基于单片机的简易数字电流表设计.doc

课程设计题目 简易数字电流表 二级学院 电子信息与自动化学院 专 业 自动化 班 级 109070101、109070102 学生姓名 学 号 指导教师 万文略 考核项目设计50分平时成绩20分答辩30分设计质量20分创新设计15分报告质量15分熟练程度20分个人素质10分得分总分考核等级教师签名目 录摘 要 2关键词 21 概述 3 1.1设计意义 3 1.2系统主要功能 32 硬件电路设计方案及描述 3 2.1 设计方案 3 2.2硬件电路描述 33.电路工作原理 54.电路图 6 5 元件清单 8 6.程序流程图 9 7. 源程序代码 108. 调试 149. 总结 15参考文献 15基于单片机的简易数字电流表设计摘要 所谓数字电流表就是能将测得的模拟电流量经过A/D转换转变为数字量，并在液晶显示屏上直接显示电流读数的电流表，相比针式电流表有着测量数据准确明了，读数精度高的特点，类似数字式万用表，有着相当的实用性。本次电流表设计主要由电流信号采样电路、A/D（ADC0804)转换电路以及LCD显示电路组成，其中采样电路包括0.1欧姆的采样电阻和100倍的差分放大电路，以及由芯片MC34063组成的反向电路（给运算放放大器提供-5V电压）。本次设计的电流表可直接检测带有负载的回路中的电流0-200Ma,超过200Ma时电路上的红色报警灯会亮，且在实际电路中示数与标准电流值基本相等，有时略有偏差。 关键词：数字电流表，电流采样，ADC0804，单片机1 .概述 1.1设计意义 通过课程设计，掌握电子设计的一般步骤和方法，锻炼分析问题解决问题的能力，学会如何查找所需资料，同时复习以前所学知识并加深记忆，为毕业设计打好基础，也为以后工作作准备。通过对选题的分析设计，学习数字电流表的工作原理、组成和特性；掌握数字电流表的校准方法和使用方法；学会分流电路的连接和计算；了解过压过流保护电路的功用。1.2系统主要功能A、利用AD转换芯片和精密电阻测量0200mA电流 B、系统工作符合一般数字电流表要求2 .硬件电路设计方案及描述 2.1设计方案本次电流表设计主要由电流信号采样电路、A/D（ADC0804)转换电路以及LCD显示电路组成，其中采样电路包括0.1欧姆的采样电阻和100倍的差分放大电路，以及由芯片MC34063组成的反向电路（给运算放放大器提供-5V电压）。AT89S52处理数字信号如下图；LCD液晶显示电路A/D转换采样电路电流信号 未超过黄色led亮若超过红色LED灯亮 判断电压值是否超过200Ma 2.2硬件电路描述 先从题目本生分析，首先想到要求所用到的单片机，出于合理选取及实例分解，根据单片机的特点，选取了AT89S52作为设计用单片机。主要考虑到AT89S52可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 其次，电流测量中，电流是模拟量，而单片机只负责处理数字信号，所以要用到A/D转换芯片，通过筛选，选取了ADC0804作为设计用A/D转换芯片。 A/D转换概念：即模数转换（Analog to Digital Conversion），输入模拟量（比如电压信号），输出一个与模拟量相对应的数字量（常为二进制形式）。例如参考电压VREF为5V，采用8位的模数转换器时，当输入电压为0V时，输出的数字量为0000 0000，当输入的电压为5V时，输出的数字量为1111 1111。当输入的电压从从0V到5V变化时，输出的数字量从0000 0000到1111 1111变化。这样每个输入电压值对应一个输出数字量，即实现了模数转换。ADC0804引脚功能: CS：芯片片选信号，低电平有效。即=0时,该芯片才能正常工作，高电平时芯片不工作。在外接多个ADC0804芯片时，该信号可以作为选择地址使用，通过不同的地址信号使能不同的ADC0804芯片，从而可以实现多个ADC通道的分时复用。WR：启动ADC0804进行ADC采样，该信号低电平有效，即信号由低电平变成高电平时，触发一次ADC转换。RD：低电平有效，即=0时，DAC0804把转换完成的数据加载到DB口，可以通过数据端口DB0DB7读出本次的采样结果。VIN（+）和VIN（-）：模拟电压输入端，单边输入时模拟电压输入接VIN（+）端，VIN（-）端接地。双边输入时VIN（+）、VIN（-）分别接模拟电压信号的正端和负端。当输入的模拟电压信号存在“零点漂移电压”时，可在VIN（-）接一等值的零点补偿电压，变换时将自动从VIN（+）中减去这一电压。VREF/2：参考电压接入引脚，本次设计运用了TL431稳压管构成的一个稳压电路，为的是给该端口提供稳定的直流电压，提高转换精度。CLK IN和CLK R：外接RC振荡电路产生模数转换器所需的时钟信号，时钟频率CLK = 1/1.1RC，一般要求频率范围100KHz1460KHz。