基于单片机的电流电压测量系统设计

西华大学课程设计说明书基于单片机的电流电压测量系统设计摘要：本次设计提供了基于单片机的电压电流测量系统的硬件和软件设计。 电气参数测量技术设计范围广，应用领域也非常广泛。 随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天，数字电压、电流计成为电压、电流计设计的主要方向，具有非常重要的地位。关键词：单片机，应用领域，设计abstract : thedesignisprovidedbyscm-basedvementationandcurrentsystemhardwareandsoftwaredesign.electricalparametermeasurem ionadwiderenterforapplicationanearcascanbeveryhierve.with the develo technology -基本today，thedigitalvoltagemeterto currentmeterdesignofthemaindirection，andthereisaververververimportposition。keywords :微控制单元，应用程序，设备目录一开头二1.1电子测量的概要21.2数字电压表的特征31.3单片机的概要32系统方案的选择和论证42.1功能要求42.2系统总体计划52.3各模块方案的选择和论证52.3.1控制模块52.3.2范围自动转换模块62.3.3 A/D转换模块62.3.4显示模块62.3.5通信模块73系统的硬件电路设计与实现73.1系统的硬件构成要素73.2主要单元电路设计83.2.1中央控制模块83.2.2范围自动转换模块93.2.3 A/D模数转换模块133.2.4显示模块153.2.5通信模块153.2.6电源部164系统的软件设计174.1软件的整体设计原理174.1.1 A/D转换程序设计184.1.2数字滤波器设计184.1.3范围自动转换的程序设计205系统调试和配置文件225.1调试和测试225.2性能分析226结束语236.1设计总结236.2设计须知237谢词24附录25附录1参考文献25附录2系统总电路图26附录3源程序271前言1.1电子测量概要广义上，利用电子技术进行的测量都可以说是电子测量的狭义上，电子测量是用电子学测量与电量有关的量。 与其他一些测量相比，电子测量测量频率范围非常广，其应用范围广范围广测量精度高测量速度快容易实现遥测和长期无中断测量，显示方式清晰，容易利用直观的计算机，形成电子测量和计算技术的紧密结合。随着科学技术和生产的发展，测量任务越来越复杂，工作量增大，测量速度的测量精度要求越来越高，这些对测量仪器和测量系统提出了更高的要求。 微机的出现为解决上述问题提供了条件。 利用微机的记忆、记忆、数学运算、逻辑判断和指令识别等能力，发展了微机化和自动测试系统。 近年来，在微机和大规模集成电路迅速发展、价格大幅下降的同时，用测试系统解决了通用接口母线的标准化问题，微机化设备和自动测试系统取得了很大发展，改变了电子测量的面貌。1.2数字电压表的特征1 .读取值直观且正确电压表的数字化将连续的模拟(例如直流电压)转换为不连续的离散数字形式来显示。 这与常规的指针和拨盘读取方法不同，避免了读取的视差和视觉疲劳。2 .显示范围宽，辫力高指针表的编辫力用刻度盘的细度来表现，刻度盘在一定的条件下不能细分，细视觉上的编辫也很难，数码显示的电压表现在可以从2(1/2)到10(1/2)。3 .输入阻抗数字电压表的输入阻抗高达(110000)M。 输入阻抗越高，所吸收的被测量信号的电流就越小，附加误差越小，可忽略。4 .集成度高，功耗小，抗干扰性强由于CMOS技术的发展，通过减小集成电路的功耗，即减小发热量，能够在同一芯片上集成更多的元件，形成大规模或超大规模的集成电路。 