基于单片机的数字电流表的设计

1、本科生毕业论文(设计)主题：基于单片机的数字电流计的设计。学院电子信息工程学院各学科工程专业电子信息工程取得学位指导教师2015年05月30日摘要随着时代的进步，随着电子科学技术的日益更新，传统的电子电子测量仪器模拟测量仪器即使能直观地读取钟表针从刻度盘上偏转了多少，占全刻度的百分之几等，也不能满足对测量数据的正确要求，所以更高另外，以往的模拟测量器需要在计算时换算读取值进行说明，而且不同的观察者会带来“视差”，即使同一观察者在不同的位置，也有可能得到不同的结果和偏差。 然而，数字电流计能够克服这些问题，其测量结果直接以数字形式显示在显示器上。 数字电流计不仅具有读取值准确、设计简单、携带方便

2、的优点，而且操作方法简单，人们方便使用，这些优点将数字电流计广泛应用于近年来的电气电子测量中。本文基于AT89C51单片机，论述了数字电流计的工作原理和设计过程。 利用protect软件设计、Keil C软件和Proteus模拟软件，根据所给数字电流计的技术指标和要求，确定电流计所需部件和优化设计方案的方法简单，最终得到理想、符合设计要求的数字电流计。关键词： C51单片机A/D转换器数字电流计Abstracttheprogressoftime， increnicasinglyupdatingelectronicscienceandtechnology traditionalelectrice

3、lectionandelectrolectronectronicmeasurementinstrument stru ments venititutiveliderforthedillanddformentofcelsorarcountedforafewpercentoffullscale alsocannotmeettheexactrequirements 222222222222000000000000 ationandddrectionofthereadings，andddifferebserverwillbringadifferentman， parallax， everififfth

4、esameboserverindefirectorsationmayegediffirentrationresultsanderror.however .数字仪表是istsmetrissressindigitiondi hescreeout.digitionammmetredinisnotonlyaccurate，简单设计，the advantages of portable，and simple method of operation，itisssallat89c 51微型控制器基本版， digitalammeterdiscussedtheworkingprinciplesanddesign

5、process.useprotelsoftwaredesign kilcsoftwareandproteusssimulationsoftware， dependingonthedigitalammetertechnicalindicators和requirements determinetherrequirequirequirequirequirequirequirequirentherrequirequirequirequirequirequirequirequirequirequirequirkeywords : c 51微控制器rdigitalammeter； a/d转换器； 数字阿m

6、meter目录摘要IPS PS S商品目录一.引言11.1研究背景和意义11.2国内外的研究现状21.3本文的主要内容为22 .数字电流计的理论22.1数字电流计的工作原理22.2 A/D转换器32.3 AT89C51单片机52.4液晶显示器83 .数字电流计的设计93.1方案论证93.2任务指标103.3整体电路图104 .软件设计114.1软件设计的主流程图114.2编程语言介绍114.3 Protel99SE软件介绍125 .系统调试和实物制作135.1硬件系统的调试135.2系统软件的调试135.3整个系统的调试145.4实际硬件制作结果14六.总结和展望14参考文献16谢谢你17附录

7、181 .引言1.1研究背景和意义数字电流计简称AMP，其测量原理是通过数字测量技术，将输入的连续模拟量(直流输入电流)转换为不连续离散数字形式，并在液晶显示器上显示的仪表。 过去传统的模拟式电流计不仅功能单一，而且精度低，不能满足现在数字时代的需要，但基于单片机的数字电流计不仅具有精度高、抗干扰能力强、扩展性强、集成方便的特征目前，基于各种型号的单片机、A/D转换器等设计的数字电流计，已经在电子、电气、电子测量、工业自动化仪表、自动检测系统等多种智能测量领域发挥着重要的地位，获得越来越多的用户的欢迎，体现了数字电流计的强大生命力同时，基于AMP扩展的通用和专用数字仪表也把电量和非电量测量的技

8、术水平提高到更高的位置。在进行课题设计之前，我们不仅要在网上和图书馆学习寻找必要的资料的方法，复习过去学过的课程知识，加深理解和记忆，为毕业设计打下良好的基础，还要为今后的工作做好充分的准备。 通过毕业设计主题的分析，了解数字电流计的构成特性和工作原理使用数字电流计来测量、调整和校正数据，学习如何进行分流电路的连接设定和计算，了解过载电路保护的工作原理和功能。 最终，通过本课程的设计，我们掌握了电子设计的基本步骤和方法，自己分析问题，解决问题，培养处理问题的能力。数字电流计与传统的模拟式电流计相比，有以下优点1 .能直观正确地读取数字2 .可以显示小数点后的位数3 .测量时的数字分辨率高，精度