AGND和DGND：分别接模拟地和数字地。 INTR ：转换结束输出信号，低电平有效，当一次A/D转换完成后，将引起=0，实际应用时，该引脚应与微处理器的外部中断输入引脚相连（如51单片机的，脚），当产生信号有效时，还需等待=0才能正确读出A/D转换结果，若ADC0804单独使用，则可以将引脚悬空。DB0DB7：输出A/D转换后的8位二进制结果。 另外ADC0804片内有时钟电路，只要在外部“CLK IN（引脚4）”和“CLKR（引脚19）”两端外接一对电阻电容即可产生A/D转换所要求的时钟，其振荡频率为fCLK1/1.1RC。其典型应用参数为：R=10K，C=150PF，fCLK640KHz，转换速度为100。 另外就是采样电流信号的采样电路，参考了相关的资料，设计的电路主要由两个OP07运算放大器组成的差分放大电路，放大倍数约为一百倍，为了减少运放的失真，还专门设计了有MC34063构成的一个反向电路，用来给运放提供-5V电压，然后就是利用的一个0.1欧姆的水泥采样电阻来把电流信号转换成电压信号，输入到运放中，因为ADC0804只能输入电压信号。 最后电路显示部分采用的LCD1602液晶显示。 3.电路工作原理整个电路正常工作时，电流信号首先流过采样电阻，转换成电压信号经过100倍差分放大电路放大后，进入ADC0804芯片，经过A/D转换后，单片机P2端口接收到0804转换出来的数字信号，经过单片机内部的处理后再将电压值在LCD上显示出来，因为前面电压信号进过了放大，所以程序中需要除以相关的值（本次为10）还原电流值，才能送到lcd显示出来。其中须判断电流值是否超过200毫安，若超过应该亮红灯，正常时亮红灯。 由于是8位ADC，当单端输出时，数字输出D的范围是0-255，这时的公式应为：D=V/VREF*256，参考电压VREF设置的是2.56V，假设采样的电流为bA，实际显示应该为1000b毫安经过采样电阻后转换成0.1bV,，经过100倍放大后变成10bV，再根据ADC0804的量化公式D=V/VREF*256，D的值便为1000bV，刚好与要显示的毫安级别的电流值相等，就不需要在程序中再次进行数值处理和还原了。4. 电路图 A/D转换和显示电路反向电压产生电路采样电路AD转换器参考电压稳压电路 5.元器件清单元件清单名 称型 号封装形式数量单片机 AT89S52 DIP-401个A/D转换器ADC0804 DIP-201个液晶显示器LCD1602 DIP-161个晶 振 12M XTAL-11个电阻排10k X8SIP-91个滑动变阻器1KVR-51个电 阻 100KAXIAL-0.42个按 键 SWANJIAN1个电 阻 1KAXIAL-0.41个采样电阻 0.1欧姆AXIAL-0.41个电解电 容470ufRAD-0.22个电 容 470pFRAD-0.21个电 阻 10KAXIAL-0.44个运算放大器0P07CPDIP-82个电阻330欧姆AXIAL-0.42个反向电路芯片MC34063DIP-201个限流电阻0.22欧姆AXIAL-0.41个电感线圈33uh XIAL0.31个稳压管TL431 SIP31个发光二极管led SIP22个电阻220欧姆AXIAL-0.41个电容150pfRAD-0.21个电解电容10ufRAD-0.23个电容30pfRAD-0.22个6. 程序流程图 开始LCD初始化，显示初始内容 启动A/D转换判断A/D转换是否完成 NO继续等待 YES读取并显示电流值判断是否超过200 YES 红灯亮 NO 黄灯亮7.源程序代码主程序：#include#include#includeLCD1602.hsbit _RD=P37;sbit _WR=P36;sbit _INTR=P33;sbit LED1=P13;sbit LED2=P14;unsigned char ADC_Datshow16=current :000 Ma;unsigned char ADC_Dat=0;unsigned char Get_Adc0804(void) /A/D转换函数，内部自动量化unsigned char dat=0; /定义一个字符变量_WR=0; /拉低写端口_nop_(); /延时两个机器周期_nop_();_WR=1; /在拉高写端口，启动A/D转换while(_INTR=1); /等待A/D转换完成_RD=0; dat=P2;_RD=1;return dat;void main(void)LCD_Int();LCD_WriteStr(0,1,Digital