數(shù)字式直流電流表的設(shè)計

1、摘要直流數(shù)字電流表的誕生打破了傳統(tǒng)電子測量儀器的模式和格局。它顯示清晰直觀、讀數(shù)準確，采用了先進的數(shù)顯技術(shù)，大大地減少了因人為因素所造成的測量誤差事件。數(shù)字電流表是建立在數(shù)字電壓表的基礎(chǔ)上，讓電壓表與電阻串聯(lián)，其顯示的是電流，數(shù)字電壓表是把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式，并加以顯示的儀表。數(shù)字電流表把電子技術(shù)、計算技術(shù)、自動化技術(shù)的成果與精密電測量技術(shù)密切的結(jié)合在一起，成為儀器、儀表領(lǐng)域中獨立而完整的一個分支，數(shù)字電流表標志著電子儀器領(lǐng)域的一場革命，也開創(chuàng)了現(xiàn)代電子測量技術(shù)的先河。本設(shè)計采用了以單片機為開發(fā)平臺，控制系采用AT89C52單片機，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC08

2、09。系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便進行8路其它A/D轉(zhuǎn)換量的測量、遠程測量結(jié)果傳送等擴展功能。簡易數(shù)字電流測量電路由A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、顯示控制等組成。目錄第一章引言11.1引言11.2課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢11.3智能儀表目前發(fā)展狀況1第二章設(shè)計任務(wù)及可行性分析32.1系統(tǒng)設(shè)計要求32.2系統(tǒng)設(shè)計思路32.3總體結(jié)構(gòu)3數(shù)字電流表的組成3電路設(shè)計410倍放大器電路4A/D轉(zhuǎn)換電路5電橋輸入電路6測量電路6第三章元器件的選擇83.1單片機的選擇83.2A/D轉(zhuǎn)換器的選擇93.3LED顯示電路的選擇93.4所需元器件清單10第四章數(shù)字式電流表的軟件設(shè)計114.1系統(tǒng)程序設(shè)計總方案1

3、14.2系統(tǒng)子程序設(shè)計114.2.1初始化程序114.2.2A/D轉(zhuǎn)換子程序114.2.3顯示子程序124.3系統(tǒng)程序代碼13第五章數(shù)字式電流表的調(diào)試145.1軟件調(diào)試165.2顯示結(jié)果及誤差分析165.2.1顯示結(jié)果165.2.2誤差分析17第六章結(jié) 論19參考文獻20第一章 引言1.1 引言傳統(tǒng)的指針式刻度電流表功能單一，精度低，容易引起視差和視覺疲勞，因而不能滿足數(shù)字化時代的需求。采用單片機的數(shù)字電流表，將連續(xù)的模擬量如直流電壓轉(zhuǎn)化成不連續(xù)的離散的數(shù)字形式并加以顯示，從而精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC 實時通信。數(shù)字電壓表是諸多數(shù)字化儀表的核心與基礎(chǔ)。以數(shù)字電流表

4、為核心，可以擴展成各種通用數(shù)字儀表、專用數(shù)字儀表及各種非電量的數(shù)字化儀表。目前，由各種單片機和 A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電流表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量領(lǐng)域。顯示出強大的生命力。與此同時，由DVM擴展而成的各種通用及專用數(shù)字儀器儀表，也把電量及非電量測量技術(shù)提高到嶄新的水平。因此對數(shù)字電壓表作全面深入的了解是很有必要的。1.2 課題研究的現(xiàn)狀和發(fā)展情況最近的十幾年來，隨著半導體技術(shù)、集成電路 (IC)和微處理器技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)字電路和數(shù)字化測量技術(shù)也有了巨大的進步，從而促使了數(shù)字電流表的日新月異，并不斷出現(xiàn)新的類型。 數(shù)字電流表從 1952 年問世以

