数字电流表

I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）：电气工程学院专业班级：学号：学生姓名：指导教师：（签字）起止时间：本科生课程设计（论文）II课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院教研室：注：成绩：平时20%论文质量60%答辩20%以百分制计算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：0～5A；测量精度：0.5％；量程自动切换；采用LED显示；可用现场提供的220V交流电源。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0～5A，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：论文质量：答辩：总成绩：指导教师签字：年月日本科生课程设计（论文）III摘要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。数字电流表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电流表标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。本设计采用了以单片机为开发平台，控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0809，采用LED显示。简易数字电流测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等模块组成，可以实现量程的自动切换。本设计是通过采样电阻及信号放大电路将待测的电流信号I转换成电压信号V,由A/D转换器采集电压信号，并将电压的模拟量信号转换为数字量信号传输给单片机，由单片机完成对采样信号的处理、分析与计算，最后输出信号驱动两个8位LED数码管，数码管采用动态显示的方式，用以显示被测的电流值。关键词：数字电流表；AT89C51单片机；A/D转换本科生课程设计（论文）IV目录第1章绪论..........................................................11.1XXX概况......................................................11.2本文研究内容.................................................1第2章CPU最小系统设计..............................................22.1XXX总体设计方案..............................................22.2CPU的选择....................................................32.3数据存储器扩展...............................................42.4复位电路设计.................................................52.5时钟电路设计.................................................52.6CPU最小系统图................................................6第3章XXX输入输出接口电路设计......................................73.1XXX传感器的选择..............................................73.2XXX检测接口电路设计..........................................73.2.1A/D转换器选择......................................................................................73.2.2模拟量检测接口电路图........................................................................93.3XXX输出接口电路设计..........................错误!未定义书签。3.4人机对话接口电路设计.........................................9第4章XXX软件设计.................................................124.1软件实现功能综述............................................124.2流程图设计..................................................124.2.1主程序流程图设计..............................................................................124.2.2模拟量检测流程图设计......................................................................134.2.3xxx流程图设计....................................................................................144.3程序清单....................................................15第5章系统设计与分析................................................25.1系统原理图...................................................25.2系统原理综述.................................................2本科生课程设计（论文）V5.3硬件仿真图...................................错误!未定义书签。5.4软件调试结果.................................错误!未定义书签。第6章课程设计总结..................................................4参考文献.............................................................5本科生课程设计（论文）1第1章绪论1.1数字电流表概况数字电流表是将测得的模拟电流量经过特殊的电子电路转变为数字量，然后在液晶显示屏上直接显示数字的电流表，比起指针式看着更明了，读数精度更高。它通过对电网中各参量的交流采样，经CPU进行数据处理，与微机进行数据交换。数字电流表将三相电流参数、频率等电参量由LED直接显示，同时输出0～5V、0—20mA或4—20mA相应的模拟电量，与远动装置RTU相连；并带有RS--232或485接口．数字电流表表具有变送、LED显示和数字接口、设置显示倍率、多路变送、多量显示的组合功能。数字电流表按信号形式可分为电流表、电压表、频率表、温度表、功率表；按被测量的数目可分为单点表、多点表；按功能可分为：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本文研究内容根据任务书设计要求，本文主要是设计基于89C51单片机和A/D变换器的数字电流表。设计时先选择合适的单片机、AD转换器、输出电路等，然后分别进行CPU最小系统设计（包括CPU选择，晶振电路，复位电路）、电流检测电路设计、显示电路及电源电路设计。要求所设计的数字电流表工作电源为220V，测量范围为0～5A，测量精度为0.5%，采用LED显示，可以实现量程自动切换，并尽可能降低成本。本科生课程设计（论文）2第2章CPU最小系统设计2.1数字电流表总体设计方案本文设计的是数字电流表。图2.1为数字电流表原理结构框图。数字电压表应用系统硬件电路由单片机、A/D转换器、数码管显示电路和按键处理电路组成。输入电路部分：对待检测的电流信号进行采样，将电流信号经过集成运算放大器转化成电压信号后，再输入到A/D转换器中。A/D转换部分：采用ADC0809进行模数转换，并用74LS373锁存。A/D转换是整个设计的核心部分，它涉及到精度的控制，以及数据的转换。单片机计算部分：将A/D转换后的数字量通过I/O口传送到89C51单片机中，通过计算得到的电压数值，推算出被检测电流的数值，并传送到LED显示模块。LED显示部分：将计算后得到的结果在LED上显示。输入电路ADC0809单片机AT89C51LED数码显示图2.1原理结构框图本科生课程设计（论文）32.2CPU的选择CPU是单片机的核心部分，它的作用是读入和分析每条指令，根据每条指令的功能要求，控制各个部件执行相应的操作。根据设计要求，我选择具有8位CPU的AT89C51单片机。AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS8位单片机。AT89C51单片机内部结构有8个部件组成，即中央处理器（CPU），片内数据存储器（RAM），片内程序存储器（ROM），输入/输出接口，可编程串行口，定时/计数器，中断系统及特殊功能寄存器，各部分通过内部总线相连。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AT89S51是一种高效微控制器，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。因此我选择AT89S51为系统的控制器。图2.2是89C51单片机的引脚图，其中有2条电源引脚，2条外接晶体引脚，4条控制或与其他电源复用的引脚，32条I/O引脚。图2.289C51单片机CPU的引脚图。本科生课程设计（论文）42.3数据存储器扩展89C51片内有128B的RAM存储器，在实际应用中仅靠这128B的数据存储器是远远不够的。这种情况下可利用89C51单片机所具有的扩展功能，扩展外部数据存储器。89C51单片机最大可扩展64KBRAM。常用的数据存储器有静态RAM和动态RAM，一般采用静态RAM，如SRAM6116、6264等。本文设计中采用6264数据存储器和74ALS373地址锁存器。6264数据存储器，是8K×8位静态随机存储器，采用CMOS工艺制造，单一+5V电源供电，额定功耗200mW典型存取时间200ns，为28线双列直插式封装。6264与89C51的硬件连接如图2.3所示。在图2.3中，6264的片选线CE1接89C51的P2.7，第二片选线CE2接高电平，保持一直有效状态,6264是8KB的RAM，故使用了13根地址线。图2.3数据存储器扩展接线本科生课程设计（论文）52.4复位电路设计复位操作可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动，因此需要设计复位电路。单片机的复位都是靠外部复位电路实现的，在时钟工作后，只要在单片机的RESET引脚上出现24个时钟震荡脉冲（两个机器周期）以上的高电平，单片机就能实现复位。单片机运行出错或进入死循环，可按复位键重新启动。当RESET引脚从高电平变为低电平以后，单片