數(shù)字電流表的設計與仿真 畢業(yè)設計-

1、xxxx大學畢業(yè)設計數(shù)字電流表的設計與仿真學生姓名X X院系名稱工學院專業(yè)名稱xxx班 級20XX級X班學 號X指導教師XX完成時間20XX年X月X日數(shù)字電流表的設計與仿真學生姓名：XX 指導教師：XX內(nèi)容摘要:本設計主要采用CC7106雙積分A/D變換器設計方案來完成一個簡易的數(shù)字電流表，其實是一個電壓表進行改裝得到的，將電壓表能夠?qū)斎氲?5 V的模擬直流電壓進行測量，并通過一個4位一體的7段LED數(shù)碼管進行顯示，測量誤差約為0.1 V。該電壓表的測量電路主要由三個模塊組成：A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊及顯示控制模塊。A/D轉(zhuǎn)換主要由芯片CC7106來完成，它負責把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為相應

2、的數(shù)字量再傳送到數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理則由芯片CD331來完成，其負責把CC7106傳送來的數(shù)字量經(jīng)一定的數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生相應的顯示碼送到顯示模塊進行顯示；另外它還控制著CC7106芯片的工作。顯示模塊主要由LCD液晶數(shù)碼管及相應的驅(qū)動芯片)組成，顯示測量到的電流值。關鍵詞：簡易數(shù)字電流表 LCD液晶數(shù)碼管 CC7106目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc325306467引言 PAGEREF _Toc325306467 h 1HYPERLINK l _Toc3253064681系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc325306468 h 2HYPERLIN

3、K l _Toc325306469數(shù)字電流表的工作原理 PAGEREF _Toc325306469 h 2HYPERLINK l _Toc325306470過流、防反接保護 PAGEREF _Toc325306470 h 2HYPERLINK l _Toc325306471放大器 PAGEREF _Toc325306471 h 3HYPERLINK l _Toc3253064721.4 AD轉(zhuǎn)換器及外圍電路計 PAGEREF _Toc325306472 h 3HYPERLINK l _Toc3253064731.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述 PAGEREF _Toc325306473 h 3HYP

4、ERLINK l _Toc3253064741.4.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc325306474 h 3HYPERLINK l _Toc3253064751.4.3 引腳功能（外部特性） PAGEREF _Toc325306475 h 3HYPERLINK l _Toc3253064761.4.4 通道選擇 PAGEREF _Toc325306476 h 4HYPERLINK l _Toc3253064771.4.5 極限參數(shù) PAGEREF _Toc325306477 h 4HYPERLINK l _Toc3253064781.4.6 ADC0808的輸出端注意 PAGEREF

5、_Toc325306478 h 4HYPERLINK l _Toc3253064791.4.7 外圍電路設計 PAGEREF _Toc325306479 h 5HYPERLINK l _Toc325306480量程選擇及量程顯示 PAGEREF _Toc325306480 h 6HYPERLINK l _Toc3253064811.6 LED顯示 PAGEREF _Toc325306481 h 6HYPERLINK l _Toc3253064822測量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計 PAGEREF _Toc325306482 h 8HYPERLINK l _Toc3253064832.1系統(tǒng)的組成框圖 P

6、AGEREF _Toc325306483 h 8HYPERLINK l _Toc3253064842.2 硬件圖 PAGEREF _Toc325306484 h 9HYPERLINK l _Toc3253064852.3 軟件流程圖 PAGEREF _Toc325306485 h 10HYPERLINK l _Toc3253064862.4 程序代碼及說明 PAGEREF _Toc325306486 h 11HYPERLINK l _Toc3253064873實驗結(jié)果 PAGEREF _Toc325306487 h 16HYPERLINK l _Toc3253064884仿真圖 PAGEREF

