基于单片机的数字电流表的设计(共40页).doc
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_1.gif)
![资源得分’ title=](/images/score_05.gif)
《基于单片机的数字电流表的设计(共40页).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的数字电流表的设计(共40页).doc(39页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、精选优质文档-倾情为你奉上本科生毕业论文(设计)题目: 基于单片机的数字电流表的设计 学 院 电子信息工程学院 学科门类 工 学 专 业 电子信息工程 学 号 指导教师 2015年05月30日专心-专注-专业摘 要随着时代的进步,电子科学技术的日益更新,传统电工电子测量仪器模拟测量仪表即使可以直观地从刻度盘读出表针偏转了多少格或占了满刻度的百分之几等,也满足不了对测量数据的精确要求,那么就需要更高、更准精度的仪器来替代。同时传统的模拟测量仪表在计算时需要对读数加以换算和说明,而且不同的观察者会带来不同的人为“视差”,即使同一个观察者处于不同的位置也可能会得到不同的结果和偏差。然而,数字电流表就
2、能够克服这些问题,它的测量结果直接以数字的形式在显示屏上显示出来。数字电流表不仅具有读数准确,设计简单,随身携带的优点,而且操作方法简单,人们使用起来也非常方便,这些优点使数字电流表在近年来的电工电子的测量中应用更加广泛。本文基于AT89C51单片机,论述数字电流表的工作原理及设计过程。利用Protel软件设计、Keil C软件和Proteus仿真软件,根据所给数字电流表的技术指标和要求,确定电流表所需的元器件和最佳设计方案,这种方法简单易行,最终得到比较理想,符合设计要求的数字电流表。关键词:C51单片机;A/D转换器;数字电流表AbstractWith the progress of ti
3、me, increasingly updating electronic science and technology, traditional electric and electronic measuring instruments - analogue measurement instruments, even intuitively read from the dial hands deflected the number of cells or accounted for a few percent of full scale, also can not meet the exact
4、 requirements of the measured data, then you need higher precision and more accurate instrument instead. While traditional analog measuring instruments need to be converted in the calculation and description of the readings, and different observers will bring a different man, parallax, even if the s
5、ame observer in different locations may get different results and error . However, the digital meter will be able to overcome these problems, its measurement results in digital form directly on the screen out. Digital ammeter reading is not only accurate, simple design, the advantages of portable, a
6、nd simple method of operation, it is also very easy to use, these advantages make digital ammeter in electric and electronic measuring more widely in recent years.Based on AT89C51 microcontroller, digital ammeter discussed the working principle and design process. Use Protel software design, Keil C