5、來，經(jīng)歷了不斷改進的過程，從最早采用繼電器、電子管的型式發(fā)展到了現(xiàn)在的全固態(tài)化、集成化(IC 化。另一方面，精度也從0.1%提高到了現(xiàn)在的0.01%0.005%，而且從實驗中空用的“高價樣品” 開始已發(fā)展到了現(xiàn)在為廠礦企業(yè)廣所使用的的“廉價型”，進而出現(xiàn)了能夠用于安裝板上作指示儀表的“安裝型”。 目前，數(shù)字電流表的內(nèi)部核心部件是A/D 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換的精度很大程度上影響著數(shù)字電流表的準確度，因而，以后數(shù)字電流表的發(fā)展就著眼在高精度和低成本這兩個方面。1.3 智能儀表目前發(fā)展狀況在自動化控制系統(tǒng)中，儀器儀表作為其構(gòu)成元素，它的技術(shù)進展是跟隨控制系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展的。常規(guī)的自動化儀器儀表適應常規(guī)控制系統(tǒng)

6、的要求，它們以經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論為基礎(chǔ)，以控制對象的數(shù)學模型為依據(jù)。當今，控制理論已發(fā)展到智能控制的新階段，自動化儀器儀表的智能化就成為必然和必須。本文將就自動化儀器儀表的智能化的狀況與進展，以及當今對智能儀器儀表研究、開發(fā)熱點做概要的分析與表述。作者建議人們關(guān)注自動化儀器儀表智能化技術(shù)的進展，關(guān)注儀器儀表裝置與控制系統(tǒng)技術(shù)的互動發(fā)展，這對推進我國自動化技術(shù)水平的進一步提高將是大為有益的。智能化的自動化儀器儀表應以智能控制理論為基礎(chǔ)，體現(xiàn)人的智能行為。人工智能是智能控制理論的基本組成部分之一，它以知識為基礎(chǔ)，它的目標是建造智能化的計算機系統(tǒng)，用來模擬和執(zhí)行人類的智力功能，如判斷、理解、

7、推理、識別、規(guī)劃、學習和問題求解等等，進而用自動機模仿人類的思維過程和智能行為?；谥悄芸刂评碚摶A(chǔ)的智能儀器儀表目前大致有幾方面的進展: （1）專家控制系統(tǒng)(expert control system, ECS)是典型的基于知識控制系統(tǒng)，它是一個具有大量的專門知識與經(jīng)驗的程序系統(tǒng)。它運用人工智能技術(shù)和計算機技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個或多個專家提供的知識和經(jīng)驗，進行推理和判斷，模擬人類專家的決策過程，解決那些需要人類專家才能解決好的復雜問題。專家控制器的結(jié)構(gòu)按控制要求的不同而有所不同。典型的結(jié)構(gòu)由知識庫、推理機、人機接口等組成。其中，知識的獲取、知識庫的建立是關(guān)鍵。人們已經(jīng)總結(jié)出的方法是領(lǐng)域?qū)＜液椭?/p>

8、識專家的有機結(jié)合，同時收集、歸納有經(jīng)驗的操作員方面的知識。然后把獲取的知識變成可用的規(guī)則，以期在推理過程中得到更高的命中率。專家控制已在工業(yè)控制中得到廣泛的應用。（2）模糊控制器(FC-Fuzzy Controller)，也稱模糊邏輯控制器(FLC-Fuzzy Logic Controller)。自然界的事物都具有一定的模糊性，模糊邏輯在控制領(lǐng)域中的應用產(chǎn)生了模糊控制技術(shù)。由于模糊控制技術(shù)具有處理不確定性、不精確性和模糊信息的能力，對無法建造數(shù)學模型的被控過程能進行有效的控制，能解決一些用常規(guī)控制方法不能解決的問題，因而模糊控制在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應用。模糊控制器一般由輸入標定、模糊化、

