基于单片机的数字电流表的设计

1、【毕业设计】基于单片机的数字电流表的设计 2009届本科毕业设计 的设计 姓 名： 系 别： 专 业： 学 号： 指导教师： 2009年月0日目录摘 要II 关键词II 0 引言1 1 工作原理1 1.1数字电流表的工作原理1 1.2电流采样电路的性能1 1.3显示电路与电流采样电路的逻辑关系1 1.4放大器2 1.5峰值保持电路6 1.6双积分型转换芯片8 1.7独立式非编码键盘的接口9 1.8 LED动态显示器接口及显示方式10 1.9 89C51单片机12 2 测量系统的总体结构设计13 2.1 系统框图13 2.2整机设计14 3程序流程图16 4 实验结果19 5结语19 参考文献1

2、9 致 谢19 基于单片机的数字电流表的设计 摘 要 关键词 电流采样，A/D转换，放大器，单片机 Design of digital ammeter based on single-chip Abstract Every part of the digital ammeter uses the standard signal which is in line with the International Standards for transmission. The IEC made the International Standards for the united transported

3、 signal on the 65th technology committee in April, 1973. The Simulation of DC signal of system of procession control is between 4MA and 20MA. The Simulation of DC voltage signal is between 1V and 5V. Singal of the domestic DDZ-3 Electric unit of Combination of instruments uses the International Stan

4、dards. Keywords Current sampling; A/D conversion; amplifier; single-chip0 引言 1 工作原理 3，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，仅用于检测有无电流和电流的方向，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、R2G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

5、电流表的满量程电流。 图1数字电流表的基本原理 1.2电流采样电路的性能 峰峰值检波器本身具有采样保持的功能，由于A/D转换器的转换时间为100ms，所以峰峰值检波电路能够保证A/D转换器有足够的转换时间6。 交流信号不只包括正弦波，对于其它规则的交流信号，也可以用本采样电路采样。档位选择需要将独立按键与放大器中集成运放的外围电阻组合在一块。独立按键不仅有选择档位的功能，还有复位等其它功能。 由于负反馈放大器的输入电阻已达到10M欧以上，所以有单片机构成的测量系统，可以看作一个理想电压表。通常所说的偏转式电流表是根据线圈的偏转程度线性刻画未测电流的大小，仿照此原理给待测电流加一个线性电阻，然后

6、再用一个理想电压表测电流在电阻上的压降，然后适当选择放大器的放大倍数就可以做成多量程的电流表。 1.3显示电路与电流采样电路的逻辑关系 如果不用单片机，也可以做成一个电流表，不过这样的表功能单一，不能同时测量直流或者交流，而用单片机做成的电流表可以通过编程方便实现，规则交流波形的有效值测量2。 1.4放大器 目前集成运放有双列直插式和圆管封装式两种，若采用双列直插式的的A741集成运算放大器，其外引线排列图如图2所示。 图2 A741外引线排列图 1）测试放大器的传输特性及输出电压的动态范围是指在不失真条件下所能达到的最大幅度。为了测试方便，在一般情况下就用其输出电压的最大摆幅当作运算放大器的

7、最大动态范围。其测试电路如图3 图3运算放大器输出电压最大摆幅的测试电路 图3中为正弦信号。当接入负载后，逐步加大输入信号的幅值，直至示波器上输出电压的波形顶部或底部出现削波为止。此时的输出电压幅度就是运算放大器的最大摆幅。若将送示波器的X轴，送Y轴，则可利用示波器的X-Y显示，观察到运算放大器的传输特性，并可测出的大小。 与负载电阻有关，不同的，亦不相同。根据已知的和，我们可以求出运算放大器的输出电流的最大摆幅： =。 （1） 运算放大器的除与有关外，还与电源电压和输入信号的频率有关。随着电源电压的降低和信号频率的升高，将降低。 如果示波器X-Y显示出运算放大器的传输特性是正常的，即表明该放

8、大器是好的，可以进一步测试运算放大器的其它几项参数。 2） 开环电压放大倍数是指：运算放大器没有反馈时的差模电压放大倍数，即运放输出电压与差模输入电压之比。测试电路如图4。为反馈电阻，通过搁置电容和电阻R构成闭环工作状态，同时与、构成直流负反馈，减少了输出端的电压漂移。由图可知： （2） （3） 此时信号源的频率应在运算放大器的带宽之内，A741的带宽约为7Hz。 图4测开环电压放大倍数电路 3）测输入失调电压 输入失调电压的定义是：放大器输出为零时，在输入端所必需引入的补偿电压。根据定义，测试电路如图5 闭合开关S，令此时测出的输出电压为，因为闭环电压放大倍数 （4） 所以，输入失调电压 （

9、5） 图5测的实验电路 4）测输入失调电流 输入失调电流是指输出端为零电平时，两输入端基极电流的差值，用表示。显然，的存在将使输出端零点偏离，且信号源阻抗越高，输入失调电流影响越严重。测试电路同图5只要断开开关S即可，用万用表测出该电路的输出电压，我们令它为，则 （6） 5）测共模抑制比 根据定义，运算放大器的等于放大器的差模电压放大倍数和共模电压放大倍数之比，即： （7） 测试电路见图6。运算放大器工作在闭环状态，对差模信号的电压放大倍数=,对共模信号的电压放大倍数,所以只要测出和，即可求出： （8） 为保证测量精度，必须使,否则会造成较大的测量误差。运算放大器的共模抑制比愈高，对电阻精度要

10、求也就愈高。经计算，如果运算放大器的=80DB，允许误差为百分之五，则电阻相对误差: 。 （9） 图6测量的实验电路 6）测增益-带宽积 运算放大器的重要交流参数是频率响应。由于运算放大器可以工作在直流状态，即零频率工作状态，因此其带宽等于截止频率响应，在截止频率处的输出电压增益，此直流时的输出电压增益低3DB。运放的增益-带宽积为常数A*BW=C该常数C决定与特定的放大器，开环时因增益太高，带宽很窄，很少使用。闭环时，增益,它的带宽与大小成反比。 测试电路如图7，输入为正弦信号。逐步增加的频率。 由741集成运放和两个电阻组成一个负反馈放大器， （10） 电路如图8所示。 图7测量增益带宽积

11、的电路 图8741集成运放 1.5峰值保持电路 实用的峰值保持电路是半波整流电路、存储电容和缓冲放大器组成的闭环电路。在存储电容上还并联有一只复位开关。图9给出了同向型峰值保持电路。图中运算放大器具有半波整流结构， 组成电压跟随器，其输出电压，它在存储电容和输出负载之间起缓冲作用。 图9同相型峰值保持电路 当时，导通，截止，将误差电压放大，通过对C充电，使跟踪。时，导通，截止，存储电容C与的联系隔断，不再跟踪保持过去检出峰值。的导通是为提供反馈通路，防止当截止时，被深度饱和。当复位指令U出现，场效应管V导通，C通过V放电，回到零。U消失后，V截止，又开始新的峰值保持过程。 这种电路由于的作用，使的反向电压大大减小，因而反向漏电流很小，增加了峰值保