这给制造业带来了飞跃，不仅仪表小巧，功能齐全，手机和小型电脑等也诞生了。 当前，由双积分或多积分A/D转换器构成的数字电压表可以抵消一些或全部干扰信号，从而其串行模式抑制比达到100分贝，共模抑制比达到120分贝。5 .可扩展性强直流数字电压表本身能扩展为交流电压表、交流直流电流计、峰值计、电表等，也能附加智能化。 例如，设定：数字的计算、保持、比较、设定时间、上下量限制、自动控制等多种功能。1.3单片机概述所谓单片机，是在一个半导体硅晶片上集成了微处理器(CPU )、存储器(ROM、RAM、EPROM )和各种输入输出接口的计算机，由于这种集成电路芯片具有一个计算机的属性，因此，所谓单片机单片机根据其基本操作处理的位数，与单片机、4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机其发展历史可分为以下四个阶段第一阶段：单片机的初级阶段。 由于过程的限制，单片机两片形势和功能比较简单。 例如，仙童公司制造的F8单片机实际上只包含8个CPU、64 B RAM和2个并行端口。 因此，需要添加3851来配置完整的计算机。第二阶段：低性能单片机阶段。 以英特尔公司制造的MCS-48单片机为代表，该单片机集成了8位CPU、并行I/O端口、8位定时器/计数器、RAM和ROM等，但不足之处没有串行端口，比较便宜。第三阶段：高性能单片机阶段。 此阶段推出的单片机具有I/O端口、多级中断系统、16位计时器/计数器、片上ROM、RAM容量大，地址范围达到64KB，片上有A/D转换器。 这种单片机的典型代表有英特尔的MCS-51系列、摩托罗拉的6801和Zilog的Z8等。 这种单片机由于性价比高，仍被广泛应用，是目前应用数量多的单片机。第四阶段：第八名单片机的强化发展和第十六名单片机、第三十二名单片机的上市阶段。 该阶段的主要特点是发展16位单片机、32位单片机和专用型单片机，同时不断完善高级8位单片机，改进其结构，提高了它的工作效率。2系统方案的选择和论证2.1功能要求使用AD/DC模数转换模块将模数转换为数字量，使用AT89C52单片机计算和显示电压、电流计，并将数据传输给PC，要求硬件、软件系统的设计。1、4位电压、电流显示2、8档自动调整3、电压范围01000V4 .电流范围05A5、串行传送到电脑，可以适时的波形显示2.2系统的整体计划本设计主要由范围自动转换模块、A/D模数转换模块、单片机控制模块、显示模块和通信模块组成。 根据系统功能的实现要求，控制模块采用AT89C52单片机，通过程序进行电压、电流计算等数据处理及其功能控制的量程自动转换模块包括电压衰减和8档自动变速，由纯硬件构成a d转换模块采用ADC0809芯片的显示模块用4个LED数字管静态显示电压、电流值。 通信模块使用串行通信向PC传输数据。 使用MAX232芯片，实现电平转换功能，将单片机的TTL电平与RS232的电平匹配。 如图2.1所示图2.1系统整体框图2.3各模块方案的选择和论证2.3.1控制模块中央控制器是整个系统的核心，通过接收外部信息，根据控制算法来驱动致动器。 中央处理装置的选择多种多样，本设计采用ATMEL公司生产的AT89S52系列的单片机作为主控制器。 支持ISP在线可编程写入技术。串行写入的频率高达33MHz，因此其速度更快，内部集成了监视计时器，不需要像89C51那样外置监视计时器的单元电路。 稳定性更好。 AT89S52高性能8位单片机是一款低功耗、高性能CMOS 8位单片机，它提供了8 kbytes ISP (系统可编程)可重写的闪存只读程序存储器根据非易失性存储器技术所制造的标准MCS-51指令系统和80C51管脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP闪存单元，强大的微机AT89S52在很多嵌入式控制应用中具有高成本AT89S52具有40管脚、8k字节闪存芯片内程序存储器、256字节随机访问数据存储器(RAM )、32个外部双向输入输出(I/O )端口、5个中断优先级2层中断嵌套中断、2个16位AT89S52被设计成使振荡频率为0Hz，可以通过软件设定省电模式。 