9、模糊決策、清晰化、輸出標定等幾個部分組成。其中，模糊化、模糊決策、清晰化是主要和基本的部分，“模糊化”將輸入量(精確量)變?yōu)槟：?，“模糊決策”進行模糊運算，其過程是由推理機進行預估輸出推理，得到模糊量輸出?！扒逦睂⒛：枯敵鲛D(zhuǎn)化為精確量，提供給系統(tǒng)的驅(qū)動器定標后使用。當前，模糊控制技術(shù)在工業(yè)控制中得到廣泛的應用，尤其在不確定性過程、難于建模的場合發(fā)揮了模糊控制技術(shù)的長處。模糊控制器在家電和其它行業(yè)同樣得到了廣泛的應用。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)控制系統(tǒng)中的應用提高了系統(tǒng)的信息處理能力，提高了系統(tǒng)的智能水平。所謂神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，簡稱神經(jīng)控制，它是指采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這一技術(shù)對復雜的非線性對象進行建模，或

10、擔當控制器，或優(yōu)化計算，或進行推理，或故障診斷等工作。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的并行結(jié)構(gòu)和并行實現(xiàn)能力，具有對任意非線性關(guān)系的描述能力，具有通過訓練學習歸納全部數(shù)據(jù)能力，使得它在控制系統(tǒng)中被廣泛靈活地應用。數(shù)字電流表，作為智能儀表的一種，它是采用數(shù)字化測量技術(shù)，把連續(xù)的模擬量（直流輸入電壓）轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、離散的數(shù)字形式并加以顯示的儀表。傳統(tǒng)的指針式電壓表功能單一、精度低，不能滿足數(shù)字化時代的需求，采用單片機的數(shù)字電流表，由精度高、抗干擾能力強，可擴展性強、集成方便，還可與PC進行實時通信。目前，由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電流表，已被廣泛用于電子及電工測量、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能

11、化測量領(lǐng)域，示出強大的生命力。 第二章 設(shè)計任務(wù)及可行性分析2.1 系統(tǒng)設(shè)計要求1、可以測量0-5V的8路輸入電壓值；2、測量結(jié)果可在四位LED數(shù)碼管上輪流顯示后單路選擇顯示；3、測量最小分辨率為0.019A；4、測量誤差約為+0.0AV。2.2 系統(tǒng)設(shè)計思路1、 根據(jù)設(shè)計要求，選擇AT89S51單片機作為核心控制器件。 2、 A/D 轉(zhuǎn)換采用ADC0809 實現(xiàn)。與單片機的接口為 P0 口和 P2 的高四位引腳。 3、 電壓顯示采用4 位一體的LED 數(shù)碼管。 4、 LED 數(shù)碼管的段碼輸入，由并行端口 P1 產(chǎn)生；位碼輸入，由并行端口 P3 低三位產(chǎn)生。主控模塊顯示模塊A/D轉(zhuǎn)換模塊圖2.

12、1設(shè)計思路框圖2.3 總體結(jié)構(gòu) 數(shù)字電流表的組成 圖2.2 數(shù)字電流表的組成框圖 數(shù)字直流電流表的核心是A/D轉(zhuǎn)換器。按系統(tǒng)功能實現(xiàn)要求，決定控制系統(tǒng)采用AT89C51單片機，A/D轉(zhuǎn)換采用ADC0809。系統(tǒng)除能確保實現(xiàn)要求的功能外，還可以方便地進行8路其他A/D轉(zhuǎn)換量的測量和遠程測量結(jié)果傳送等擴展功能。數(shù)字電流表系統(tǒng)設(shè)計方案框圖如圖2.3所示。AT89C51 P0P2P1 P3ADC08094位LED顯示上電復位串口通信電源電路 圖2.3 數(shù)字電流表系統(tǒng)設(shè)計方案框圖 電路設(shè)計1、IO口資源分配 P3口連接ADC0804的8位數(shù)據(jù)口； P1.4連接ADC0804的2、3引腳，進行數(shù)據(jù)讀取控制

13、； P0口連接LED數(shù)碼管段碼A-H； P2、0-P2、2連接LED數(shù)碼管的位選驅(qū)動； P1.0,P1.1連接按鍵,P1.2連接LED指示燈； 10倍放大器電路下圖是一個最簡單的10倍放大電路，運算放大器使用的是精度比較高的OP07，利用它，可以把0200mV的電壓放大到02.000V。在使用的數(shù)字電流表量程為2.000A時，特別有用。如果把它應用在基本量程為±200.0mA的數(shù)字電流表上，就相當于把分辨力提高了10倍，在一些測量領(lǐng)域中，傳感器的信號往往覺得太小了，這時，可以考慮在數(shù)字流表前面加上這種放大器來提高分辨力。 圖2.4倍放大器電路 A/D轉(zhuǎn)換電路在電流或者電壓的測量中，經(jīng)