7、software and Proteus simulation software, depending on the digital ammeter technical indicators and requirements, determine the required components and ammeter best design, this method is simple, and ultimately get the ideal, in line with Digital ammeter design requirements.Key words: C51 microcontr
8、oller digital ammeter; A / D converter; digital ammeter目 录1引言1.1 研究背景及意义数字电流表(Digital ammeter)简称AMP,它的测量原理是通过数字化测量技术,把输入的连续模拟量(直流输入电流)转换成不连续、离散的数字形式,然后通过液晶显示屏来显示的仪表。过去传统的指针式电流表不仅功能单一,而且精确度低,无法满足现今数字化时代的需求,然而基于单片机的数字电流表,不仅具有精确度高、抗干扰能力强,可扩展性强、集成方便的特点,还可以与PC进行当前实时通信等信息的传输。现今,基于各种型号单片机、A/D 转换器等设计成的数字电流表
9、,已经在电子电工测量、工业自动化仪表、自动检测系统等许多智能化测量领域起到了举足轻重的地位,得到了越来越多使用者的青睐,体现出数字电流表强大的生命力。与此同时,各种基于AMP扩展而成的通用及专用数字化仪表仪器,也把电量和非电量测量的技术水平提高到更高的位置。在进行课题设计之前,我们要学会如何在互联网和图书馆查找所需的资料,同时复习过去所学的课程知识并加深理解记忆,不仅为毕业设计打好良好基础,同时也为以后的工作做充分的准备。通过对毕业设计题目的分析,了解数字电流表的组成特性和工作原理;学会如何使用数字电流表测量数据、调试、校准的方法;学会如何进行分流电路的连接设进和计算;学习了解过载电路保护的工
10、作原理和功用。最终,通过本课程设计,我们掌握电子设计的基本步骤和方法,培养自己分析问题、解决问题和处理问题的能力。数字电流表和传统的指针式电流表相比,具有如下优点:1.可以直观准确的读取数字;2.能够显示小数点后面的位数;3.测量时数字分辨率高,准确度高;4.可以测量的量程范围较大;5.能够扩展;6.工作效率高;7.输入阻抗高;8.电路集成度高,功率消耗少;9. 抗干扰能力较强。综上可知,数字型电流表代替传统指针电流表不仅是时代发展的必然趋势,也是现今市场的迫切需求。而此次课题的选择和设计正是基于AT89C51单片机来进行设计的。1.2 国内外研究现状数字电流表自问世以来,已经经过多年的发展和
11、改进,大体上可以概括为五代产品。第一代产品是电子管数字电流表,问世于20世纪50年代,第二代产品是晶体管数字电流表,问世于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表,研制于20世纪70年代。第四代、第五代产品是近些年来由国内外相继研制推出的由大规模集成电路(LSI)或者超大规模集成电路(VLSI)组成的数字电流表、智能数字电流表。这些数字电流表的问世不仅在电子测量的进程中开创了先河,更凭借着准确度高、可靠性强、分辨力高、性价比高等优良特性而备受人们的喜爱。1.3 本文主要内容安排前期通过查阅大量的杂志、期刊、论文等相关重要的资料、文献之后,对基于单片机的数字电流表的设计思路进
12、行大体的把握,具体的行文章节安排如下。第一章:引言中介绍数字电流表的研究背景和意义,发展现状和取得的研究成果。第二章:详细的介绍数字电流表的基本理论知识。第三章:详细的介绍数字电流表的设计方案和数字电流表的任务指标以及整体电路图的设计。第四章:介绍Protel99SE软件的使用和编程语言的学习。第五章:对数字电流表进行硬件、软件和整体系统的调试。第六章:对论文进行总结和展望。2数字电流表的理论2.1 数字电流表的工作原理数字电流表是一个可以将输入的连续模拟电流量经过A/D转换器转变为不连续、离散的数字形式,并通过液晶显示屏显示出电流读数的仪表,和指针式电流表相比,数字式电流表有着测量数据准确明
13、了,显示的读数位数精度高等特点,类似于常用的数字式万用表,其使用性能相当广泛实用。首先我们通过单片机和外部扩展电路做成一个理想的电压1,硬件电路设计由7个部分组成:主控模块AT89C51单片机系统,A/D转换电路,显示系统,驱动电路,复位电路,晶振电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图2-1所示:复位电路主控模块AT89C51晶振电路A/D转换器驱动电路电压信号显示模块图2-1 系统硬件设计框图人们常说的电流表指的是灵敏电流计,由于其量程太小,不能直接测量电流,只能通过它检测有无电流和电流的流向,所以需将一个理想电压表改装成一个多量程或者量程较大的数字电流表。本次课题设计是基于一个内阻
14、为无穷大数字电压表的基础上,并联上一个分流电阻来构成的数字电流表,其工作原理如图2-2所示,电路图用G表示。当待测电流流过电阻,电流表的量程就由G的满量程电压和电阻的阻值来决定,记U为G的满量程电压,根据欧姆定律U=RI,当U和R已知,则电流表的满量程电流就是I的数值。图2-2 数字电流表的基本工作原理2.2 A/D转换器数模转换器,又称D/A转换器,简称DAC,它的主要功能是把数字量转变成模拟量。D/A转换器的组成基本上包括4个部分,即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。模数转换器中一般都要用到数模转换器,模数转换器即,简称ADC,它的主要功能是把连续的转变为离散的2。通过对转换器的
