数字电流表设计.doc
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数字电流表设计.doc
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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:
2015.06.22-2015.7.05
本科生课程设计(论文)
VI
课程设计(论文)任务及评语
院(系):
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:
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220V
2.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
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。
整个设计的关键部分在于采样电路和A/D转换部分,采样电路需要将很小的电流信号转变成电压信号,故采用比例运算放大电路实现效果。
A/D转换部分采用ADC0809,将模拟量转变为数字量。
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:
A/D转换;单片机;LED动态显示
目录
第1章绪论 1
1.1数字电流表概况 1
1.2本文研究内容 1
第2章CPU最小系统设计 2
2.1数字电流表 总体设计方案 2
2.2CPU的选择 2
2.3数据存储器扩展 4
2.4复位电路设计 5
2.5时钟电路设计 6
2.6CPU最小系统图 7
第3章数字电流表输入输出接口电路设计 8
3.1电源电路设计 8
3.2采样待测电流 8
3.3数字电流表检测接口电路设计 9
3.3.1A/D转换器选择 9
3.3.2模拟量检测接口电路图 10
3.4人机对话接口电路设计 10
3.4.1键盘设计 10
3.4.2显示器设计 11
第4章数字电流表软件设计 13
4.1软件实现功能综述 13
4.2流程图设计 13
4.2.1主程序流程图设计 13
4.2.2模拟量检测流程图设计 14
4.2.3单片机处理流程图设计 15
第5章系统设计与分析 16
5.1系统原理图 16
5.2系统原理综述 17
第6章课程设计总结 18
参考文献 19
第1章绪论
1.1数字电流表概况
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。
数字电流表是一种更直观、更便捷的电流表,在工业生产中体现出了其优势。
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。
1.2本文研究内容
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。
本文将制作数字电流表,具有检测0~5A电流的能力,精度5%。
电路设计共分为单片机最小系统电路设计、电流检测电路设计、显示电路设计以及电源电路设计。
并使用汇编语言对单片机进行编程,并由数码管显示最终数据。
在设计中,采用运算放大器对电流采样,经A/D转换器,将电压模拟量转变为数字量,输出给单片机。
单片机通过运算,将结果通过I/O口传递给3个8位共阴极LED数码管,数码管采用动态扫描工作方式,以显示最终的数值。
第2章CPU最小系统设计
2.1数字电流表 总体设计方案
本文将设计数字电流表,数字电流表的过程原理图如下:
采样电流
A/D转换
单片机处理
LED显示
图2.1过程层原理框图
采样电流部分:
对待检测的电流信号进行采样,同时,由于考虑到AD转换需要输入电压信号,因此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AD转换器中。
AD转换部分:
采用ADC0809进行模数转换,并用74LS373锁存。
AD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:
由ADC0809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,并将数值传送到LED显示模块。
LED显示部分:
89C51控制8位数码管,将计算后得到的结果在LED上显示。
2.2CPU的选择
本文中选用的单片机型号为89C51。
89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。
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89C51是一种高效微控制器,89C2051是它的一种精简版本。
89C51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。
1)片内4KBFlashROM程序存储器;
2)128B的片内数据存储器;
3)有4个并行I/O接口分别为P0、P1、P2和P3口,每个I/O接口有8条可单独编程的I/O线;
4)5个中断源,2个中断优先级;
5)2个16位的定时/计数器;
6)21个特殊功能寄存器;
7)可编程串行口。
具体说明40只引脚其功能如下:
VCC:
电源。
GND:
接地。
P0口:
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。
P1口:
P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。
P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。
在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。
P2口:
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。
并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口:
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。
作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST:
复位输入。
当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG:
当访问外部存储器时,地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。
在FLASH编程期间,此引脚用于输入编程脉冲。
在平时,ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号,此频率为振荡器频率的1/6。
因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。
然而要注意的是:
每当用作外部数据存储器时,将跳过一个ALE脉冲。
如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。
此时,ALE只有在执行MOVX,MOVC指令是ALE才起作用。
另外,该引脚被略微拉高。
如果微处理器在外部执行状态ALE禁止,置位无效。
/PSEN:
外部程序存储器的选通信号。
在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两次/PSEN有效。
但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。
/EA/VPP:
当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。
注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。
在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)
图2.289C51单片机引脚图
2.3数据存储器扩展
结89C51片内有128B的RAM存储器,在实
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- 数字 电流表 设计
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