基于51单片机的数字电流表设计

湖 南 科 技 大 学单 片 机 课 程 设 计 题 目 基于单片机的数字电流表设计姓 名 学 院 专 业 学 号 指导教师 成 绩 二一一年 五 月 二十六日 单片机课程设计任务书一、设计题目：基于单片机的数字电流表设计二、设计要求：1、 数字电流表在平常工作环境中能良好工作2、 能测01000mA电流，至少能达1%的精度3、 要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的设计4、 电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显示摘 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01V电压信号, 由A/D转换器采集电压信号，并将电压转换的数字信号传输给单片机，由单片机完成对采样信号的处理、分析，最后输出信号驱动LED显示器，显示被测的电压值。目 录一、功能要求 1二、原理及方案论证.2三、系统硬件电路的设计3四、系统程序的设计4五、调试及设计结果.5参考文献 .6 一、功能要求1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作2、能测01000mA电流，至少能达1%的精度3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的设计4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显示二、原理及方案论证1、数字电流表工作原理1.1采样电阻网络原理如下图所示，输入被测电流通过量程转换开关S1S4，流经采样电阻R1R4，由欧姆定律可知：U=I*R，因而转换输出电压为0V0.1V的电压，输出电压可再经后续放大电路放大处理。 1.2高共模抑制比放大电路如下图，由双运放组成的同相输入高共模抑制比放大电路，其闭环输出可表示为：为使共模输入为0，可令R1/R2=R4/R3,此时电路的差动闭环增益为Kd=1+R1/R2, U0=Kd(U1-U2); 下图即Kd=11，U0=11(U1-U2); 1.3通用A/D转换器ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。ADC0832 具有以下特点： 8 位分辨率； 双通道 A/D转换； 输入输出电平与 TTL/CMOS 相兼容； 5V 电源供电时输入电压在 05V 之间； 工作频率为 250KHZ，转换时间为 32S； 一般功耗仅为 15mW； 8P、14PDIP（双列直插）、PICC 多种封装； 商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为- 40C to +85C；芯片接口说明 CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 CH0 模拟输入通道 0，或作为 IN+/-使用。 CH1 模拟输入通道 1，或作为 IN+/-使用。 GND 芯片参考 0 电位（地）。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。 CLK 芯片时钟输入。 Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。 1.4 AT89C52单片机 AT89C52 是美国ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的只读程序存 储器（PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产， 与标准MCS-51 指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8 位 央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。 主要性能参数 与MCS-51 产品指令和引脚完全兼容 8k 字节可 擦写Flash 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作：0Hz24MHz 三级加密程序存储器 256 8 字节内部RAM 32 个可编程I O 口线 3 个16 位定时计数器 8 个 断源 可编程串行UART 通道 低功耗空闲和掉电模式 功能特性概述 AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节Flash 闪速存储器，256 字节内部RAM，32 个I O 口线，3 个16位定时计数器，一个6 向量两级 断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52 可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2、方案论证 本设计采用精密采样电阻（9欧、0.9欧、0.09欧、0.01欧），电阻精度可达0.1%可忽略；八位A/D精度为5/256（V）;因而除去放大电路增益误差及线性误差，电流表精度约为（5/256）/11，约为1.7mA；对于1000mA的总量程精度可达0.1%，因而方案可达设计要求。三、系统硬件电路的设计 系统仿真接线简图本设计中用到AT89C52单片机、八位ADC AD0832、发光二极管、六位八段显示数码管LED，通用运放 UA741 、PNP管及必要的电阻、电容元件等。系统原理方框图电路仿真简图如上图。系统方框图四、系统程序设计程序流程图如下： 系统程序流程图C语言程序如下：#include/包含相应的头文件#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar axs6,azs6,ac10,dc6;void ITOAZ(int num,uchar *p); void ITOAX(int num,uchar *p);float U,U1;sbit CS=P34;/定义数模转换器硬件对应引脚sbit CLK=P35;sbit DO=P36;sbit DI=P37;/*读写AD0832函数*/*/unsigned char ReadADC(unsigned char channel) unsigned char j; unsigned char Temp=0; DI=1; _nop_(); _nop_(); CS=0;/拉低CS端 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿1 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 DI=(channel1)&0x1; _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿2 _nop_(); _nop_(); CLK=1;/拉高CLK端 DI=channel&0x1; _nop_(); _nop_(); CLK=0;/拉低CLK端,形成下降沿3 DI=1;/控制命令结束 _nop_(); _nop_(); for(j=0;j8;j+) /处理读入8位数据 CLK=0;_nop_(); Temp=(Temp0;a-)for(i=0;i2;i+); /将浮点数转成函数void ITOC(float f,uchar *c)float zs,xs;int bxs,bzs,i,k=0;xs=modf(f,&zs); /分离整数部分与小数部分函数 if(P3=0XFE) bxs=(int)(xs*100)+0.5); else bxs=(int)(xs*100)+0.5); /小数点后两位有效数字ITOAX(bxs,axs); /把小数部分转换成字符串存入axs数组bzs=(int)zs; /把整数部分转成整型ITOAZ(bzs,azs); /把整数部分转换成字符串存入azs数组 for (i=0;axsi!=s;i+) /把最终结果存入c数组ci=axsi; ci=.;for(k=0,i=i+1;azsk!=s;k+,i+) ci=azsk; if(U0) ci=-; else ci=0xff;ci+1=s;/将整型数转换成对应的void ITOAZ(int num,uchar *p) uchar w,i=0; dow=num%10; /将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中pi=w; num=num/10;i+;while(num); pi=s;/将小数数部分转换成对应的void ITOAX(int num,uchar *p) uchar w,i=0; dow=num%10; /将整型数各位分离，并转换成对应的字符存入a中pi=w; num=num/10;i+; while(num); while(i2) pi=0;i+; pi=s; w=pi;/显示译码函数void decode(uchar *n,uchar *dn) uchar i;for(i=0; ni!=s;i+) switch( ni) case 0: dni=0x3F;break; case 1: dni=0x06;break; case 2: dni=0x5B;break; case 9: dni=0x6F;break; case 3: dni=0x4F;break; case 4: dni=0x66;break; case 5: dni=0x6D;break; case 6: dni=0x7D;break; case 7: dni=0x07;break; case 8: dni=0x7F;break; case 46: dni=0x80;break; case-:dni=0x40;break; default:dni=0x00;break; dni=s;/*/*/*主换函数*/*/void main(void)uchar i,j,P2_;float A;while(1)U=ReadADC(0)/256.0;switch(P1)case 0xfe:A=U*10*1.025;break; case 0xfd:A=U*100/1.09;break; case 0xfb: A=U*1000;break; default: A=0.0;break;A=10*A;ITOC(A,ac);decode(ac,dc); P2=0XFf; P2_=0Xfe;for(j=0;dcj!=s;j+) P2=0XFf; P0=dcj; P2=P2_; delay(150); P2_=_crol_(P2_,1); /*P2_=1;*/ /*/*/ 五、 调试及设计结果1、 PROTUSE系统仿真结果 系统仿真能正常运行，达设计所有指标，仿真部分电路如下： PROTUSE系统仿真效果图2、实际硬件制作结果 根据电路图自制电路，测试结果：能正常测量1