基于單片機(jī)的數(shù)字安時(shí)表設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的數(shù)字安時(shí)表設(shè)計(jì)

0安時(shí)表顯示電路時(shí)間表是湖南省電氣工業(yè)中的一個(gè)特殊機(jī)器，用于衡量工作量和勞動(dòng)時(shí)間的累積。電化學(xué)領(lǐng)域的工作電流雖然是直流電流,但電流的大小卻在不同的工作時(shí)間區(qū)域內(nèi)變化,因此不能簡(jiǎn)單的由通電的時(shí)間和電流的乘積獲得累計(jì)安時(shí)值,要想計(jì)量或控制安時(shí)量,就必須使用安時(shí)表。安時(shí)表的主要功能是通過(guò)直接計(jì)量累積的電量來(lái)間接控制電池的充放電時(shí)間或金屬鍍層的厚度。由于行業(yè)特點(diǎn),安時(shí)表的使用環(huán)境相對(duì)比較復(fù)雜,故對(duì)安時(shí)表的設(shè)計(jì)有嚴(yán)格的要求,尤其在抗干擾能力、可靠性及安全性等方面要求較高。采用集成電路和單片機(jī)設(shè)計(jì)了具有現(xiàn)時(shí)電流顯示、累積安時(shí)顯示及預(yù)置安時(shí)值等功能的安時(shí)表,在可靠性、安全性及抗干擾性能等方面都很優(yōu)良。該安時(shí)表主要包括電流采樣放大電路、電流測(cè)量顯示電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、計(jì)數(shù)顯示電路。首先由電流采樣電路得到與工作電流成正比的電壓量,對(duì)此電壓量進(jìn)行線性放大,分別送給電流測(cè)量顯示電路和A/D轉(zhuǎn)換電路,由電流測(cè)量顯示電路讀出現(xiàn)時(shí)的電流值;同時(shí),由A/D轉(zhuǎn)換電路得到頻率與輸入電壓量成正比的脈沖信號(hào),再輸入到單片機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò)編程實(shí)現(xiàn)安時(shí)值,然后再通過(guò)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)顯示便得到了累積的安時(shí)值。1安時(shí)顯示模塊安時(shí)表的設(shè)計(jì)共分為三個(gè)模塊:模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、單片機(jī)控制模塊、LED顯示模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,單片機(jī)控制模塊實(shí)現(xiàn)所需安時(shí)功能,再把實(shí)現(xiàn)的安時(shí)值用顯示模塊顯示出來(lái)。對(duì)應(yīng)的硬件電路如圖2所示,其中AT89C51作為控制器,以控制其余兩個(gè)模塊,模擬電流送入ADC0809中轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)送入AT89C51的P2口中,經(jīng)過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)安時(shí)功能,再把所計(jì)算出來(lái)的安時(shí)值通過(guò)四位共陽(yáng)數(shù)碼管顯示出來(lái)。2軟件方案的設(shè)計(jì)2.1主要模塊的軟件設(shè)計(jì)Protues軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件,它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機(jī)及外圍器件。Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設(shè)計(jì),真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品地完整設(shè)計(jì),是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。其處理器模型支持8051、HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。Protues軟件具有其他EDA工具軟件(例:multisim)的功能。這些功能是:(1)原理布圖;(2)PCB自動(dòng)或人工布線;(3)SPICE電路仿真。PROTUES不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化,也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過(guò)程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果,后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。KeilC51是美國(guó)KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì),因而易學(xué)易用。KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具,全Windows界面。KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常高,多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼緊湊,容易理解,在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。C51與ASM-51相比,有如下優(yōu)點(diǎn):對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解,僅要求對(duì)8051的存貯器結(jié)構(gòu)有初步了解;寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可由編譯器管理;程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu),可分成不同的函數(shù),這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化;具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力,改善了程序的可讀性;提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序,具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力;由于具有方便的模塊化編程技術(shù),使已編好的程序很容易地移植。2.2adc模塊的管腳和采樣軟件部分包括初始化程序、延時(shí)子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、LED顯示子程序四部分。系統(tǒng)初始化包括ADC初始化、LED顯示初始化,默寫(xiě)參數(shù)的設(shè)定等。對(duì)ADC0809和單片機(jī)以及LED顯示的引腳進(jìn)行定義,從而確定從ADC0809的OUT0～OUT7輸出送到單片機(jī)的P2.0～P2.7,再?gòu)膯纹瑱C(jī)的P0.0～P0.7輸出到LED顯示器顯示出來(lái)。設(shè)置單片機(jī)和ADC0809的某些特殊管腳,如:有的管腳接地或接電源要特別注意,單片機(jī)的晶振和復(fù)位一定也要接好,以保證它們能正常運(yùn)行。ADC模塊要注意設(shè)置它的采樣速率,還要判斷它的轉(zhuǎn)換是否完成,根據(jù)要求設(shè)置1s采樣一次,采樣完后將采樣值轉(zhuǎn)換成所需值由數(shù)碼管顯示出來(lái),否則,繼續(xù)等待。根據(jù)上面的設(shè)計(jì)思想,整體設(shè)計(jì)程序流圖如圖3所示。3電流15a時(shí),運(yùn)行1h的安時(shí)數(shù)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M輸入不同的電流值,根據(jù)不同的運(yùn)行時(shí)間測(cè)出相應(yīng)的安時(shí)數(shù)。圖4顯示的是電流15A時(shí),運(yùn)行1h的安時(shí)數(shù)。表1顯示了不同電流值與運(yùn)行時(shí)間所得到的安時(shí)值。通過(guò)表中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,設(shè)計(jì)的安時(shí)表能夠準(zhǔn)確地測(cè)量安時(shí)量,系統(tǒng)誤差小于1%。4仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果設(shè)計(jì)了以80C51、ADC0809為核心的數(shù)