霍爾電流表課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 霍爾電流表課程設(shè)計 摘要 本文介紹了一種基于單片機的霍爾電流表的設(shè)計。該設(shè)計主要由四個模塊組成：霍爾電流感器模塊，A/D轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)處理模塊及顯示模塊。傳感器模塊ACS712采集信號，A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片ADC0808來完成，它負(fù)責(zé)把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量在傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片AT89C52來完成，其負(fù)責(zé)把ADC0808傳送來的數(shù)字量經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應(yīng)的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；此外,它還控制著ADC0808芯片工作。該系統(tǒng)的霍爾電流表比較簡單，所用的元件較少，成本低，且測量精度和可靠性較高。此霍爾電流表可以測量+20A的1路

2、模擬電流值，并通過一個四位一體的7段數(shù)碼管顯示出來。 目 錄1 3.6 總電路160專心-專注-專業(yè) 1.引言傳感器作為自動化儀器的觸角擔(dān)負(fù)著采集信息的重要任務(wù)，其中霍爾傳感器以它的體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點在自動化生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。從原理上講霍爾傳感器能夠測量與磁場、電場相關(guān)的物理量或能轉(zhuǎn)換成這些參數(shù)的物理量，比如電流。在工業(yè)、汽車、商業(yè)和通信系統(tǒng)中，為了確保設(shè)備安全和人身安全，經(jīng)常需要對設(shè)備的某些關(guān)鍵節(jié)點進行電流檢測。新型線性電流傳感器ACS712能有效克服傳統(tǒng)檢測方法存在的缺點，為工業(yè)、汽車、商業(yè)和通 信系統(tǒng)中的交流或直流電流感測提供經(jīng)濟 實惠的精密解決方案。 2.系統(tǒng)設(shè)計框圖 系統(tǒng)主

3、要有數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示部分。 四位數(shù)碼管顯示AT89C52單片機處理數(shù)據(jù)ADC0808模數(shù)模塊霍爾傳感器ACS712采集信號 3.硬件電路設(shè)計3.1 霍爾傳感器部分霍爾傳感器屬于整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分，它將待測的電流量或者磁場場強轉(zhuǎn)化為電壓量。 3.1.1霍爾傳感器的檢測原理 3.1.1.1 霍爾效應(yīng) 一個N型半導(dǎo)體薄片，長度為L，寬度為a，厚度為d，在垂直于該半導(dǎo)體薄片平面的方向上施加磁感應(yīng)強度為B的磁場，若在其長度方向上通以電流I，根據(jù)N型半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理，自由電子沿著與電流I相反的方向運動。在磁場中自由電子由于受洛倫茲力FL的作用，正負(fù)電荷將分別沿垂直于磁場和電流的方向向?qū)w兩

4、端移動，并聚集在導(dǎo)體兩端形成一個穩(wěn)定的電動勢UH ，這就是霍爾電動勢，或稱之為霍爾電壓。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。 霍爾電壓的大小 ： UH = KHIB 式中：KH 為霍爾元件的霍爾常數(shù) I為流經(jīng)霍爾元件的電流 B 為施加的磁感應(yīng)強度 3.1.1.2霍爾傳感器的工作原理 由霍爾電壓的公式可知：對于一個成型的霍爾傳感器來說，霍爾常數(shù)KH是一個固定的常數(shù)，因而UH與BI成正比例關(guān)系，只要通過測量電路測出霍爾電動勢的大小，在B和I兩個參數(shù)中，如果一個參數(shù)已知，就可以求出另一個參數(shù)，因而任何可以轉(zhuǎn)換成電流或磁場強度的未知量均可利用霍爾元件來測量。轉(zhuǎn)換成B和的乘積的未知量也可以進行測量。 3.1.2 AC