7、 _Toc325306488 h 17HYPERLINK l _Toc3253064895設計總結(jié) PAGEREF _Toc325306489 h 19HYPERLINK l _Toc325306492參考文獻 PAGEREF _Toc325306492 h 20HYPERLINK l _Toc325306493致謝引言傳統(tǒng)的電網(wǎng)電流表一般都采用指針式表頭，且都存在著測量范圍小，穩(wěn)定性差，精度低，表頭指針指示不便于讀數(shù)且誤差大等缺點，已經(jīng)不適應社會發(fā)展的需要。而隨著智能化測控技術的迅速發(fā)展.以雙積分AD轉(zhuǎn)換器為核心的數(shù)字電表的優(yōu)勢已十分明顯。智能綜合儀表是基于智能化、數(shù)字化新一代智能儀表的設計

8、理念，采用靈巧總線、工業(yè)網(wǎng)絡、液晶顯示、電子儲存技術、調(diào)節(jié)儀表與記錄儀表功能具有高測量控制精度、高可靠性穩(wěn)定性的特點。芯片負責采集數(shù)據(jù)，給出了一款性價比高、抗干擾能力強、測量精度很的電網(wǎng)電流表的設計方法。1系統(tǒng)的工作原理數(shù)字電流表的工作原理用單片機及其擴展的外部電路先做成一個理想電壓表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K的位置而流過R1或R2，因而本電流表的

9、兩個量程就取決于G的滿量程電壓和R1、R2的阻值，記G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就是電流表的滿量程電流。圖1 電流表原理圖過流、防反接保護用熔斷器及過流保護二極管做防反接保護。如圖2所示。當通過電流過大時,熔斷器中保險絲燒斷;當電路反接時,電流無法通過二極管,從而保護電流表。圖2 防反接保護電路圖 放大器放大部分的電路采用如圖3電路,并在串一級低通濾波:圖3 放大器電路圖4 AD轉(zhuǎn)換器及外圍電路計1.4.1 A/D轉(zhuǎn)換器概述A/D轉(zhuǎn)換部分本系統(tǒng)采用了ADC0808芯片. ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有

10、一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉(zhuǎn)換，實際使用時采用ADC0809進行A/D轉(zhuǎn)換。.1.4.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉(zhuǎn)換器。 引腳功能（外部特性） ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如右圖所示。各引腳功能如下： 15和2628（IN0IN7）：8路模擬量輸入端。 8、14、15和1721：8位數(shù)字量輸出端。

11、 22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 6（START）： A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 7（EOC）： A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 10（CLK）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 12（VREF（+）和16（VREF（-）：參考電壓輸入端 11（Vcc）：主電源輸入端。 13（GND）

12、：地。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 通道選擇通道的選擇如圖4所示地址碼對應的輸入通道23(ADDA)24(ADDB)25(ADOC)000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7圖4 通道選擇圖 極限參數(shù) 電源電壓（Vcc）：6.5V 控制端輸入電壓：15V 其它輸入和輸出端電壓：Vcc+0.3V 貯存溫度：-65+150 功耗（T=+25）：875mW 引線焊接溫度：氣相焊接（60s）：215；紅外焊接(15s)：220 抗靜電強度：400V1.4.6 ADC0808的輸出端注意 o

13、ut8為最低位-out1為最高位，out8-out1分別接單片機的到端。外圍電路設計圖5 A/D轉(zhuǎn)換器及外圍電路圖 其中液晶顯示采用EDS801，將其各數(shù)碼的字段及公共端與ICL7106相應端接。OSC1、OSC2和OSC3是內(nèi)部時鐘的外接電阻和電容引腳；TEST是數(shù)字邏輯地端；VRH和VRL是參考電壓的輸入端，參考電壓決定著AD轉(zhuǎn)換器的靈敏度，它是由UDD分壓而來，調(diào)節(jié)分壓比可調(diào)節(jié)靈敏度（調(diào)滿）；兩個CR腳是基準電容的外接引腳；COM端是模擬信號公共端；AZ、BUF和INT分別是自動調(diào)零端緩控制端和積分器輸出端；U+和U-為電源端；IN+和IN-為待測信號輸入端。R1、C1分別為振蕩電阻與振