14、常遇見測量的并不是直流而是交流，這時候，絕對不可以把交流信號直接輸入到數(shù)字電流表去，必須先把被測的交流信號變成直流信號后，才可以送入數(shù)字電流表進行測量。下圖就是一個把交流信號轉(zhuǎn)換成為直流信號的參考電路。（說明：更好的交流轉(zhuǎn)換成為直流的電路是一種“真有效值”轉(zhuǎn)換電路，但是由于其專用芯片價格昂貴，多應用在一些高檔場合。）本電路中，輸入的是0200.0mV的交流信號，輸出的是0200.0mV的直流信號，從信號幅度來看，并不要求電路進行任何放大，但是，正是電路本身具有的放大作用，才保證了其幾乎沒有損失地進行ACDC的信號轉(zhuǎn)換。因此，這里使用的是低功耗的高阻輸入運算放大器，其不靈敏區(qū)僅僅只有2mA左右，

15、在普通數(shù)字萬用表中大量使用，電路大同小異。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位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 圖2.5 AC-DC轉(zhuǎn)換電路 電橋輸入電路在溫度測量和其他物理及化學量的測量中，經(jīng)常會出現(xiàn)“零點”的時候信號不是零的情況，這時候，下面的“電橋輸入”電路就被優(yōu)先采用了?？梢愿鶕?jù)被測信

16、號的特點，用傳感器替換電橋回路中的某一個電阻元件。數(shù)字電壓表的兩個輸入端也不再有接地點，作為一種典型的“差分”輸入來使用了。圖2.6 電橋輸入（差分輸入，比例輸入）電路 測量電路電橋輸入電路的變種還可以延伸到下面的電路，這是一個把420mA電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字顯示的電路。它的零點就是4mA而不是0mA。當輸入零點電流為4mA的時候，利用IN-上面建立起來的電壓，抵消掉IN+由于4mA出現(xiàn)的無用信號，使得數(shù)字電壓表差分輸入0,就實現(xiàn)了4mA輸入時顯示為0的要求。隨著信號的繼續(xù)增大，例如到了20mA，對數(shù)字電流表來說，相當于差分輸入電流為20-4=16mA，這個16mA在62.5R電阻上的壓降，就是數(shù)字

17、電流表的最大輸入信號。這時候，把數(shù)字電流表的基準電壓調(diào)整到與16*62.51000mV相等，顯示就是1000個字。 圖2.7 測量電路簡易數(shù)字電流表測量電路由A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。A/D轉(zhuǎn)換有集成電路ADC0809完成。ADC0809具有8路模擬輸入端口，地址線(第23-25腳)可決定對哪一路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換。第22腳位地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。第6腳位測試控制，當輸入一個2 寬高電平脈沖時，就開始A/D轉(zhuǎn)換。第7腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標志，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，第7腳輸出高電平。第9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端

18、口輸出。第10腳為ADC0809的時鐘輸入端，利用單片機第30腳嘚分頻晶振頻率，再通過14024二分頻得到1MHz時鐘。單片機的P1、P3.0-P3.3端口作為4位LED數(shù)碼管顯示控制。P3.5端口用作單路顯示/循環(huán)顯示轉(zhuǎn)換按鈕。P3.6端口用作單路顯示時選擇顯示的通道。P0端口用作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入，P2端口用作ADC0809的A/D轉(zhuǎn)換控制。第三章 元器件的選擇3.1 單片機的選擇20世紀80年代以來，單片機的發(fā)展非常迅速，就通用單片機而言，世界上一些著名的計算機廠家已投放市場的產(chǎn)品就有50多個系列，數(shù)百個品種。目前世界上較為著名的8位單片機的生產(chǎn)廠家和主要機型如下：美國Intel公司：M

