数字电流表设计(共33页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上辽 宁 工 业 大 学单片机原理及接口技术 课程设计（论文）题目： 数字电流表设计 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： （签字）起止时间：2013.06.24-2013.07.12专心-专注-专业课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室： 学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目数字电流表设计课程设计（论文）任务电流测量范围：05 A；测量精度：0.5；量程自动切换；采用显示；可用现场提供的220 V交流。设计任务：1. CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）2. 电流检测电路设计3. 显示电路及电源电路设计4

2、 程序流程图设计及程序清单编写技术参数：1电流测量范围05 A，工作电源220V2测量精度：0.5设计要求：1、分析系统功能，尽可能降低成本，选择合适的单片机、AD转换器、输出电路等；2、应用专业绘图软件绘制硬件电路图和软件流程图；3、按规定格式，撰写、打印设计说明书一份，其中程序开发要有详细的软件设计说明，详细阐述系统的工作过程，字数应在4000字以上。进度计划第1天 查阅收集资料第2天 总体设计方案的确定第3-4天 CPU最小系统设计第5天 电流检测电路设计第6天显示电路及电源电路设计第7天 程序流程图设计第8天 软件编写与调试第9天 设计说明书完成第10天 答辩指导教师评语及成绩 平时：

3、 论文质量： 答辩： 总成绩： 指导教师签字： 年 月 日注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要本设计主要采用CC7106双积分A/D变换器设计方案来完成一个简易的数字电流表，其实是一个电压表进行改装得到的，将电压表能够对输入的05 V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.1 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。A/D转换主要由芯片CC7106来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯片CD331来完成，其负责把CC7106传送

4、来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着CC7106芯片的工作。显示模块主要由LCD液晶数码管及相应的驱动芯片)组成，显示测量到的电流值。 关键词：简易数字电流表；LCD液晶数码管；CC7106目 录第1章 绪论1.1 数字电流表的概况数字电流表表具有变送、LED显示和数字接口等功能通过对电网中各参量的交流采样。经CPU进行数据处理。将三相电流参数、频率等电参量由LED直接显示，同时输出05V、020mA或420mA相应的模拟电量，与远动装置RTU相连；并带有RS-232或485接口与微机进行数据交换；具有设置显示倍率、多路变送、多量显示的组合功能。按信

5、号形式分：电流表、电压表、频率表、温度表、功率表。按被测量的数目：单点表、多点表。按功能分：单纯显示、显示报警表、显示变送表、显示通讯表、显示记录表、多功能表等，以满足不同用户的使用要求。1.2 本文研究内容随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正引起测量、控制仪表领域新的技术革命。采用单片机作为测量仪器的主控制器，这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机与测量控制技术结合在一起，在测量工程自动化，测量结果所举处理以及功能的多样化方面取得了巨大的进步。基于单片机的智能综合仪表是基于智能化、数字化、网络化、新一代智能仪表的设计理念，采用智能调理、灵巧总线、工业网络

6、、液晶显示、电子储存技术、综合指示仪表、调节仪表、计算仪表与记录仪表功能。具有高测量控制精度、工可靠性稳定性的特点。通过数字电流表的设计方案,掌握了C语言的编程方法，并熟练的运用AT89C51单片机定时器以及ADC0808将模拟电流量转变为数字量然后在液晶显示屏上直接显示数字的电流值。第2章 设计原理与结构框图2.1 设计原理和功能8路数字电流表主要利用A/D转换器，其过程如下：先用A/D转换器对各电流值进行采样，得到相应的数字量，再按数字量与模拟量成比例关系运算得到相应的模拟电流值，然后把模拟值通过数码管显示出来。设计时假设待测的输入电流为8路，电流值的范围为0100mA,要求能在LED数码

