基于51单片机的数字电流表设计.docx

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基于51单片机的数字电流表设计

湖南科技大学

单片机课程设计

题目基于单片机的数字电流表设计

姓名

学院

专业

学号

指导教师

成绩

二〇一一年五月二十六日

单片机课程设计任务书

一、设计题目：

基于单片机的数字电流表设计

二、设计要求：

1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作

2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度

3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的设计

4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显示

摘要

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0—1V电压信号,由A/D转换器采集电压信号，并将电压转换的数字信号传输给单片机，由单片机完成对采样信号的处理、分析，最后输出信号驱动LED显示器，显示被测的电压值。

一、功能要求…………………………………………………………………1

二、原理及方案论证…..………………………………………………………2

三、系统硬件电路的设计………………………………………………………3

四、系统程序的设计……………………………………………………………4

五、调试及设计结果…………………………………………………………….5

参考文献……………………………………………………………………...6

一、功能要求

1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作

2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度

3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的设计

4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显示

二、原理及方案论证

1、数字电流表工作原理

1.1采样电阻网络

原理如下图所示，输入被测电流通过量程转换开关S1——S4，流经采样电阻R1——R4，由欧姆定律可知：

U=I*R，因而转换输出电压为0V——0.1V的电压，输出电压可再经后续放大电路放大处理。

1.2高共模抑制比放大电路

如下图，由双运放组成的同相输入高共模抑制比放大电路，其闭环输出可表示为：

为使共模输入为0，可令R1/R2=R4/R3,此时电路的差动闭环增益为Kd=1+R1/R2,U0=Kd（U1-U2）;下图即Kd=11，U0=11（U1-U2）;

1.3通用A/D转换器

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换芯片。

由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。

ADC0832具有以下特点：

◆8位分辨率；

◆双通道A/D转换；

◆输入输出电平与TTL/CMOS相兼容；

◆5V电源供电时输入电压在0~5V之间；

◆工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；

◆一般功耗仅为15mW；

◆8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；

◆商用级芯片温宽为0°Cto+70°C，工业级芯片温宽为-40°Cto+85°C；

芯片接口说明

CS_片选使能，低电平芯片使能。

CH0模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

CH1模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

GND芯片参考0电位（地）。

DI数据信号输入，选择通道控制。

DO数据信号输出，转换数据输出。

CLK芯片时钟输入。

Vcc/REF电源输入及参考电压输入（复用）。

1.4AT89C52单片机

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片置通用8位央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C52单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

主要性能参数

·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容

·8k字节可擦写Flash闪速存储器

·1000次擦写周期

·全静态操作：

0Hz－24MHz

·三级加密程序存储器

·256×8字节部RAM

·32个可编程I／O口线

·3个16位定时／计数器

·8个断源

·可编程串行UART通道

·低功耗空闲和掉电模式

功能特性概述

AT89C52提供以下标准功能：

8k字节Flash闪速存储器，256字节部RAM，32个I／O口线，3个16位定时／计数器，一个6向量两级断结构，一个全双工串行通信口，片振荡器及时钟电路。

同时，AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中的容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

2、方案论证

本设计采用精密采样电阻（9欧、0.9欧、0.09欧、0.01欧），电阻精度可达0.1%可忽略；八位A/D精度为5/256（V）;因而除去放大电路增益误差及线性误差，电流表精度约为（5/256）/11，约为1.7mA；对于1000mA的总量程精度可达0.1%，因而方案可达设计要求。

三、系统硬件电路的设计

系统仿真接线简图

本设计中用到AT89C52单片机、八位ADCAD0832、发光二极管、六位八段显示数码管LED，通用运放UA741、PNP管及必要的电阻、电容元件等。

系统原理方框图电路仿真简图如上图。

系统方框图

四、系统程序设计

程序流程图如下：

系统程序流程图

C语言程序如下：

#include//包含相应的头文件

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

ucharaxs[6],azs[6],ac[10],dc[6];

voidITOAZ（intnum,uchar*p）;

voidITOAX（intnum,uchar*p）;

floatU,U1;

sbitCS=P3^4;//定义数模转换器硬件对应引脚

sbitCLK=P3^5;

sbitDO=P3^6;

sbitDI=P3^7;

/******************读写AD0832函数****************/

/************************************************/

unsignedcharReadADC（unsignedcharchannel）

{

unsignedcharj;

unsignedcharTemp=0;

DI=1;

_nop_（）;

_nop_（）;

CS=0;//拉低CS端

_nop_（）;

_nop_（）;

CLK=1;//拉高CLK端

_nop_（）;

_nop_（）;

CLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿1

_nop_（）;