14、蕩電容。R2與電位器RP構(gòu)成基準電壓分壓器，RP宜采用精密多圈電位器，調(diào)整RP使UREFUM/2，滿量程即定為200mV，二者呈12的關系。R3、C3為模擬輸入端高頻阻容式濾波器，以提高儀表的抗干擾能力。C2、C4分別為基準電容和自動調(diào)零電容。R4、C5依次為積分電阻和積分電容。儀表采用220V疊層電池供電，測量速率約50次秒。IN-端、UREF端與COM端互相短接。 對于CC7106，OSC1至OSC2為時鐘振蕩器的引出端，主振頻率由外接的值決定，即，CC7106計數(shù)器的時鐘脈沖是主振頻率經(jīng)分頻后得到的，因此，設CC7106一次A/D轉(zhuǎn)換所需時鐘脈沖總數(shù)N為200，而一次轉(zhuǎn)換所需時間T=1/

15、50次。則時鐘脈沖頻率由T=N/=4N/式可得=N/T10Khz，因而主振頻率為=4=40Khz，因此可以算出、的值。若取=100pF，則=(50/)，取標稱值120。 積分元器件、及自動調(diào)零電容的取值分別為=56，。和RP組成基準電壓的分壓電路。其中，RP一般采用精密多圈電位器。改變RP的值可以調(diào)節(jié)基準電壓的值。、為輸入濾波電路。電源電壓取+220V，取。量程選擇及量程顯示本系統(tǒng)量程的選擇通過按鍵來實現(xiàn):圖6 量程電路圖 通過判斷按鍵的次數(shù)來選擇量程,以及通過實現(xiàn)發(fā)光二極管來顯示當前量程。1.6 LED顯示 本系統(tǒng)測量結(jié)果用4個數(shù)碼管顯示圖7 數(shù)碼管示圖2測量系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設計系統(tǒng)的組成框圖

16、負反饋放大電路采樣A/D轉(zhuǎn)換器及其外圍電路單片機LED數(shù)碼管獨立式按鍵量程選擇圖8 系統(tǒng)的組成框圖2.2 硬件圖圖9 系統(tǒng)硬件電路圖2.3 軟件流程圖初始化NNYYY顯示量程3進入量程3顯示量程2進入量程2顯示量程1進入量程1 開 始n=1?n=2?n=3?判斷按鍵次數(shù)n=4 則n=1讀 鍵 值 N啟動AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理，送數(shù)碼管顯示結(jié)束圖10軟件流程圖程序代碼及說明ORG 0000H SJMP START ORG 0080H LED0 EQU 40H LED1 EQU 41H LED2 EQU 42H LED3 EQU 43H ;存放四個數(shù)碼管的段碼 ADC EQU 45H ;存放轉(zhuǎn)AD換后的

17、數(shù) START: MOV LED0,#00H ;清零 MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#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 ;存儲轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR OE MOV A,ADC MOV R2,#00H CLR C RLC A JNC GO MOV R2,

18、#01HGO: MOV B,#51 ;數(shù)據(jù)送顯示前的處理 DIV AB CJNE R2,#01H,MEI ADD A,#05HMEI: MOV LED2,A ;測量結(jié)果送到數(shù)碼管顯示 MOV A,B MOV B,#5 DIV AB MOV LED1,A MOV LED0,B MOV A,LED2 CJNE A,#10,WU AJMP NEXTWU: AJMP NEXT1NEXT: MOV LED0,#00H MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#01HNEXT1: CJNE R1,#03H,NEXT2 LCALL DISP3 JB P3.7,WAIT LJ

19、MP KEYNEXT2: CJNE R1,#02H,NEXT3 LCALL DISP2 JB P3.7,WAIT LJMP KEYNEXT3: LCALL DISP1 JB P3.7,WAIT LJMP KEY DISP1: MOV A,LED0 ;顯示子程序 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED1 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED2 MOVC A,A+DPTR ORL A,#80H MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED3 MOVC A,A+DPTR MOV P1

