《控制系统》课程设计-电量数据采集系统设计.doc

控制系统课程设计课题： 电量数据采集仪系 别： 电气与电子工程系专 业： 自动化姓 名： 学 号： 指导教师： 2011 年1 月7 日成绩评定一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、评分（按下表要求评定）评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合 计 （100分）任务完成情 况（20分）课程设计报告质量（40分）表达情况（10分）回答问题情 况（10分）工作态度与纪律（10分）独立工作能力（10分）得分课程设计成绩评定班级 姓名 学号成绩： 分（折合等级 ）指导教师签字 年 月 日一、设计目的设计一种电量数据采集仪用于实现电压、电流交替显示，如果单独查看电压或电流，可以通过安检控制查看电压或电流。二、设计要求1、绘制多电量采集系统结构框图。2、实现电压、电流的交替显示。3、若单独查看电压或电流，可以通过安检控制查看电压或电流。三、系统设计 一、总体设计系统结构框图本设计是at89c51单片机控制的电量检测系统。其工作原理是：先由电量传感器采集数据，启动ad转换，后将数据读入单片机中进行运算并显示，即由数据采集，数据分析和数据处理三部分完成。本设计中，控制系统的控制器有单片机at89c51为核心，系统采用wb1414as1（交流电流传感器）和wbv1414as3交流电压传感器对电流和电压进行数据采集，并输出标准电流4ma20ma，wb1414as1、wbv1414as3具有新型电磁隔离，高精度变送等优点。at89c51单片机控制ad0809进行模数转换，数据经过单片机的运算，输出结果，并把结果在4位8段数码管上显示。二、硬件电路设计1、 wb系列交流电量传感器传感器型号及技术指标 采用wbv413as3交流电压传感器和wb1414as1交流电流传感器对电流和电压进行数据采集。wbv141as3技术指标：输入规格：10v1000vac输出规格：4ma20ma响应时间: 250ms负载能力：6v静态功耗：50mw供电电源：+12或+24其他指标：（1）线性范围：0120%标称输入 （2）输入频响：255k （3）环境条件：0+50wb1414as1技术指标：输入规格：5a50a输出规格：4ma20ma精度等级：0.5级响应时间：300ms负载能力：6v静态功耗：800mw供电电源：+12或+24其他指标：（1）线性范围：0120%标称输入（2）输入频响：25hz5khz，特别适合工频至中频 （3）环境条件：0+50。2、控制电路的设计（1）单片机的选择本设计选用at89c51单片机.at89c51的极限参数： 工作温度: -55to+125；储藏温度：-60to+150；任一引脚对地电压：-1.0to+7.0；最高工作电压：6.6v；直流输出电压：15.0ma。（2）模数转换部分的设计ad转换器的种类繁多，工作原理各异，但逐次比较型ad转换器是应用较多的类型之一，其原因是该类型的ad转换器转换速度快、精度高。因此本次设计选用一款逐次比较型ad转换器adc0809.被采样的电压、电流信号分两路进入adc0809进行模数转换，写信号wr和p2.7控制adc0809的地址锁存和转换器，即当start上升沿时，所有内部寄存器清零；下降沿时，开始进行ad转换，在转换期间，start应保持低电平。eoc通过非门连接到at89c51的into脚，可通过查询方式来检测转换是否完成。当eoc为高电平时，表明转换结束，否则表明正在进行ad转换，即eco=1时，读信号rd和p2.7控制的adc0809的oe信号即控制三条锁存器向单片机输出转换得到的数据。adc0809引脚图cba选择的通道000in0001in1010in2011in3100in4101in5110in6111in7通道选择表（3） 键盘输入部分 在此系统中，查看电压、电流只需要两个按键，比较简单，所以就采用独立式按键接口电路。3、 led显示部分设计led的动态显示方式在多位led显示时，为了简化硬件电路，通常将所有位的段选线相应的并联在一起，有一个8位i/o控制，形成段选线的多路复用。而各位的共阳极或共阴极分别由相应的i/o线控制，实现各位的分时选通。其中段选线占用一个8位i/o口，而位选段占用一个4位i/o口。由于各位的段选线并联，段码的输出对各位来说都是相同的，因此，同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，4位led将显示相同的字符。若要将各位led能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只让某一位的位选线状态，而其他各位的位选线处于关闭状态，同时段选线上输出相应位要显示字节的段码。