_nop_（）;

CLK=1;//拉高CLK端

DI=（channel>>1）&0x1;

_nop_（）;

_nop_（）;

CLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿2

_nop_（）;

_nop_（）;

CLK=1;//拉高CLK端

DI=channel&0x1;

_nop_（）;

_nop_（）;

CLK=0;//拉低CLK端,形成下降沿3

DI=1;//控制命令结束

_nop_（）;

_nop_（）;

for（j=0;j<8;j++）//处理读入8位数据

{

CLK=0;

_nop_（）;

Temp=（Temp<<1）|DO;

_nop_（）;

CLK=1;

}

CS=1;

CLK=0;

DI=1;

return（Temp）;//返回转换值

}

/************************************************/

/************************************************/

/******************显示转换函数******************/

/************************************************/

//延时函数

voiddelay（uintn）

{

uinta;

uchari;

for（a=n;a>0;a--）

for（i=0;i<2;i++）;

}

//将浮点数转成函数

voidITOC（floatf,uchar*c）

{

floatzs,xs;

intbxs,bzs,i,k=0;

xs=modf（f,&zs）;//分离整数部分与小数部分函数

if（P3==0XFE）

bxs=（int）（（xs*100）+0.5）;

else

bxs=（int）（（xs*100）+0.5）;//小数点后两位有效数字

ITOAX（bxs,axs）;//把小数部分转换成字符串存入axs数组

bzs=（int）zs;//把整数部分转成整型

ITOAZ（bzs,azs）;//把整数部分转换成字符串存入azs数组

for（i=0;axs[i]!

='s';i++）//把最终结果存入c数组

c[i]=axs[i];

c[i]='.';

for（k=0,i=i+1;azs[k]!

='s';k++,i++）

c[i]=azs[k];

if（U<0）c[i]='-';

elsec[i]=0xff;

c[i+1]='s';

}

//将整型数转换成对应的

voidITOAZ（intnum,uchar*p）

{

ucharw,i=0;

do

{

w=num%10;//将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中

p[i]=w;

num=num/10;

i++;

}while（num）;

p[i]='s';

}

//将小数数部分转换成对应的

voidITOAX（intnum,uchar*p）

{

ucharw,i=0;

do

{

w=num%10;//将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中

p[i]=w;

num=num/10;

i++;

}while（num）;

while（i<2）

{p[i]=0;i++;}

p[i]='s';

w=p[i];

}

//显示译码函数

voiddecode（uchar*n,uchar*dn）

{uchari;

for（i=0;n[i]!

='s';i++）

{switch（n[i]）

{case0:

dn[i]=0x3F;break;

case1:

dn[i]=0x06;break;

case2:

dn[i]=0x5B;break;

case9:

dn[i]=0x6F;break;

case3:

dn[i]=0x4F;break;

case4:

dn[i]=0x66;break;

case5:

dn[i]=0x6D;break;

case6:

dn[i]=0x7D;break;

case7:

dn[i]=0x07;break;

case8:

dn[i]=0x7F;break;

case46:

dn[i]=0x80;break;

case'-':

dn[i]=0x40;break;

default:

dn[i]=0x00;break;

}

}

dn[i]='s';

}

/************************************************/

/************************************************/

/********************主换函数********************/

/************************************************/

voidmain（void）

{

uchari,j,P2_;

floatA;

while

（1）

{

U=ReadADC（0）/256.0;

switch（P1）

{case0xfe:

A=U*10*1.025;break;

case0xfd:

A=U*100/1.09;break;

case0xfb:

A=U*1000;break;

default:

A=0.0;break;

}

A=10*A;

ITOC（A,ac）;

decode（ac,dc）;

P2=0XFf;

P2_=0Xfe;

for（j=0;dc[j]!

='s';j++）

{P2=0XFf;

P0=dc[j];

P2=P2_;

delay（150）;

P2_=_crol_（P2_,1）;

/*P2_<<=1;*/

}

}

}

/************************************************/

/************************************************/

五、调试及设计结果

1、PROTUSE系统仿真结果

系统仿真能正常运行，达设计所有指标，仿真部分电路如下：

PROTUSE系统仿真效果图

2、实际硬件制作结果

根据电路图自制电路，测试结果：

能正常测量10——1000mA电流，达大部分设计要求。

实物测试结果如下：

实际制作效果图

参考文献：

[1]测控电路.天津：

天津大学，2010.09

[2]单片机原理及接口技术.：

航空航天大学，2005.10

[3]电子技术基础（模拟部分、数字部分）.：

高等教育，2006.01

[4]大学生电子设计与应用.：

中国电力，2007.03