5、S712型集成霍爾傳感器 ACS712內(nèi)置有精確的低偏置的線性霍爾傳感器電路，能輸出與檢測的交流或直流電流成比例的電壓。具有低噪聲，響應(yīng)時間快(對應(yīng)步進輸入電流，輸出上升時間為5us)，50KHz的帶寬，總輸出誤差最大為4，高輸出靈敏度(100 mVA185 mVA)，使用方便、性價比高、絕緣電壓高等特點，主要應(yīng)用于電動機控制、載荷檢測和管理、開關(guān)式電源和 過電流故障保護等，特別是那些要求電氣絕緣卻未使用光電絕緣器或其它昂貴絕緣技術(shù)的應(yīng)用中。 ACS712采用小型的SOIC 8封裝，其引腳分布如圖1所示，采用單電源5V供 電。各引腳的功能介紹如圖2所示。其中，引腳1和2、3和4均內(nèi)置有保險，為

6、待測 電流的兩個輸入端，當(dāng)檢測直流電流時，l 和2、3和4分別為待測電流的輸入端和輸出端。 引腳功能圖 該器件主要由靠近芯片表面的銅制的電流通路和精確的低偏置線性霍爾傳感器電路等組成。被測電流流經(jīng)的通路(引腳l 和2，3和4之間的電路)的內(nèi)電阻通常 是1.2m，具有較低的功耗。被測電流通路與傳感器引腳(引腳58)的絕緣電壓>2.1kVRMS，幾乎是絕緣的。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場，能夠被片內(nèi)的霍爾IC感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為成比例的電壓。通過將磁性信號盡量靠近霍爾傳感器來實現(xiàn)器件精確度的最優(yōu)化。精確的成比例的輸出電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置 BiCMOS霍爾集成電路提供，該集成電路在出廠時已

7、進行了精確的編程。穩(wěn)定斬波技術(shù)是一種新技術(shù)，它給片內(nèi)的霍爾元器件和放大器提供最小的偏置電壓，該技術(shù)幾乎可以消除芯片由于溫度所產(chǎn)生的輸出漂移。 ACS712內(nèi)含一個電阻RF(INT)和一個緩沖放大器，用戶可以通過FITER引 腳(第6腳)外接一個容CF與RF(INT) 組成一個簡單的外接RC低通濾波器，由于內(nèi)部緩沖放大器能消除因芯片內(nèi)部電阻和接口負(fù)載分壓所造成的輸出衰減，所以外接的RC低通濾波器不會影響信號的衰減，且可進一步降低輸出噪音并改善低電流精確度。此外，ACS712的響應(yīng)時間比一般的器件縮短了兩倍以上，非常適合保護及高速應(yīng)用。 3.1.3電路原理圖 霍爾傳感器將Ip+和Ip-用排針引出用

8、以接待測電流，在FILTER引腳與GND之間接一電容與其片內(nèi)電阻構(gòu)成低通濾波器。在芯片的線性范圍內(nèi)，Ip+與Ip-間加直流或交流電流時，VIOUT輸出正比于輸入電流的霍爾電壓。將得到的霍爾電壓接到單片機的AD口，由單片機進行數(shù)據(jù)的處理。 3.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊現(xiàn)實世界的物理量都是模擬量，能把模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器），A/D轉(zhuǎn)換器是單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵接口電路，按照各種A/D芯片的轉(zhuǎn)化原理可分為逐次逼近型，雙重積分型等等。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強、轉(zhuǎn)換精度高、價格便宜等優(yōu)點。與雙積分相比，逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換速度更快，而且精度更高，比如ADC

9、0809、ADC0808等，它們通常具有8路模擬選通開關(guān)及地址譯碼、鎖存電路等，它們可以與單片機系統(tǒng)連接，將數(shù)字量送到單片機進行分析和顯示。一個n位的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器只需要比較n次，轉(zhuǎn)換時間只取決于位數(shù)和時鐘周期，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，因而在實際中廣泛使用1。3.2.1 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲器及控制電路組成。它利用內(nèi)部的寄存器從高位到低位一次開始逐位試探比較。轉(zhuǎn)換過程如下：開始時，寄存器各位清零，轉(zhuǎn)換時，先將最高位置1，把數(shù)據(jù)送入A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果與輸入的模擬量比較，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量小，則1保

