 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)3.2.1 A/D 轉(zhuǎn)換器選擇結(jié)合任務(wù)書和本課設(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 是美國國家半導(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

27、，8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率為 8 位。2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100s(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)和滿刻度校準(zhǔn)。在工作過程中，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?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)門打

28、開，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)換器來說，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 128s，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 ADC08

29、09 的 EOC 端。因此可以用查詢方式，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。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）12（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。3.2.2 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 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)通過地址線

30、 P2.7 和讀寫信號(hào)來控制轉(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（IN0IN7）的地址分別為EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD1089C51D03Q02D14Q15D27Q26D

31、38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174LS373IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16ENABLE9ST ART6ref(+)12CLOCK10ADC0809VCC圖 3.2.2 電壓模擬量檢測(cè)接口電路 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）137FF8H7FFFH。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

32、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。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）14第 4 章 顯示電路及電源電路設(shè)計(jì)4.1 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 N8 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)

33、 05A 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。4.1.1 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

34、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，以造成視覺暫留效果。4.1.2 LED 顯示電路硬件連線圖 其所用電路圖如圖 4.1.2 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）15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

35、就實(shí)現(xiàn)了 LED 動(dòng)態(tài)顯示。4.2 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。1234Vin1GND2Vout3圖 4.2 電源電路圖abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED1abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED2abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED3abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLED4圖 4.1.2 LED 數(shù)字顯示電路圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）16 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）17第

36、 5 章 數(shù)字電流表軟件設(shè)計(jì)5.1 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=100R0Ii=1000.05Ii= 5Ii5oVIi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。5.2 流程圖設(shè)計(jì)5.2.1 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。

37、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：圖 5.2.1 主程序流程圖 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）18 5.2.2 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：5.2.3 單片機(jī)處理子程序流程圖設(shè)計(jì)單片機(jī)處理過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

38、 所示單片機(jī)軟件部分程序代碼為：ORG 0000H SJMP STARTORG 0080HLED1 EQU 40H LED2 EQU 41HLED3 EQU 42H LED4 EQU 43H ;存放四個(gè)數(shù)碼管的段碼接受數(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 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）19DC EQU 45H ;存放轉(zhuǎn) AD 換后的數(shù) STR BIT P3.0 OE BIT P3.1 EOC BIT P3.2 START: MOV LED1,#00H;清零 MOV LED2,#00H

39、 MOV LED3,#00H MOV LED4,#00H MOV P1,#00H MOV P2,#0F1H MOV P3,#9FH MOV R1,#00H MOV DPTR,#TABLE ;送段碼首地址到 DPTRWAIT: CLR STR SETB STR CLR STR ;產(chǎn)生下降沿啟動(dòng) AD 轉(zhuǎn)換 JNB EOC,$ ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 SETB OE ;允許輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV ADC,P0 ;存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR OE MOV A,ADC MOV R2,#00H CLR C RLC A JNC GO MOV R2,#01HGO: MOV B,#51 ;數(shù)據(jù)送顯示前的處理 DIV AB C

40、JNE R2,#01H,MEI ADD A,#05HMEI: MOV LED2,A ;測(cè)量結(jié)果送到數(shù)碼管顯示 MOV A,B MOV B,#5 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）20 DIV AB MOV LED2,A MOV LED1,B MOV A,LED3 CJNE A,#10,WU AJMP NEXTWU: AJMP NEXT1NEXT: MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#00H MOV LED4,#01HNEXT1: CJNE R1,#03H,NEXT2 LCALL DISP3 JB P3.7,WAIT LJMP KEYNEXT2: CJNE R1,#0

41、2H,NEXT3 LCALL DISP2 JB P3.7,WAIT LJMP KEYNEXT3: LCALL DISP1 JB P3.7,WAIT LJMP KEY 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）21 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）22第 6 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析6.1 系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖如圖 6.1 所示：6.2 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：

42、使用單片機(jī) 89C51 將數(shù)字量輸入進(jìn)行處理計(jì)算出電流的實(shí)際值并且轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，作為數(shù)碼管的段選碼。顯示模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)經(jīng)過計(jì)算后，將計(jì)算結(jié)果的段選碼通過 I/O 口傳輸?shù)?LED數(shù)碼管，數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描方式，分別由 8 個(gè)段選和 3 個(gè)位選控制，顯示待測(cè)電流的大小。abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLE D1abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLE D2abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLE D3abfcgdeDPY1234567abcdefg8dpdpLE D4EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16

43、INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE /P30TXD11RXD1089C51D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE1174LS373IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EOC7IN-53ADD-A25IN-64ADD-B24ADD-C23IN-75ALE22ref(-)16E