19、CS51系列及其增強型系列美國Motorola公司：6801系列和6805系列美國Atmel公司：89C52等單片機美國Zilog公司：Z8系列及SUPER8美國Fairchild公司：F8系列和3870系列美國Rockwell公司：6500/1系列美國TI（德克薩司儀器儀表）公司：TMS7000系列NS（美國國家半導體）公司：NS8070系列 等等。盡管單片機的品種很多，但是在我國使用最多的還是Intel公司的MCS51系列單片機和美國Atmel公司的89C52單片機MCS51系列單片機包括三個基本型8031、8051、87518031內(nèi)部包括一個8位CPU、128個字節(jié)RAM，21個特殊功

20、能寄存器（SFR）、4個8位并行I/O口、1個全雙工串行口、2個16位定時器/計數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴EPROM芯片。比較麻煩，不予采用8051是在8031的基礎(chǔ)上，片內(nèi)集成有4K ROM，作為程序存儲器，是一個程序不超過4K字節(jié)的小系統(tǒng)。ROM內(nèi)的程序是公司制作芯片時，代為用戶燒制的，出廠的8051都是含有特殊用途的單片機。所以8051適合與應用在程序已定，且批量大的單片機產(chǎn)品中。也不予采用。8751是在8031基礎(chǔ)上，增加了4K字節(jié)的EPROM，它構(gòu)成了一個程序小于4KB的小系統(tǒng)。用戶可以將程序固化在EPROM中，可以反復修改程序。但其價格相對8031較貴。8031外擴一片4KB

21、 EPROM的就相當于8751，它的最大優(yōu)點是價格低。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，能裝入片內(nèi)的外圍接口電路也可以是大規(guī)模的。也不予采用。 AT89S51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能CMOS 8位單片機。AT89S51片內(nèi)含有4k字節(jié)Flash閃速存儲器，128字節(jié)內(nèi)部 RAM，32個I/O 口線，看門狗(WDT)，兩個數(shù)據(jù)指針，兩個16 位定時/計數(shù)器,一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時,S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許 RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作

22、。掉電方式保存 RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。因此我選擇AT89S51為系統(tǒng)的控制器。3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇A/D轉(zhuǎn)換器大致分有三類：一是雙積分A/D轉(zhuǎn)換器，二是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，三是并行A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分A/D轉(zhuǎn)換器通過兩次積分將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成時間或頻率，然后由定時器/計數(shù)器獲得數(shù)字值。它的優(yōu)點是分辨率高，抗干擾性好，價格便宜，但轉(zhuǎn)換速率低。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是將采樣輸入信號與給

23、定電壓不斷地進行比較，從逐次逼近寄存器的最高位開始，順序地對寄存器的每一位將輸入電壓與內(nèi)置D/A轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，一個時鐘周期完成1位轉(zhuǎn)換，進過n次比較而得到數(shù)字值。它的優(yōu)點是精度、速度、價格適中、不存在延遲問題。適合于中速率而分辨率較高的場合。并行A/D轉(zhuǎn)換器是內(nèi)部有多個比較器，只需要作一次比較就可完成轉(zhuǎn)換。優(yōu)點是它是所有A/D轉(zhuǎn)換器中速度最快的，但價格也昂貴，分辨率卻不是很高。在轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速率、以及經(jīng)濟上的考慮，該系統(tǒng)決定選用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的ADC0809型。ADC0809是典型的8位MOS型8通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，每采集一次一般需100s。輸入數(shù)字電流輸入電流 電流比

24、較器順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器 DAC圖3.1 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理圖3.3 LED顯示電路的選擇LED顯示器是由N個LED顯示塊拼接成N位LED顯示器。N個LED顯示塊有N跟位選線，根據(jù)顯示方式的不同，位選線和段選線的連接方法也各不相同，段選線控制顯示字符的字型，而位選線為各個LED顯示塊的公共端，它控制該LED顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種顯示方式。（1）LED靜態(tài)顯示方式：LED顯示器工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或+5V）；每位的段選線（adp）分別與一個8位的鎖存器輸出相連。所以稱為靜態(tài)顯示。各個LED的顯示字符一經(jīng)確定，