7、管上显示。2.2结构框图输入电路ADC0808单片机AT89C51LED数码显示图2.1 原理框图第3章 硬件电路设计3.1 数字电流表的工作原理用单片机及其扩展的外部电路先做成一个理想电压表3，图3.1中用G表示。由于通常所说的电流表是指灵敏电流计其量程太小，不能直接测量电流，仅用于检测有无电流和电流的方向，所以要想得到一个有多量程或量程较大的电流表需要将一个理想电压表改装而成。本设计是用一个内阻视为无穷大的电压表并联分流电阻而成的数字电流表。待测电流I随搬动开关K的位置而流过R1或R2，因而本电流表的两个量程就取决于G的满量程电压和R1、R2的阻值，记G的满量程电压为Ug，根据欧姆定律Ug

8、=RgIg，若Ug和Rg已知则Ig就是电流表的满量程电流。VR11R2100图3.1 电流表原理图3.2 CPU的选择AT89C51是一可编程可擦除只读存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压微处理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。图3.1 CPU的引脚图。 3.3 过流、防反接保护用熔断器及过流保护二极管做防反接保护。如图2所示。当通过电流过大时,熔断器中保

9、险丝烧断;当电路反接时,电流无法通过二极管,从而保护电流表。图2 防反接保护电路图3.4 放大器放大部分的电路采用如图3电路,并在串一级低通滤波:图3.4 放大器电路图3.5 AD转换器及外围电路计3.5.1 A/D转换器概述A/D转换部分本系统采用了ADC0808芯片. ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转

10、换。3.5.2 内部结构ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。3.5.3 引脚功能（外部特性）ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。各引脚功能如下：15和2628（IN0IN7）：8路模拟量输入端。 8、14、15和1721：8位数字量输出端。 22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 7（EOC）： A/D转换结束信号，输出，当A

11、/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 12（VREF（+）和16（VREF（-）：参考电压输入端 11（Vcc）：主电源输入端。 13（GND）：地。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路3.5.4 通道选择通道的选择如图3.5.4所示地址码对应的输入通道23(ADDA)24(ADDB)25(ADOC)000IN0001IN1010IN

12、2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7图3.5.4 通道选择图3.5.5 极限参数电源电压（Vcc）：6.5V 控制端输入电压：-0.3V15V 其它输入和输出端电压：-0.3VVcc+0.3V 贮存温度：-65+150 功耗（T=+25）：875mW 引线焊接温度：气相焊接（60s）：215；红外焊接(15s)：220 抗静电强度：400V3.5.6 ADC0808的输出端注意out8为最低位-out1为最高位，out8-out1分别接单片机的P0.0到P0.7端。3.5.7 外围电路设计图5 A/D转换器及外围电路图 其中液晶显示采用EDS801，将其各数码的字段及

13、公共端与ICL7106相应端接。OSC1、OSC2和OSC3是内部时钟的外接电阻和电容引脚；TEST是数字逻辑地端；VRH和VRL是参考电压的输入端，参考电压决定着AD转换器的灵敏度，它是由UDD分压而来，调节分压比可调节灵敏度（调满）；两个CR脚是基准电容的外接引脚；COM端是模拟信号公共端；AZ、BUF和INT分别是自动调零端缓控制端和积分器输出端；U+和U-为电源端；IN+和IN-为待测信号输入端。R1、C1分别为振荡电阻与振荡电容。R2与电位器RP构成基准电压分压器，RP宜采用精密多圈电位器，调整RP使UREFUM/2100.0mV，满量程即定为200mV，二者呈12的关系。R3、C3

14、为模拟输入端高频阻容式滤波器，以提高仪表的抗干扰能力。C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。R4、C5依次为积分电阻和积分电容。仪表采用220V叠层电池供电，测量速率约50次秒。IN-端、UREF端与COM端互相短接。 对于CC7106，OSC1至OSC2为时钟振荡器的引出端，主振频率由外接的值决定，即，CC7106计数器的时钟脉冲是主振频率经分频后得到的，因此，设CC7106一次A/D转换所需时钟脉冲总数N为200，而一次转换所需时间T=1/50次=0.02s。则时钟脉冲频率由T=N/=4N/式可得=N/T10Khz，因而主振频率为=4=40Khz，因此可以算出、的值。若取=100pF，则

15、=(50/)112.5，取标称值120。 积分元器件、及自动调零电容的取值分别为=56=0.22，=0.47。和RP组成基准电压的分压电路。其中，RP一般采用精密多圈电位器。改变RP的值可以调节基准电压的值。、为输入滤波电路。电源电压取+220V，取0.1。3.6 量程选择及量程显示本系统量程的选择通过按键来实现:图6 量程电路图通过判断按键的次数来选择量程,以及通过实现发光二极管来显示当前量程。3.7 LED显示本系统测量结果用4个数码管显示图3.7数码管示图第4章 测量系统的总体结构设计4.1 系统组成框图量程选择负馈放大电路采样A/D转换器及其去外围电路单片机LED数码管独立式按键图4.

