直流数字电流表设计.doc

课程设计说明书唐 山 学 院测控系统原理课 程 设 计 题 目 直流数字电流表设计 系 (部) 机电工程系 班 级 姓 名 学 号 指导教师 2014 年 03 月 02 日至 03 月 13 日 共 两 周2014年 03 月 13 日测控系统原理课程设计任务书一、设计题目、内容及要求1、设计题目：直流数字电流表设计2、设计内容：运用所学单片机、模拟和数字电路、和测控系统原理与设计等方面的知识，设计出一台以AT89C52为核心的直流数字电流表，完成电流信号的采集、处理、显示及键盘接口电路等部分的软、硬件设计，要求采用ADC0808 实现A/D转换，由键盘设置测量量程，用发光二级管显示当前测量量程。直流数字电流表要求如下： 1）4位数码管显示 2）量程：10A、1A、100mA。 3）防反接保护、过流保护。4）内阻不限。3、设计要求：1）硬件部分包括前置信号处理单元（放大电路，调制解调电路、滤波电路等）、 A/D转换、微处理器（MCU）、键盘、显示等；2）前置信号处理单元误差分析，认真查阅组成各功能电路需要的芯片、电阻等元件的数据手册或相关规范说明，分析信号处理单元主要误差来源及大小，按照误差合成和分配的算法，计算主要误差的大小，给出精度值。3）软件部分包括键盘扫描、A/D转换、数字滤波、标度变换、显示等；4）用PROTEUS软件仿真实现；5）用Protel画出系统的硬件电路图；6）撰写设计说明书一份(不少于2000字)，阐述系统的工作原理和软、硬件设计方法，重点阐述系统组成框图、硬件原理设计和软件程序流程图。说明书应包括封面、任务书、目录、摘要、正文、参考文献(资料)等内容，以及硬件电路图和软件程序框图等材料。二、设计原始资料Proteus 及KEIL51仿真软件，及软件使用说明。三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）设计说明书一份(不少于2000字)。四、进程安排1. 2015年3月2日 资料查阅2. 2015年3月3，4日 总体设计，硬件设计3. 2015年3月5，6日 绘制电路图3. 2015年3月9，10日 绘制软件程序流程图，编写软件4. 2015年3月11日 软、硬件仿真调试5. 2015年3月12，13日 撰写设计说明书五、主要参考资料1王福瑞等单片微机测控系统设计大全北京航空航天大学出版社，19992现代测控技术与系统 韩九强 清华大学出版社 2007.93智能仪器 程德福，林君主编 机械工业出版社 2005年2月4测控仪器设计浦昭邦，王宝光主编 机械工业出版社 20015基于AT89C51单片机的数字电压表的设计，黄亮，电子制作，200610 ，25-276Keil C51帮助文档7. 误差理论与数据处理，费业泰. 机械工业出版社，2010指导教师（签名）：教研室主任（签名）：课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日 目 录摘要21.硬件设计31.1 数字电流表的工作原理3 1.2过流、防反接保护31.3 放大器41.4 A/D转换41.5量程选择及量程的显示61.6 LED显示62.软件设计62.1系统的组成框图62.2软件流程图72.3硬件图83.总结94.参考文献10附录一 元器件清单11附录二 程序代码12附录三 设计仿真结果18摘 要 本设计主要采用AT89C52单片机和ADC0808芯片来完成一个直流数字电流表的设计.有10A、1A、100mA三个量程可选,该量程切换是通过按键来完成的.测量的结果通过一个4位一体的8段数码管显示.该电流表有三个部分组成:A/D转换模块、数据处理模块、显示模块.A/D转换主要由ADC0808来完成,它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量,再传到数据处理,进行标度变换,最后把处理好的数据用数码管显示。关键词 数字电流表，AT89C52，A/D转换1.系统的工作原理1.1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，如图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，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。1.2 过流、防反接保护用熔断器做过流保护，二极管做防反接保护。熔断器可通过的最大电流设置为10A，当输入电流大于10A时，熔断器自动烧断，从而保护电路。二极管属于单向传导电流的电子器件，当电流反接时，二极管不导通，同样起到保护电路的作用。如图2所示:图2过流、防反接保护1.3 放大器 放大部分的电路采用如下电路,并再串一级低通滤波，如图3所示:图3 放大器1.4 A/D转换A/D转换部分本设计采用了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，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换。（下图为ADC0808的信号时序配合图）图4 ADC0808的信号时序配合图内部结构ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。 引脚功能（外部特性） ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如下图所示。图5 ADC0808引脚图各引脚功能如下：15和2628（IN0IN7）：8路模拟量输入端。 8、14、15和1721：8位数字量输出端。 22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 6（START）： AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换。 7（EOC）： AD转换结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平。 9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 12（VR（+）和16（VR（-）：参考电压输入端。11（Vcc）：主电源输入端。 13（GND）：地。 2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路通道选。1.5 量程选择及量程显示 本设计量程的选择通过按键来实现，通过判断按键的次数来选择量程,以及通过实现发光二极管来显示当前量程。如图6所示：图6量程选择及量程显示1.6 LED显示本系统测量结果用4位一体数码管显示：图7 四位一体数码管2.