25、相應鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一個字符為止。也正因此如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易。付出的代價是占用口線較多，若用I/O接口，則要占用4個8位I/O口，若用鎖存器接口，則要用4片74LS373芯片。如果顯示器位數(shù)增多，則靜態(tài)顯示方式更是無法適應，因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。（2）LED動態(tài)顯示方式：在多位LED顯示時，為了簡化硬件電路，通常將所有位的段選線相應的并聯(lián)在一起，有一個8位I/O口控制，形成段選線的多路復用。而各位的共陽極或共陰極分別由相應的I/O線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。其中段選線占用一個8位I/O口，而位選線占用一個4位I

26、/O口。由于各位的段選線并聯(lián)，段碼的輸出對各位來說都是相同的，因此，同一時刻，如果各位位選線都處于選通狀態(tài)的話，4位LED將顯示相同的字符。若要各位LED能夠顯示出與本位相應的顯示字符，就必須采用掃描顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位選線狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時，段選線上輸出相應位要顯示字節(jié)的段碼。在確定LED不同位顯示的時間間隔，不能太短，因為發(fā)光二極管從導通到發(fā)光有一定的延時，導通時間太短，發(fā)光太弱人眼無法看清。但也不能太長，因為畢竟要受限于臨界閃爍頻率，而且此時間越長，占用CPU時間也越多，另外，顯示位增多，也將占用大量的CPU時間，因此動態(tài)顯示實質(zhì)是一犧牲CPU時

27、間來換取元件的減少。所以，由于本系統(tǒng)涉及到4位顯示輸出，采用LED動態(tài)掃描顯示方式。3.4 所需元器件清單器件類型器件名數(shù)值數(shù)量單片機AT89S511A/D轉(zhuǎn)換器ADC08091數(shù)碼管TSEG-MP*4-CC-BLUE1開關(guān)按鍵開關(guān)1電容C1、C233uF2電解電容C310uF1電阻R11K2排阻RP12001變阻器RV11K1晶振X11MHz1第四章 數(shù)字式電流表的軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)程序設(shè)計總方案根據(jù)模塊的劃分原則，將該程序劃分初始化模塊，A/D轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序，這三個程序模塊構(gòu)成了整個系統(tǒng)軟件的主程序，如圖4.1所示。開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序結(jié)束圖4.1 數(shù)字式

28、直流電流表主程序框圖4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計 初始化程序所謂初始化，是對將要用到的MCS_51系列單片機內(nèi)部部件或擴展芯片進行初始工作狀態(tài)設(shè)定，初始化子程序的主要工作是設(shè)置定時器的工作模式，初值預置，開中斷和打開定時器等。4.2.2 A/D轉(zhuǎn)換子程序A/D轉(zhuǎn)換子程序用來控制對輸入的模塊電流信號的采集測量，并將對應的數(shù)值存入相應的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖4.2所示。開始啟動轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)值轉(zhuǎn)換顯示結(jié)束圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換流程圖 顯示子程序顯示子程序采用動態(tài)掃描實現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示，在采用動態(tài)掃描顯示方式時，要使得LED顯示的比較均勻，又有足夠的亮度，需要設(shè)置適當?shù)膾呙桀l率

29、，當掃描頻率在70HZ左右時，能夠產(chǎn)生比較好的顯示效果，一般可以采用間隔10ms對LED進行動態(tài)掃描一次，每一位LED的顯示時間為1ms。在本設(shè)計中，為了簡化硬件設(shè)計，主要采用軟件定時的方式，即用定時器0溢出中斷功能實現(xiàn)11s定時，通過軟件延時程序來實現(xiàn)5ms的延時。其轉(zhuǎn)換流程圖如圖4.3所示。動態(tài)顯示子程序 選擇通道顯示緩沖區(qū)首地址送R0指向右邊第一位取出要顯示的數(shù)據(jù)查等顯示數(shù)據(jù)的顯示碼送7段碼到P1口IS延時處理4位顯示完成？返回計算下一位位選碼修改顯示緩沖區(qū)地址N圖4.2 顯示子程序流程圖4.3 系統(tǒng)程序代碼根據(jù)數(shù)字式電壓表的設(shè)計電路圖及系統(tǒng)軟件流程圖所需系統(tǒng)軟件的主程序代碼:LED_0