16、1 系统组成框图4.2 硬件图图9 系统硬件电路图4.3 软件流程图开始初始化读 键 值判断按键次数n=4 则n=1n=1?n=2?n=3?显示量程1进入量程1显示量程2进入量程2显示量程3进入量程3启动AD转换数据处理，送数码管显示结束NNN 图4.3软件流程图4.4 程序清单 CLOCK BITP2.4;定义ADC0808时钟位 RS EQU P2.0 RW EQU P2.1 E EQU P2.2 ADCEQU35H;存放转换后的数据 ST BIT P3.2 EOC BIT P3.1 ORG 00HLJMP STARTORG000BHLJMPINT_T0START: MOVTMOD,#02

17、HMOVTH0,#245MOVTL0,#00HMOVIE,#82HSETBTR0 LCALL INITlcall DISP_GALVANOMETER WAIT: CLR STSETB STCLR ST;启动转换 JNB EOC,$ ;等待转换结束;允许输出MOV ADC,P1;暂存转换结果 ;关闭输出MOV A,ADCMOV B,#11;1.1欧的数据处理DIV ABMOV 51H,BMOV B,#10MUL ABADD A,51HLJMP JIAOZHENG FANHUI:MOV B,#2DIV ABMOV ADC,AMOV 32H,B;小数位CLR C ;显示100以内 MOV A,ADC

18、MOV B,AMOV A,#99SUBB A,BJC DISP_100MOV A,ADC;将AD转换结果转换成BCD码MOV B,#100DIV ABMOV 35H,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV 34H,A MOV A,B MOV B,#10 MUL AB MOV B,#10 DIV AB MOV 33H,A LCALL Disp ;显示AD转换结果 AJMP WAITinit:lcall delay lcall delay lcall delay ; mov a,#38h ; lcall wrom ;定义成5*7，16*2;mov a,#38h ; lcall wro

19、m ;定义成5*7，16*2;mov a,#38h ; lcall wrom ;定义成5*7，16*2 mov a,#38h lcall wrom ;定义成5*7，16*2 lcall delay mov a,#01h lcall wrom;清屏? lcall delaymov a,#06h lcall wrom lcall delay mov a,#0Ch lcall wrom lcall delay ; LCALLDISP clr e retwrom:clr rs clr rw mov p0,a setb e lcall delay clr e retwrdata:setb rs clr

20、rw mov p0,a setb e lcall delay clr e retDISP_100: mov a,#0C5h;显示位置。从85H开始 lcall wrom mov a,#31h lcall wrdata mov a,#30h lcall wrdata mov a,#30h lcall wrdata mov a,#2eh lcall wrdata mov a,#30h lcall wrdata lcall delay300ms ;0.3sdelay LJMP WAITDISP_GALVANOMETER: mov a,#82h;显示 位置 lcall wrom mov a,#47h

21、lcall wrdata mov a,#41h lcall wrdata mov a,#4Ch lcall wrdata mov a,#56h lcall wrdata mov a,#41h lcall wrdata mov a,#4Eh lcall wrdata mov a,#4Fh lcall wrdata mov a,#4Dh lcall wrdata mov a,#45h lcall wrdata mov a,#54h lcall wrdata mov a,#45h lcall wrdata mov a,#52h lcall wrdata retJIAOZHENG: CJNE A,#7

