数字电流表设计

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）：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0～5V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0.1V。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本科生课程设计（论文）IV目录第1章绪论..........................................................11.1数字电流表的概况.............................................11.2本文研究内容.................................................1第2章设计原理与结构框图............................................22.1设计原理和功能...............................................22.2结构框图.....................................................2第3章硬件电路设计..................................................33.1数字电流表的工作原理.........................................33.2CPU的选择....................................................43.3过流、防反接保护.............................................43.4放大器.......................................................53.5AD转换器及外围电路计.........................................63.5.1A/D转换器概述......................................................................................63.5.2内部结构................................................................................................63.5.3引脚功能（外部特性）........................................................................63.5.4通道选择................................................................................................63.5.5极限参数................................................................................................73.5.6ADC0808的输出端注意.........................................................................73.5.7外围电路设计........................................................................................73.6量程选择及量程显示...........................................93.7LED显示......................................................9第4章测量系统的总体结构设计.......................................114.1系统组成框图................................................114.2硬件图......................................................114.3软件流程图..................................................124.4程序清单....................................................14第5章系统设计与分析...............................................27本科生课程设计（论文）V5.1系统原理图..................................................275.2系统原理综述................................................27第6章课程设计总结.................................................28参考文献............................................................29本科生课程设计（论文）1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．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、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。本科生课程设计（论文）2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0—100mA,要求能在LED数码管上显示。2.2结构框图图2.1原理框图输入电路ADC0808单片机AT89C51LED数码显示本科生课程设计（论文）3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=RgIg，若Ug和Rg已知则Ig就是电流表的满量程电流。VR11R2100图3.1电流表原理图本科生课程设计（论文）43.2CPU的选择AT89C51是一可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）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。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3.1CPU的引脚图。EA/VP31X119X218RESET9INT012INT113T014T115P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U189C51本科生课程设计（论文）5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放大器电路图本科生课程设计（论文）63.5AD转换器及外围电路计3.5.1A/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