10、留，如果轉(zhuǎn)換的模擬量比輸入的模擬量大，則1不保留，然后從第二位依次重復(fù)上述過程直至最低位，最后寄存器中的內(nèi)容就是輸入模擬量對應(yīng)的二進制數(shù)字量5。其原理框圖如圖2所示：順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器ADC電壓比較器輸入電壓輸入數(shù)字量圖2 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖3.2.2 ADC0808 主要特性ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，帶有使能控制端，與微機直接接口，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬多路開關(guān)，可以對8路0-5V輸入模擬電壓信號分時進行轉(zhuǎn)換，由于ADC0808設(shè)計時考慮到若干種模/數(shù)變換技術(shù)的長處，所以該芯片非常適應(yīng)于過程控制，微控制器輸入通道的接口電路，智能儀器和機床控

11、制等領(lǐng)域5。ADC0808主要特性:8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位；具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)；易與各種微控制器接口；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容；轉(zhuǎn)換時間：128s；轉(zhuǎn)換精度：0.2%；單個+5V電源供電；模擬輸入電壓范圍0- +5V，無需外部零點和滿度調(diào)整；低功耗，約15mW6。 ADC0808的外部引腳特征 ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，其引腳圖如圖3所示。圖3 ADC0808引腳圖下面說明各個引腳功能:IN0-IN7（8條）：8路模擬量輸入線，用于輸入和控制被轉(zhuǎn)換的模擬電壓。地址輸入控制（4條）：ALE:地址鎖存允許輸入線，高電平有效，當(dāng)ALE為高電平時，

12、為地址輸入線，用于選擇IN0-IN7上那一條模擬電壓送給比較器進行A/D轉(zhuǎn)換。ADDA,ADDB,ADDC:3位地址輸入線，用于選擇8路模擬輸入中的一路，其對應(yīng)關(guān)系如表1所示： 表1 ADC0808通道選擇表地址碼 對應(yīng)的輸入通道 C B A 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START：START為“啟動脈沖”輸入法，該線上正脈沖由CPU送來，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿清零SAR,下降沿啟動ADC工作。EOC: EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線，該線上高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)

13、束，數(shù)字量已鎖入三態(tài)輸出鎖存器。D1-D8：數(shù)字量輸出端，D1為高位。OE：OE為輸出允許端，高電平能使D1-D8引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。REF+、REF-:參考電壓輸入量，給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。Vcc、GND: Vcc為主電源輸入端，GND為接地端，一般REF+與Vcc連接在一起，REF-與GND連接在一起. CLK:時鐘輸入端。3.2.3 ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作流程ADC0808由8路模擬通道選擇開關(guān)，地址鎖存與譯碼器，比較器，8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時和控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 ADC0808的內(nèi)部結(jié)構(gòu)其中：（1）8

14、路模擬通道選擇開關(guān)實現(xiàn)從8路輸入模擬量中選擇一路送給后面的比較器進行比較。（2）地址鎖存與譯碼器用于當(dāng)ALE信號有效時，鎖存從ADDA、ADDB、ADDC 3根地址線上送來的3位地址，譯碼后產(chǎn)生通道選擇信號，從8路模擬通道中選擇當(dāng)前模擬通道。（3）比較器，8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器，逐次逼近型寄存器，定時和控制電路組成8位A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)START信號有效時，就開始對當(dāng)前通道的模擬信號進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成后，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量送到8位三態(tài)鎖存器，同時通過引腳送出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。（4）三態(tài)輸出鎖存器保存當(dāng)前模擬通道轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量，當(dāng)OE信號有效時，把轉(zhuǎn)換的結(jié)果送出。ADC0808的工作流程為：（1）