9、高4 .可测量的范围很宽5 .可扩展6 .工作效率高7 .输入阻抗高8 .电路集成度高，功耗少9 .抗干扰性强。综上所述，数字型电流计不仅代替传统的指针电流计是时代发展的必然趋势，也是当前市场的迫切需要。 这次课题的选择和设计是基于AT89C51单片机设计的。1.2国内外研究现状数字电流计问世以来，经过多年的发展和改进，大致可以归纳为五代产品。 第一代产品是电子管数字电流计，产于20世纪50年代，第二代产品是晶体管数字电流计，产于20世纪60年代，第三代产品是中小规模集成电路的数字电流计，开发于20世纪70年代。 第四代、第五代产品是近年来国内外相继开发的由大规模集成电路(LSI )或超大规模

10、集成电路(VLSI )组成的数字电流计、智能数字电流计。 这些数字电流计的问世先于电子测量的过程，因其精度高、可靠性高、分辨率高、性价比高等优秀特性受到欢迎。1.3正文主要内容的安排前期查阅了大量杂志、期刊、论文等重要资料，文献后，大致掌握了用单片机设计数字电流计的构想，具体文章章节如下。第一章：引言介绍数字电流计的研究背景和意义、发展现状和所取得的研究成果。第二章：详细介绍数字电流计的基本理论知识。第三章：详细介绍数字电流计的设计方案和数字电流计的任务指标和整体电路图的设计。第四章：介绍Protel99SE软件的使用和编程语言的学习。第五章：对数字电流计进行硬件、软件和系统整体调试。第六章：

11、对论文进行总结和展望。2 .数字电流计的理论2.1数字电流计的工作原理数字电流计是一种能够经由A/D转换器将输入的连续的模拟电流量转换为不连续且离散的数字形式，在液晶显示器上显示电流的读取值的仪表，与模拟式电流计相比，数字电流计的测量数据正确，显示的读取值的精度高等特征首先，用单片机和外部扩展电路制作了理想的电压1，硬件电路设计由7部分组成：主模块AT89C51单片机系统、A/D转换电路、显示系统、驱动电路、复位电路硬件电路设计框图如图2-1所示复位电路主模块AT89C51水晶振动电路模拟/数字转换器驱动电路电压信号显示模块图2-1系统硬件设计框图常用的电流计是敏感的电流计，它的范围太小，不能

12、直接测量电流，只能测量电流和电流的流动，所以需要把理想的电压表改造成多范围或范围大的数字电流计。 这次的课题是基于一个内部电阻无限大的数字电压表，并联连接一个分流电阻而构成的数字电流计，其工作原理用图2-2表示，电路图用g表示。 要测量的电流流过电阻器时，电流计的范围由g的全范围电压和电阻器的电阻值决定。 如果把u记为g的全范围电压，根据欧姆定律U=RI，如果知道u和r，电流计的全范围电流就变成I的数值。图2-2数字电流计的基本工作原理2.2 A/D转换器数字模拟转换器也称为D/A转换器，其主要功能是将数字容量转换为模拟容量。 D/A转换器的配置基本上包括四个部分：权利电阻网络、运算放大器、基

13、准电源和模拟开关。 模数转换器一般被简称为数模转换器、模数转换器和ADC，其主要功能是将连续的模拟信号转换为离散数字信号2。 通过对变换器的理解和本设计的要求，考虑到具体的变换器的性能指标等特征，选择PCF8591作为本设计的A/D变换器。PCF8591转换器是单片集成、可独立供电、功耗低、能够获取8位CMOS数据的设备。 PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出、1个串行I2C总线接口。 PCF8591的地址管脚有三个，可以在A0、A1、A2 (分别为A0、A1、A2 )对硬件地址进行编程，在不添加附加的硬件的情况下，就能够将八个PCF8591设备连接到同一I2C总线。 输入到PCF85

14、91的设备的地址、输出地址、控制信号和数据信号通常通过双线双向I2C总线串行传输信息3。PCF8591具有多模拟输入、内置跟踪保持、8位模拟和数模转换等功能，并且I2C总线的最大速率决定了PCF8591的最大转换速率。其特征如下：1独立的电源系统2PCF8591的电压工作范围为2.5V-6V3待机消耗电流低4通过I2C总线进行串行输入输出5PCF8591用三个硬件地址管脚寻址6PCF8591的采样率取决于I2C总线速率74个模拟输入可以编程为单端型或差动输入8自动增量信道选择9PCF8591的模拟电压的范围从VSS到VDD10PCF8591内置跟踪保持电路118比特逐次逼近A/D转换器12DAC增益的实现可以通过一路模拟输出来实现电路图如图2-3所示图2-3 PCF8591的电路图PCF8591端子信息4如图2-4所示图2-4 PCF8591端子AIN0AIN3:模拟信号的输入端。A0A2 :管脚地址侧。VDD、VSS :电源侧(2.5V6V )。SDA、SCL:I2C总线的数据线、时钟线。OSC :外部时钟的输入侧、内部时钟的输出侧。EXT :内部外部时钟的选择线，EXT接地时使用内部时钟。AGND