测量系统的总体结构设计2.1 系统的组成框图负反馈放大电路采样A/D转换器及其外围电路单片机LED数码管独立式按键量程选择2.2 软件流程图 初始化NYYYNNn=1?n=3?n=2?判断按键次数n=4 则n=1读按键值开 始 显示量程1进入量程1 显示量程2进入量程2显示量程3进入量程3启动AD转换数据处理送数码管显示结 束依上图所示，当程序开始运行时，首先系统初始化，然后由用户按键来选择预使用的量程，系统读取按键值。设按键次数为n，当n=1时，显示并进入量程1（即10A的量程），此时红灯亮；当n=2时，显示并进入量程2（即1A的量程），此时绿灯亮；当n=3时，显示并进入量程3（即100mA的量程），此时蓝灯亮。读取完n值后，启动A/D转换，A/D转换主要由ADC0808芯片来完成,它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量,再传到数据处理,进行标度变换,最后把处理好的数据用数码管显示出来。2.3 硬件图3.总结这次课设让我受益匪浅，无论从知识上还是从其他的各个方面。通过此次课设，让我能够将理论联系到实际，开阔了眼界，提高了对单片机知识的理解。单片机是很重要的一门课程，老师和一些工作的朋友都曾说过，如果学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上有些理解，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。4.参考文献1王福瑞等单片微机测控系统设计大全北京航空航天大学出版社，19992现代测控技术与系统 韩九强 清华大学出版社 2007.93智能仪器 程德福，林君主编 机械工业出版社 2005年2月4测控仪器设计浦昭邦，王宝光主编 机械工业出版社 20015基于AT89C51单片机的数字电压表的设计，黄亮，电子制作，200610 ，25-276Keil C51帮助文档 7. 误差理论与数据处理，费业泰. 机械工业出版社，2010附录一 元器件清单器件类型器件名数量单片机AT89C521A/D转换器ADC08081数码管TSEG-MP*4-CC1开关按键开关1电容C4电阻R10发光二极管LED3二极管D11三极管2N39043变阻器RV11晶振X11继电器PCJ-112D3MH3附录二 程序代码ORG 0000H SJMP START ORG 0080H LED0 EQU 40H LED1 EQU 41H LED2 EQU 42H LED3 EQU 43H ;存放四个数码管的段码 ADC EQU 45H ;存放转AD换后的数 STR BIT P3.0 OE BIT P3.1 EOC BIT P3.2 START: MOV LED0,#00H ;清零 MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#00H MOV P1,#00H MOV P2,#0F1H MOV P3,#9FH MOV R1,#00H MOV DPTR,#TABLE ;送段码首地址到DPTRWAIT: CLR STR SETB STR CLR STR ;产生下降沿启动AD转换 JNB EOC,$ ;等待转换结束 SETB OE ;允许输出转换结果 MOV ADC,P0 ;存储转换结果 CLR OE MOV A,ADC MOV R2,#00H CLR C RLC A JNC GO MOV R2,#01HGO: MOV B,#51 ;数据送显示前的处理 DIV AB CJNE R2,#01H,MEI ADD A,#05HMEI: MOV LED2,A ;测量结果送到数码管显示 MOV A,B MOV B,#5 DIV AB MOV LED1,A MOV LED0,B MOV A,LED2 CJNE A,#10,WU AJMP NEXTWU: AJMP NEXT1NEXT: MOV LED0,#00H MOV LED1,#00H MOV LED2,#00H MOV LED3,#01HNEXT1: CJNE R1,#03H,NEXT2 LCALL DISP3 JB P3.7,WAIT LJMP KEYNEXT2: CJNE R1,#02H,NEXT3 LCALL DISP2 JB P3.7,WAIT LJMP KEYNEXT3: LCALL DISP1 JB P3.7,WAIT LJMP KEY DISP1: MOV A,LED0 ;显示子程序 MOVC A,A+DPTR CLR P2.7 MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.7 MOV A,LED1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.6 MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.6 MOV A,LED2 MOVC A,A+DPTR CLR P2.5 ORL A,#80H MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.5 MOV A,LED3 MOVC A,A+DPTR CLR P2.4 MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.4 RET DISP2: MOV A,LED0 MOVC A,A+DPTR CLR P2.7 MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.7 MOV A,LED1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.6 MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.6 MOV A,LED2 MOVC A,A+DPTR CLR P2.5 MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.5 MOV A,LED3 MOVC A,A+DPTR CLR P2.4 ORL A,#80H MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.4 RETDISP3: MOV A,LED0 MOVC A,A+DPTR CLR P2.7 MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.7 MOV A,LED1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.6 ORL A,#80H MOV P1,A LCALL DELAY SETB P2.6 MOV A,LED2 MOVC A,A+DPTR CLR P2.5 MOV P1,A