15、輸入3位地址，并使ALE=1,將地址存入地址鎖存器中，經(jīng)地址譯碼器從8路模擬通道中選通1路模擬量送給比較器。（2）送START一高脈沖，START的上升沿使逐次寄存器復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，并使EOC信號為低電平。（3）當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，轉(zhuǎn)換的結(jié)果送入到輸出三態(tài)鎖存器中，并使EOC信號回到高電平，通知CPU已轉(zhuǎn)換結(jié)束。（4）當(dāng)CPU執(zhí)行一讀數(shù)據(jù)指令時，使OE為高電平，則從輸出端D0-D7讀出數(shù)據(jù)。3.3 單片機部分3.3.1 AT89C51性能AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含有4KB的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器和128字節(jié)的隨機存儲器。該器件采用

16、ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，它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。AT89C51功能性能:與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲器；壽命：1000次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時間：10年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128*8B內(nèi)部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；片內(nèi)震蕩器和掉電模式6。 3.3.2 AT89C51各引腳功能AT8

17、9C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B內(nèi)部RAM，32個I/O口線，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)震蕩器及時鐘電路，同時，AT89C51可降至0Hz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，掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復(fù)位。AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配置如圖5所示7。 圖5 AT89C51的引腳圖AT89C51芯片的各引腳功能為：P0口：這組引腳共有8條，P0.0為最低位。這

18、8個引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲器，P0口可以為通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲器，P0.0-P0.7在CPU訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部用電阻上拉。P1口：這8個引腳和P0口的8個引腳類似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當(dāng)P1口作為通用I/O口使用時，P1.0-P1.7的

19、功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P3口：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全相同，如下表2所示：表2 P3口各位的第二功能P3口各位第二功能P3.0 RXT（串行口輸入）P3.1 TXD（串行口輸出）P3.2/INT0（外部中斷0輸入）P3.3/INT1(外部中斷1輸入)P3.4T0（定時器/計數(shù)

20、器0的外部輸入）P3.5T1（定時器/計數(shù)器1的外部輸入）P3.6/WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫允許） P3.7/RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀允許）Vcc為+5V電源線，Vss接地。ALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在訪問外部存儲器時，89C51的CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，89C51自動在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。/EA:片外存儲器訪問選擇線，可以控制89C51使用片內(nèi)ROM或使用片外ROM,若/EA=1，則允許使用片內(nèi)ROM, 若/EA=0，則只使用片外RO

21、M。/PSEN：片外ROM的選通線，在訪問片外ROM時，89C51自動在/PSEN線上產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號。RST：復(fù)位線，可以使89C51處于復(fù)位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復(fù)位有自動上電復(fù)位和人工按鍵復(fù)位兩種。XTAL1和XTAL2：片內(nèi)震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接89C51片內(nèi)OSC(震蕩器)的定時反饋回路。3.4 復(fù)位電路和時鐘電路3.4.1 復(fù)位電路設(shè)計單片機在啟動運行時都需要復(fù)位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51單片機有一個復(fù)位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。

22、當(dāng)震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平即可確保時器件復(fù)位1。復(fù)位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就一直處于復(fù)位狀態(tài)，只要RST恢復(fù)低電平后，單片機才能進入其他工作狀態(tài)。單片機的復(fù)位方式有上電自動復(fù)位和手動復(fù)位兩種，圖6是51系列單片機統(tǒng)常用的上電復(fù)位和手動復(fù)位組合電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好的工作1。 圖6 復(fù)位電路3.4.2 時鐘電路設(shè)計單片機中CPU每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴(yán)格按時間節(jié)拍進行，而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發(fā)出的。CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應(yīng)時間順序稱為單片機的時序。MCS-51單