22、3,J1_1ADD A,#1LJMP FANHUIJ1_1:CJNE A,#72,J1_2ADD A,#1LJMP FANHUIJ1_2:CJNE A,#71,J1_3ADD A,#1LJMP FANHUIJ1_3:CJNE A,#70,J1_4ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_4:CJNE A,#69,J1_5ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_5:CJNE A,#68,J1_6ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_6:CJNE A,#67,J1_7ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_7:CJNE A,#66,J1_8ADD A,#2LJMP FANHUIJ1

23、_8:CJNE A,#65,J1_9ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_9:CJNE A,#64,J1_10ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_10:CJNE A,#63,J1_11ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_11:CJNE A,#62,J1_12ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_12:CJNE A,#61,J1_13 ;ADD A,#2LJMP FANHUIJ1_13:CJNE A,#60,J1_14ADD A,#1LJMP FANHUIJ1_14:CJNE A,#59,J1_15ADD A,#0LJMP FANHUIJ1_15:CJNE A,#58

24、,J1_16ADD A,#1LJMP FANHUIJ1_16:CJNE A,#57,J2ADD A,#2LJMP FANHUIJ2:CJNE A,#56,J3ADD A,#3LJMP FANHUIJ3:CJNE A,#55,J4ADD A,#3LJMP FANHUIJ4:CJNE A,#54,J5ADD A,#3LJMP FANHUIJ5:CJNE A,#53,J6ADD A,#3LJMP FANHUIJ6:CJNE A,#52,J7ADD A,#3LJMP FANHUIJ7:CJNE A,#51,J8ADD A,#3LJMP FANHUIJ8:CJNE A,#50,J9ADD A,#3LJM

25、P FANHUIJ9:CJNE A,#49,J10ADD A,#3LJMP FANHUIJ10:CJNE A,#48,J11ADD A,#3LJMP FANHUIJ11:CJNE A,#47,J12ADD A,#3LJMP FANHUIJ12:CJNE A,#46,J13ADD A,#3LJMP FANHUIJ13:CJNE A,#45,J14ADD A,#3LJMP FANHUIJ14:CJNE A,#44,J15ADD A,#3LJMP FANHUIJ15:CJNE A,#43,J16ADD A,#3LJMP FANHUIJ16:CJNE A,#42,J17ADD A,#3LJMP FAN

26、HUIJ17:CJNE A,#41,J18ADD A,#3LJMP FANHUIJ18:CJNE A,#40,J19ADD A,#3LJMP FANHUIJ19:CJNE A,#39,J20ADD A,#3LJMP FANHUIJ20:CJNE A,#38,J21ADD A,#3LJMP FANHUIJ21:CJNE A,#37,J22ADD A,#3LJMP FANHUIJ22:CJNE A,#36,J23ADD A,#3LJMP FANHUIJ23:CJNE A,#35,J24ADD A,#3LJMP FANHUIJ24:CJNE A,#34,J25ADD A,#3LJMP FANHUIJ

27、25:CJNE A,#33,J26ADD A,#3LJMP FANHUIJ26:CJNE A,#32,J27ADD A,#3LJMP FANHUIJ27:CJNE A,#31,J28ADD A,#3LJMP FANHUIJ28:CJNE A,#30,J29ADD A,#3LJMP FANHUIJ29:CJNE A,#29,J30ADD A,#3LJMP FANHUIJ30:CJNE A,#28,J31ADD A,#3LJMP FANHUIJ31:CJNE A,#27,J32ADD A,#3LJMP FANHUIJ32:CJNE A,#26,J33ADD A,#3LJMP FANHUIJ33:C

28、JNE A,#25,J34ADD A,#3LJMP FANHUIJ34:CJNE A,#24,J35ADD A,#3LJMP FANHUIJ35:CJNE A,#23,J36ADD A,#3LJMP FANHUIJ36:CJNE A,#22,J37ADD A,#3LJMP FANHUIJ37:CJNE A,#21,J38ADD A,#3LJMP FANHUIJ38:CJNE A,#20,J39ADD A,#3LJMP FANHUIJ39:CJNE A,#19,J40ADD A,#3LJMP FANHUIJ40:CJNE A,#18,J41ADD A,#3LJMP FANHUIJ41:CJNE

