基于单片机的数字安时表设计

基于单片机的数字安时表设计

0安时表显示电路时间表是湖南省电气工业中的一个特殊机器，用于衡量工作量和劳动时间的累积。电化学领域的工作电流虽然是直流电流,但电流的大小却在不同的工作时间区域内变化,因此不能简单的由通电的时间和电流的乘积获得累计安时值,要想计量或控制安时量,就必须使用安时表。安时表的主要功能是通过直接计量累积的电量来间接控制电池的充放电时间或金属镀层的厚度。由于行业特点,安时表的使用环境相对比较复杂,故对安时表的设计有严格的要求,尤其在抗干扰能力、可靠性及安全性等方面要求较高。采用集成电路和单片机设计了具有现时电流显示、累积安时显示及预置安时值等功能的安时表,在可靠性、安全性及抗干扰性能等方面都很优良。该安时表主要包括电流采样放大电路、电流测量显示电路、A/D转换电路、单片机、计数显示电路。首先由电流采样电路得到与工作电流成正比的电压量,对此电压量进行线性放大,分别送给电流测量显示电路和A/D转换电路,由电流测量显示电路读出现时的电流值;同时,由A/D转换电路得到频率与输入电压量成正比的脉冲信号,再输入到单片机内经过编程实现安时值,然后再通过脉冲信号计数显示便得到了累积的安时值。1安时显示模块安时表的设计共分为三个模块:模数转换模块、单片机控制模块、LED显示模块。系统结构如图1所示。利用模数转换将模拟量转换为数字量,单片机控制模块实现所需安时功能,再把实现的安时值用显示模块显示出来。对应的硬件电路如图2所示,其中AT89C51作为控制器,以控制其余两个模块,模拟电流送入ADC0809中转换成二进制的数字信号送入AT89C51的P2口中,经过软件编程实现安时功能,再把所计算出来的安时值通过四位共阳数码管显示出来。2软件方案的设计2.1主要模块的软件设计Protues软件是英国Labcenterelectronics公司出版的EDA工具软件,它不仅具有其他EDA工具软件的仿真功能,还能仿真单片机及外围器件。Proteus从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真,一键切换到PCB设计,真正实现了从概念到产品地完整设计,是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台。其处理器模型支持8051、HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器,并持续增加其他系列处理器模型。Protues软件具有其他EDA工具软件(例:multisim)的功能。这些功能是:(1)原理布图;(2)PCB自动或人工布线;(3)SPICE电路仿真。PROTUES不仅可将许多单片机实例功能形象化,也可将许多单片机实例运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果,后者则是实物演示实验难以达到的效果。KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。KeilC51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具,全Windows界面。KeilC51生成的目标代码效率非常高,多数语句生成的汇编代码紧凑,容易理解,在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。C51与ASM-51相比,有如下优点:对单片机的指令系统不要求了解,仅要求对8051的存贮器结构有初步了解;寄存器分配、不同存贮器的寻址及数据类型等细节可由编译器管理;程序有规范的结构,可分成不同的函数,这种方式可使程序结构化;具有将可变的选择与特殊操作组合在一起的能力,改善了程序的可读性;提供的库包含许多标准子程序,具有较强的数据处理能力;由于具有方便的模块化编程技术,使已编好的程序很容易地移植。2.2adc模块的管脚和采样软件部分包括初始化程序、延时子程序、A/D转换子程序、LED显示子程序四部分。系统初始化包括ADC初始化、LED显示初始化,默写参数的设定等。对ADC0809和单片机以及LED显示的引脚进行定义,从而确定从ADC0809的OUT0～OUT7输出送到单片机的P2.0～P2.7,再从单片机的P0.0～P0.7输出到LED显示器显示出来。设置单片机和ADC0809的某些特殊管脚,如:有的管脚接地或接电源要特别注意,单片机的晶振和复位一定也要接好,以保证它们能正常运行。ADC模块要注意设置它的采样速率,还要判断它的转换是否完成,根据要求设置1s采样一次,采样完后将采样值转换成所需值由数码管显示出来,否则,继续等待。根据上面的设计思想,整体设计程序流图如图3所示。3电流15a时,运行1h的安时数仿真实验模拟输入不同的电流值,根据不同的运行时间测出相应的安时数。图4显示的是电流15A时,运行1h的安时数。表1显示了不同电流值与运行时间所得到的安时值。通过表中的实验结果可以看出,设计的安时表能够准确地测量安时量,系统误差小于1%。4仿真实验和结果设计了以80C51、ADC0809为核心的数