23、片機芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路1。 本設(shè)計系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，利用單片機內(nèi)部的高增益反相放大器，外部電路簡，只需要一個晶振和 2個電容即可，如圖7所示。圖7 時鐘電路電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中，電容器C1和C2對震蕩頻率有微調(diào)作用，通常的取值范圍是30±10pF，在這個系統(tǒng)中選擇了33pF；石英晶振選擇范圍最高可選24MHz，它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時鐘信號的震蕩頻率為12

24、MHz。3.5 LED顯示系統(tǒng)設(shè)計3.5.1 LED基本結(jié)構(gòu)LED是發(fā)光二極管顯示器的縮寫。LED由于結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、與單片機接口方便等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。LED顯示器是由若干個發(fā)光二極管組成顯示字段的顯示器件6。在單片機中使用最多的是七段數(shù)碼顯示器。LED七段數(shù)碼顯示器由8個發(fā)光二極管組成顯示字段，其中7個長條形的發(fā)光二極管排列成“日”字形，另一個圓點形的發(fā)光二極管在顯示器的右下角作為顯示小數(shù)點用，其通過不同的組合可用來顯示各種數(shù)字。LED引腳排列如下圖8所示:圖8 LED引腳排列3.5.2 LED顯示器的選擇在應(yīng)用系統(tǒng)中，設(shè)計要求不同，使用的LED顯示器的位數(shù)也不同，因此就生產(chǎn)了位數(shù)，

25、尺寸，型號不同的LED顯示器供選擇，在本設(shè)計中，選擇4位一體的數(shù)碼型LED顯示器，簡稱“4-LED”。本系統(tǒng)中前一位顯示電壓的整數(shù)位，即個位，后兩位顯示電壓的小數(shù)位。4-LED顯示器引腳如圖9所示，是一個共陰極接法的4位LED數(shù)碼顯示管，其中a，b，c，e，f，g為4位LED各段的公共輸出端，1、2、3、4分別是每一位的位數(shù)選端，dp是小數(shù)點引出端，4位一體LED數(shù)碼顯示管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由4個單獨的LED組成，每個LED的段輸出引腳在內(nèi)部都并聯(lián)后，引出到器件的外部。圖9 4位LED引腳對于這種結(jié)構(gòu)的LED顯示器，它的體積和結(jié)構(gòu)都符合設(shè)計要求，由于4位LED陰極的各段已經(jīng)在內(nèi)部連接在一起，所以必須

26、使用動態(tài)掃描方式（將所有數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，用一個I/O接口控制）顯示。3.5.3 LED譯碼方式譯碼方式是指由顯示字符轉(zhuǎn)換得到對應(yīng)的字段碼的方式，對于LED數(shù)碼管顯示器，通常的譯碼方式有硬件譯碼和軟件譯碼方式兩種。硬件譯碼是指利用專門的硬件電路來實現(xiàn)顯示字符碼的轉(zhuǎn)換。軟件譯碼就是編寫軟件譯碼程序，通過譯碼程序來得到要顯示的字符的字段碼，譯碼程序通常為查表程序3。本設(shè)計系統(tǒng)中為了簡化硬件線路設(shè)計，LED譯碼采用軟件編程來實現(xiàn)。由于本設(shè)計采用的是共陰極LED，其對應(yīng)的字符和字段碼如下表3.3所示。表3.3 共陰極字段碼表顯示字符共陰極字段碼03FH106H25BH34FH466H56DH6

27、7DH707H87FH96FH3.5.4 LED顯示器與單片機接口設(shè)計由于單片機的并行口不能直接驅(qū)動LED顯示器，所以，在一般情況下，必須采用專用的驅(qū)動電路芯片，使之產(chǎn)生足夠大的電流，顯示器才能正常工作7。如果驅(qū)動電路能力差，即負(fù)載能力不夠時，顯示器亮度就低，而且驅(qū)動電路長期在超負(fù)荷下運行容易損壞，因此，LED顯示器的驅(qū)動電路設(shè)計是一個非常重要的問題。為了簡化數(shù)字式直流電壓表的電路設(shè)計，在LED驅(qū)動電路的設(shè)計上，可以利用單片機P0口上外接的上拉電阻來實現(xiàn)，即將LED的A-G段顯示引腳和DP小數(shù)點顯示引腳并聯(lián)到P0口與上拉電阻之間，這樣，就可以加大P0口作為輸出口德驅(qū)動能力，使得LED能按照正常