29、A,#17,J42ADD A,#3LJMP FANHUIJ42:CJNE A,#16,J43ADD A,#3LJMP FANHUIJ43:CJNE A,#15,J44ADD A,#3LJMP FANHUIJ44:CJNE A,#14,J45ADD A,#3LJMP FANHUIJ45:CJNE A,#13,J46ADD A,#3LJMP FANHUIJ46:CJNE A,#12,J47ADD A,#2LJMP FANHUIJ47:CJNE A,#11,J48ADD A,#2LJMP FANHUIJ48:CJNE A,#10,J49ADD A,#2LJMP FANHUIJ49:CJNE A,#9

30、,J50ADD A,#3LJMP FANHUIJ50:CJNE A,#8,J51ADD A,#3LJMP FANHUIJ51:CJNE A,#7,J52ADD A,#3LJMP FANHUIJ52:CJNE A,#6,J53ADD A,#4LJMP FANHUIJ53:CJNE A,#5,J54ADD A,#4LJMP FANHUIJ54:CJNE A,#4,J55ADD A,#4LJMP FANHUIJ55:CJNE A,#3,J56ADD A,#3LJMP FANHUIJ56:CJNE A,#2,J57ADD A,#2LJMP FANHUIJ57:CJNE A,#1,J58ADD A,#1

31、J58:LJMP FANHUIdisp: mov a,#0C5h;显示位置。从85H开始 lcall wrom mov a,35h add a,#30hlcall wrdata mov a,34h add a,#30h lcall wrdata mov a,33h add a,#30h lcall wrdatamov a,#2eh lcall wrdatamov a,32hmov b,#5mul ab add a,#30h lcall wrdata mov a,#m lcall wrdata mov a,#Alcall wrdatalcall delay300ms retINT_T0: CPL

32、CLOCK ;提供ADC0808时钟信号RETIdelay300ms: MOV R5,#60D1_1:LCALL DELAY_2DJNZ R5,D1_1RETDELAY: MOVR6,#10;延时5毫秒D1:MOVR7,250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETDELAY_2: MOVR6,#10;延时5毫秒D2:MOVR7,250DJNZR7,$DJNZR6,D2RET第5章 系统设计与分析5.1 系统原理图图5.1 系统原理图5.2 系统原理综述本设计以AT89C51单片机为控制核心，通过ADC0808将被测信号转换成数字信号，经单片机内部程序处理后，由液晶显示器LED数码管显示测量结

33、果。仿真测试表明，系统性能良好，测量读数稳定易读、更新速度合理，测量电流范围在2mA100mA，通过改变滑动变阻器的阻值来改变电流量。满足任务指标要求。但是，该系统存在一定程度的不足。第6章 课程设计总结单片机在现实生活中有很大的的实用价值，学好这们课程非常关键，可以让自己的知识储备更加丰富，而这次课程设计正好提供了一个很好的机会加深对单片机知识的掌握。通过这次课程设计，我对proteus以及Keil等软件的使用掌握的更加熟练，对汇编语言程序有了跟深层次的理解。通过这次课设进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。掌握了单片机的接口技术及ADC0808芯片的特性、控制方法。了解以单片机为核心的电

34、路设计的基本方法和技术。通过实际程序的设计和调试，逐步掌握了模块化程序设计的方法和调试技术。通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使自身了解开发单片机应用系统的全过程，强化巩固所学知识，为以后的学习和工作打下基础。参考文献1 梅丽凤等编著 单片机原理及接口技术 清华大学出版社2009.72 赵晶 主编 Prote199高级应用 人民邮电出版社2000 3 于海生 编著 微型计算机控制技术 清华大学出版社2003.44 江志红 编著51单片机技术与应用系统开发案例精选 清华大学出版 社 2008.12.15 李泉溪 编著 单片机原理与应用实例仿真 北京航空航天大学出版 社 2009.8.16 戴佳等编著 51单片机C语言应用程序设计实例精讲（第 二版） 电子工业出版社 2009.11.27 李然飞 主编 单片机课程设计指导 北京航空航天大学出版社 2007.7.1