在空闲模式下，CPU可以暂停工作，RAM计时器计数器、串行端口和外部中断系统可以继续工作，停电模式可以冻结振荡器保存RAM中的数据，停止芯片的其他功能，导致外部中断启动或硬件复位。 同时，该芯片有PDIP、TQFP、PLCC等三种封装形式，可满足不同产品的需要。2.3.2范围自动转换模块方案1，采用软件编程技术。 特征：硬件很简单，但编程很复杂。方案2，采用纯粹的硬件构建技术。 利用几个廉价的零件来构成范围自动转换电路，使用的硬件多，但成本低，不需要复杂的软件编程和调试。这次设计所需的硬件少，使用的零件容易购买，成本低。 采用方案22.3.3 A/D转换模块方案1，采用双积分A/D转换技术。 特征是精度高，抗干扰性高。 但是，高精度的双积分A/D芯片价格高，增加了单片机系统的成本。方案2，采用比较型A/D转换器(ADC1210 )。 特点是测量速度快(最高每秒100万次以上)，电路比较简单，但抗干扰能力差。方案3，采用逐次近似型A/D转换器(ADC0809 )。 价格便宜，容易购买，但精度低是其特征。ADC0809是8位逐次近似型A/D转换器。 有8个模拟输入通道，有通道地址、解码锁存器。 考虑到成本低，选择方案3。2.3.4显示模块方案1，采用LCD显示。 特点：显示内容丰富，采用数字接口，体积小，重量轻，功耗小，编程复杂，成本比LED高。方案2，采用LED的并行动态显示。 也就是说，每个人按顺序点亮各显示器。 每个显示屏每隔一定时间点亮。 虽然其硬件电路简单，但是在相同的功率驱动下，显示亮度不涉及静态显示，大多占用I/O端口。方案3，采用LED串行静态显示。 即，显示某个字符时，对应的发光二极管总是接通或关断，该方式每个显示位需要8位的输出端口控制，占有硬件多，但只要占用控制器串行的两个I/O端口，软件就简单，显示亮度LED代码管显示器也称为7段LED显示器，因为它由7个发光二极管组成。 因为LED代码管理显示屏成本低，增加了驱动芯片，所需的单片机接口少，程序容易实现. 因此，考虑本设计的需要，如果显示4位电压和电流值，则采用方案3来使用4个公共数字代码管理和4个驱动芯片74LS164。2.3.5通信模块方案1，采用并行通信方式。 发送的人同时收发。 一个并行数据占用多少比特的二进制数据、需要几条传输线路的方式的特征是，虽然通信速度快，但传输线路多，价格高，适合于近距离传输。方案2，采用串行通信方式。 所传输的数据的各比特依次逐比特地被发送和接收。 该方式的特征在于，每次只能传输1位，因此传输速度慢。 但是，因为只需要1条到2条传输线路，所以传输数据时经济，I/O端口少。本次设计在单片机和PC的通信中，采用MAX232电平转换电路，可以将单片机的TTL电平转换为PC的串行电平。 使单片机的TTL等级和RS232的等级一致。 采用方案2。经过周密的分析和论证，系统各模块的最终方案决定如下(1)控制器模块：用单片机AT89S52控制。(2)量程自动转换模块：用纯粹的硬件构筑。(3)A/D转换模块：采用逐次近似式ADC0809转换器。(4)显示模块：采用LED串行静态显示。(5)通信模块：采用串行通信。3系统的硬件电路设计与实现3.1系统的硬件构成要素系统硬件主要由中央控制模块、范围自动转换模块、A/D转换模块、显示模块和通信模块构成。 总电路图如图3.1所示：图3.1系统整体电路图3.2主要单元电路设计3.2.1中央控制模块本设计主要以AT89S52单片机的最小系统为核心。 P1端口是通过对电压信号进行A/D转换获得的数字容量的输入端口，P2.6和P2.7是单片机的模拟串行端口，分别连接74LS164的RXD和TXD端口。