28、的亮度顯示出數(shù)字，如圖10所示。3.6 總體設(shè)計電路此電路的工作原理是：霍爾電流傳感器ACS712采集電流信號，并轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出（Vout=2.5+0.1I）.模擬電壓信號由ADC08008的IN0通道進入（由于使用的IN0通道，所以ADDA,ADDB,ADDC均接低電平），經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0-D7傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼傳送給四位LED，同時它還通過其四位I/O口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3產(chǎn)生位選信號控制數(shù)碼管的亮滅。此外，AT89C51還控制ADC080

29、8的工作。其中，單片機AT89C51通過定時器中斷從P2.4輸出方波，接到ADC0808的CLOCK,P2.6發(fā)正脈沖啟動A/D轉(zhuǎn)換，P2.5檢測A/D轉(zhuǎn)換是否完成，轉(zhuǎn)換完成后，P2.7置高從P1口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給LED顯示出來。 4：程序設(shè)計4.1 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12所示。 結(jié)束調(diào)用顯示程序調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序初始化開始4.2 系統(tǒng)子程序設(shè)計4.2.1 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

30、設(shè)置定時器的工作模式，初值預(yù)置，開中斷和打開定時器等9。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壓信號的采集測量，并將對應(yīng)的數(shù)值存入相應(yīng)的內(nèi)存單元，其轉(zhuǎn)換流程圖如圖13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13 A/D轉(zhuǎn)換流程圖4.2.3 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(dāng)?shù)膾呙桀l率，當(dāng)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1ms10。在本設(shè)計中

31、，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。 五：仿真5.1顯示結(jié)果1） 當(dāng)電流I為0時，輸出數(shù)值為2.52) 電流為1A，輸出為2.61 5.2 誤差分析通過以上仿真測量結(jié)果可得到霍爾電流表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電流表對比測試表，如下表4所示：表4 簡易霍爾電流表與“標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)字電流表對比測試表標(biāo)準(zhǔn)值/v測量值/V絕對誤差/V0.000.000.000.500.510.011.001.000.001.501.510.012.002.000.002.502.500.003.003.000.003.503.500.004.004.

32、000.004.995.000.01由于單片機AT89C51為8位處理器，當(dāng)輸入電壓為5.00V時，ADC0808輸出數(shù)據(jù)值為255（FFH），因此單片機最高的數(shù)值分辨率為0.0196V(5/255)。這就決定了電流表的最高分辨率只能到0.0196V，從上表可看到，測試電壓一般以0.01V的幅度變化。從上表可以看出，簡易數(shù)字電流表測得的值基本上比標(biāo)準(zhǔn)電壓值偏大0-0.01V，這可以通過校正ADC0808的基準(zhǔn)電壓來解決。因為該電壓表設(shè)計時直接用5V的供電電源作為電壓，所以電壓可能有偏差。參考文獻1胡健.單片機原理及接口技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2004年10月2王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計.高等教育出版社，2005年12月3于殿泓、王新年.單片機原理與程序設(shè)計實驗教程.西安電子科技大學(xué)出版社，2007年5月4謝維成、楊加國.單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計實例.電子工業(yè)出版社，2006年3月5李廣弟.單片機基礎(chǔ).北京航空航天大學(xué)出版社，2007年5月6姜志海,黃玉清等著.單片機原理及應(yīng)用M .北京:電子工業(yè)出版社.2005年7月 7魏立