在确定led不同位显示的时间间隔，不能太短，因为发光二极管从导通到发光有一定的延迟，导通时间太短，发光太弱人眼无法看清。但也不能太长，因为毕竟要受限于临界闪烁频率，而且此时间越长，占用cpu时间也越多，另外，显示位增多，也将占用大量的cpu时间，因此动态显示实质是以牺牲cpu时间换取元就爱你的减少。led静态显示方式 led显示器工作于静态显示方式时，各位的共阴极或共阳极连接在一起并接地（或+5v）；每位的段选码（adp）分别与一个8位的锁存器输出相连，所以称为静态显示。各个led的显示字符一经确定，相应锁存器的输出将维持不变，知道显示另一个字符为止。也正因为如此，静态显示器的亮度都较高。这种显示方式接口编程容易，付出的代价是占用口线较多，若用io接口，则要占用4个8位口，若用锁存器接口，则要4片74hc595芯片。如果显示器位数较多，则静态显示方式更是无法适应，因此在显示位数较多的情况下，一般都采用动态显示方式。由于本系统只涉及到4位显示输出，就采用了4片8位移位寄存器串级使用的led静态显示方式。三、 软件系统设计1主程序流程图 主程序流程图2按键程序流设计 在本系统中，有查看电压或电流的功能，由两个按键key1和key2控制。首先要判断是否有减按下，如果的确有键按下，例如key1，选通模拟通道，单片机通过p2.7口发出启动转换信号adc0809，转换结束，将数据从adc0809中读取送入at89c51单片机中进行标度转换和拆数等运算，并显示于led数码管。标度转换的目的是要把实际采样的二进制转换成bcd形式的电量值，然后存放到显示缓冲区。一般按键在按下的时候有抖动的问题，即键的簧片会有轻微的弹跳，需要经过一个短暂的时间才会可靠的接触。若在簧片抖动时惊醒扫描就可能得到不正确的结果。因此，在程序中需要考虑到防抖动的问题。最简单的办法是在检测到有键按下时，延时一段时间再次检测看是否有键按下，这个可以通过调用子程序来解决。按键程序流程图3定时器0中断服务程序设计at89c51内部有两个16位的可编程定时器计数器，t0和t1。定时器实际上是工作在计数方式下 ，只不过对固定频率的脉冲计数，由于脉冲周期也固定，由计数值可以计算出计数时间，有定时的功能。at89c51的tc是加1计数的。当工作在定时器方式时，对振荡源12分频的脉冲计数，即每个机器周期计数值加1，计数速率112fosc，当fosc=12mhz时，计数速率=1000khz,即计数器每加1用时1us。key1和key2子程序流程图4a/d转换程序设计 被采样的电压、电流信号分两路进入adc0809进行模数转换，写信号wr和p2.7控制adc0809的地址锁存器和转换器，即当start上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行ad转换，在转换期间，start应保持低电平。转换完成后，读信号rd和p2.7共同控制的adc0809的oe信号即控制三条输出锁存器单片机输出转换得到的数据。流程图如图4-5所示。定时器0中断流程图a/d转换流程图四、设计总结 我做的基于单片机的电量检测系统课程设计完成了，基本上达到了预期的目的。当初拿到这个题目的时候都不知道怎么入手，但在老师的指导下，自己找资料、看书，总算完成了。通过此次的课程设计，使我对单片机有了更深一层的了解，从理论和实践我都得到了很大的提高，所以这次任务的完成使我学到了很多知识。首先，丰富了自己的知识面，学通了以前没学通的东西，具体了解了怎么去完成一个电路的设计。在此次的设计中，学到了单片机at89c51的内部结构及工作原理，了解了时钟电路和控制电路的工作原理，还有共阳极数码管的工作原理，同时也提高了我的c语言使用能力，并且挺高了自己分析问题和解决问题的能力，有了理论联系实际的机会，为以后从事这个方面的工作打好了基础，这也是这次毕业设计的最大收获。这次的课程设计总的来说还是比较成功的，能够实现电压、电流交替显示，如果单独查看电压或电流，可以通过安检控制查看电压或电流，但是还是有许多不足之处，不过的确从中学到了很多，也发现了自己的很多问题，为自己以后的学习、进步打下了不错的基础。五、参考文献1 张毅民，彭喜元.mcs51单片机应用技术m.哈尔滨工业大学出版社，2003.72 何立民. mcs51单片机应用系统设计m.北京航空航天大学出版社，1998.73 李华. mcs51系列单片机实用接口技术m北京航空航天大学出版社，1993.34 廖忠. 单片机对交流电量直接采样测试的实现j南昌水专学报，1995.25 詹新生，张江伟.基于at89c51的数控直流电压源的设计j现代电子技术，2008.16 杨妍，孙震，苏为