20、,A LCALL DELAY RET DISP2: MOV A,LED0 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED1 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED2 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED3 MOVC A,A+DPTR ORL A,#80H MOV P1,A LCALL DELAY RETDISP3: MOV A,LED0 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED1 MOVC A,A+DPT

21、R ORL A,#80H MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED2 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY MOV A,LED3 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A LCALL DELAY RET KEY: JB P3.7,$ ;按鍵程序 KEY1: JNB P3.7,$ INC R1 CJNE R1,#04H,A3 MOV R1,#01H A3: CJNE R1,#01H,L1 LJMP LC1 L1: CJNE R1,#02H,L2 LJMP LC2 L2: CJNE R1,#03H,$ LJMP LC3 LCALL WAIT

22、LJMP KEY LCALL WAIT LJMP KEY LCALL WAIT LJMP KEY DELAY: MOV R6,#10 ;延時子程序 D1: MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 RET TABLE:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;字型碼表 END3 實驗結(jié)果輸入電流為時的測量結(jié)果:圖11 實驗效果圖通過調(diào)試，結(jié)果完全符合數(shù)字電流表設計要求。4 仿真圖量程電路仿真圖:圖12 檔位為5A時量程電路圖圖13 檔位為500mA時量程電路圖圖14 檔位為50mA時量程電路圖圖15 檔位為5mA時量程電路圖

23、5 設計總結(jié) 本次設計所采用的方案中電路原理簡單，硬件電路搭建容易，而且穩(wěn)定，組裝好的電流表可以對待測電壓進行準確的測量，其測試結(jié)果與標準電壓表（萬用表）測試的結(jié)果相比相差無幾，而且只要電路組裝穩(wěn)定，讀數(shù)穩(wěn)定易讀。但本電路也存在問題，比如液晶顯示器的讀數(shù)有時不穩(wěn)定，出現(xiàn)跳動現(xiàn)象，這不僅與電路元件參數(shù)有關，而且與搭接的連線等有關系。本次課題也可以采用單片機及合適的A/D轉(zhuǎn)換器進行設計，經(jīng)過正確的編程制作一個精度更高、更穩(wěn)定的電壓表，同時還可以實現(xiàn)量程的自動轉(zhuǎn)換；同時對測試的結(jié)果可以采用數(shù)碼管進行顯示，沒有必要用液晶顯示器進行顯示。如果需要，A/D轉(zhuǎn)換器也可以換成功能更多的器件，。但在仿真的時候發(fā)

24、現(xiàn)，只能局部仿真，而不能整體進行仿真，設計電路的時候，芯片的引腳很多容易混淆他們的功能，故在制作電路圖接線時容易接錯。經(jīng)過本次課程設計發(fā)現(xiàn)，制圖和仿真軟件運用得不夠熟練，其次對涉及到的芯片不是很熟悉，課程設計后，對以前的不足之處有了新的補充和了解，但是還是存在知識面的極度缺乏。由于自己對單片機的硬件設計，軟件設計掌握的深度不夠，設計中很多問題解決起來感覺很吃力。但通過此次課程設計，卻改變了很多，首先對于硬件電路的工作原理有了進一步的學習，同樣就有了進一步的認識；其次軟件方面，在程序的設計，程序的調(diào)試方面都學到了很多東西，這是第一次編寫單片機的大程序，很有成就感。在一個好的氛圍里才能踏下心來做東西，在這幾天課設的時間里，實驗室的氛圍對我們的影響很大，大家一起努力，這也是我們能完成課設的動力。另外在編程中出現(xiàn)問題時，一定要戒驕戒躁，腳踏實地，認真看書，仔細分析，仔細調(diào)試，就一定會發(fā)現(xiàn)錯誤，克服困難，我們也是這么做的，這在課設中十分重要。為了減少主程序的長度，為了易于檢測和調(diào)試，應