Ammeter);/第一行显示数字电流表LCD_WriteStr(0,2,ADC_Datshow); /显示初始电流值while(1)ADC_Dat=Get_Adc0804();LCD_WriteCom(0xc0+9);LCD_WriteDat(ADC_Dat/100)+0x30); /显示电流值第一位LCD_WriteDat(ADC_Dat%100/10)+0x30); /显示电流值第二位LCD_WriteDat(ADC_Dat%10)+0x30); /显示电流值第三位if(ADC_Dat200)LED1=0;LED2=1;elseLED1=1;LED2=0;delay_ms(100);LCD驱动程序：#include#includeLCD1602.h#include /包含_nop_()函数定义的头文件void delay_us(unsigned int z)while(z-)_nop_();void delay_ms(unsigned int z)unsigned char i=0;while(z-)for(i=112;i0;i-);/*函数功能：将模式设置指令或显示地址写入液晶模块入口参数：dictate*/void LCD_WriteCom(unsigned char dictate) Rs=0; /根据规定，RS和R/W同时为低电平时，可以写入指令 delay_us(5); Rw=0; delay_us(5); En=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， delay_us(5); / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置0 LCD_Dat=dictate; /将数据送入P0口，即写入指令或地址 delay_ms(2); En=1; /E置高电平 delay_ms(2); En=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 /*函数功能：指定字符显示的实际地址入口参数：x*/ void LCD_WriteAdr(unsigned char x,unsigned char y) switch(y) case 1:LCD_WriteCom(x|0x80);break; /显示位置的确定方法规定为80H+地址码xcase 2:LCD_WriteCom(x|0xc0);break; /显示位置的确定方法规定为80H+地址码xdefault : break; /*函数功能：将数据(字符的标准ASCII码)写入液晶模块入口参数：y(为字符常量)*/ void LCD_WriteDat(unsigned char dat) Rs=1; /RS为高电平，RW为低电平时，可以写入数据 delay_us(5); Rw=0; delay_us(5); En=0; /E置低电平(根据表8-6，写指令时，E为高脉冲， delay_us(5); / 就是让E从0到1发生正跳变，所以应先置0 LCD_Dat=dat; /将数据送入P0口，即将数据写入液晶模块 delay_ms(2); En=1; /E置高电平 delay_ms(2); En=0; /当E由高电平跳变成低电平时，液晶模块开始执行命令 void LCD_WriteStr(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s)switch(y) case 1:LCD_WriteCom(x|0x80);break; /显示位置的确定方法规定为80H+地址码xcase 2:LCD_WriteCom(x|0xc0);break; /显示位置的确定方法规定为40H+地址码xdefault : break; while(*s!=0) LCD_WriteDat(*s); s+;/*函数功能：对LCD的显示模式进行初始化设置*/void LCD_Int(void) delay_ms(5); /延时15ms，首次写指令时应给LCD一段较长的反应时间 LCD_WriteCom(0x38); /显示模式设置：162显示，57点阵，8位数据接口delay_ms(5); /延时5msLCD_WriteCom(0x38);delay_ms(5);LCD_WriteCom(0x38); /3次写 设置模式delay_ms(5);LCD_WriteCom(0x0c); /显示模式设置：显示开，有光标，光标闪烁delay_ms(5);LCD_WriteCom(0x06); /显示模式设置：光标右移，字符不移delay_ms(5); LCD_WriteCom(0x01); /清屏幕指令，将以前的显示内容清除delay_ms(5); 8.调试 利用实验室的直流稳压源电压输出端和一个36欧姆的电阻以及设计的电流表连成一个回路，电流表的其它元件单独供电，调节稳压源输出电压，观察液晶显示的电流