30、 EQU 30H ;/百分位顯示存儲LED_1 EQU 31H ;/十分位顯示存儲LED_2 EQU 32H ;/個位顯示存儲 ADC EQU 35H CLOCK BIT P2.4 ST BIT P2.5EOC BIT P2.6OE BIT P2.7 ORG 00H SJMP MAIN ORG 0BH LJMP INT_T0 MAIN: MOV LED_0, #00H ;/初始化 MOV P2, #0FFH MOV LED_1, #00H MOV LED_2, #00H MOV DPTR, #TABLE MOV TMOD, #02H ;/定時器T0 定時器工作模式，工作在方式1 MOV TH0

31、,#245 ;/裝入計數(shù)初值 MOV TL0,#00H MOV IE, #82H SETB TR0 ;/置位定時器T0溢出中斷請求標志位HERE: CLR ST SETB ST CLR ST JNB EOC, $ ;/判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 SETB OE ;/允許輸出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 MOV ADC, P1 ;/轉(zhuǎn)換的數(shù)字量存入ADC即35H中 CLR OE MOV A, ADC MOV B, #51 DIV AB MOV LED_2, A MOV A, B MOV B, #5 DIV AB MOV LED_1, A MOV LED_0, B LCALL DISP SJMP HEREINT_T0: C

32、PL CLOCK ;/提供時鐘 RETIDISP: MOV A, LED_0 ;/顯示程序 MOVC A, A+DPTR CLR P2.3 MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.3 MOV A, LED_1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.2 MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.2 MOV A, LED_2 MOVC A, A+DPTR CLR P2.1 ORL A, #80H MOV P0, A LCALL DELAY SETB P2.1 RETDELAY: MOV R6, #10 ;/50ms延時D1: MOV R7, #250 DJ

33、NZ R7, $ DJNZ R6, D1 RETTABLE: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H ;/數(shù)碼管顯示共陰極段碼 DB 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH END第五章 數(shù)字式電流表的調(diào)試5.1 軟件調(diào)試軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的。Proteus軟件可以對基于微控制器的設(shè)計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設(shè)模型來對設(shè)計進行交互仿真。Proteus支持的微處理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z8

34、0等等。Proteus可以完成單片機系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB設(shè)計，更為顯著點的特點是可以與u Visions3 IDE工具軟件結(jié)合進行編程仿真調(diào)試。本系統(tǒng)的調(diào)試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用Keil軟件將程序?qū)懭雴纹瑱C。5.2 顯示結(jié)果及誤差分析 顯示結(jié)果1.當IN0口輸入電壓值為0A時，顯示結(jié)果如圖5.1所示，測量誤差為0A。 圖5.1 輸入電流為0V時，LED的顯示結(jié)果2. 當IN0輸入電流值為1.50A時，顯示結(jié)果如圖5.2所示。測量誤差為0.01A。圖5.2 輸入電流為1.50V時，LED的顯示結(jié)果3. 當IN0口輸入電流值為3.50A時，顯示結(jié)果如圖5.3。測量誤差為0.01A。 圖5.3 輸入電流為3.50A時，LED的顯示結(jié)果誤差分析通過以上仿真測量結(jié)果可得到簡易數(shù)字電壓表與“標準”數(shù)字電壓表對比測試表，如下表5.1所示：表5.1 簡易數(shù)字電流表與“標準”數(shù)字電流表對比測試表標準電流值/A簡易電流表測量值/A絕對誤差/A0.000.000.000.500.510.011.001.000.001.501.510.012.002.000.002.502.500.003.003.000.003.50