15、了解与本设计的要求,同时考虑到具体转换器的具有性能指标等特点,我们选择PCF8591作为本设计的A/D转换器。PCF8591转换器是一个具有单片集成、能够进行独立供电、功耗低、8-bit CMOS数据获取的器件。PCF8591有着4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的地址引脚有3个,分别为A0、A1和A2,可用来进行硬件地址的编程,可以在不添加额外硬件的情况下,在同一个I2C总线上接入8个PCF8591器件。在PCF8591器件上输入地址、输出地址、控制信号和数据信号通常都是通过双线双向的I2C总线以串行的方式进行传输信息的3。PCF8591具有多路模拟量输入、内
16、置跟踪保持、8-bit模数和数模转换等功能,而且I2C总线的最大速率决定了PCF8591的最大转化速率。特征如下:1独立的供电系统2PCF8591的电压操作范围是2.5V-6V3待机消耗电流低4通过I2C总线串行输入/输出5PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址6PCF8591的采样率由I2C总线速率决定74个模拟输入可以编程为单端型或差分输入8自动增量频道选择9PCF8591模拟电压的范围从VSS到VDD10PCF8591内置跟踪保持电路118-bit逐次逼近A/D转换器12实现DAC增益可以通过1路模拟输出来实现原理图如图2-3所示:图2-3 PCF8591原理图PCF8591引脚信息4如
17、图2-4所示:图2-4 PCF8591引脚AIN0AIN3:模拟信号的输入端。A0A2:引脚地址端。VDD、VSS:电源端(2.5V6V)。SDA、SCL:I2C 总线的数据线、时钟线。OSC:外部时钟的输入端,内部时钟的输出端。EXT:内部、外部时钟的选择线,EXT 接地时使用内部时钟。AGND:地。AOUT:A/D 转换输出端。VREF:基准电源端。2.3 AT89C51单片机单片机(Microcontrollers)是一种,通过技术把具有数据处理能力的CPU、RAM、多种I/O口和、/计数器等功能(可能还包括显示驱动电路、电路、模拟多路、等电路)集成到一块硅片上构成的一个小而完善的,在控
18、制领域得到广泛应用5。AT89C51是一种可以编程、可以擦除的只读存储器(FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压微型处理器,ATMEL生产的AT89C51是一种将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中的高效微控制器。采用其AT89C51单片机制作的很多嵌入式控制系统不仅灵活性高而且设计方案价廉,从而深受人们青睐。图2-5 AT89C51单片机AT89C51单片机各引脚结构如图2-5所示6。引脚功能介绍:1VCC接电源引脚。2GND接地引脚。3P0口:8位,漏极开路的准双向I/O口,具有内部上拉电阻,该引脚可驱
19、动8个LS型TTL负载。当P0口的管脚第一次写入“1”时,被定义为高阻输入。P0口能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FLASH进行校验时,P0输出原码,此时P0口外部必须被拉高。4P1口:8位,具有内部上拉电阻的准双向I/O口,P1口缓冲器允许接收输出4个LS型TTL负载。P1口管脚写入“1”后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH进行编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。5P2口:8位,具有内部上拉电阻的准双向I/O口,P2口缓冲器允许接收输出4个L
20、S型TTL负载,当P2口被写“1”后,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。当P2口用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。6P3口:8位,具有内部上拉电阻的准双向I/O口,可接收输出4个LS型TTL负载。当P3口写入“1”后,它被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流
21、(ILL),这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口,如下所示7:P3.0/RXD:8位准双向并行口,串行数据输入口P3.1/TXD:8位准双向并行口,串行数据输出口P3.2/:8位准双向并行口,外部中断0申请信号输入端P3.3/:8位准双向并行口,外部中断1申请信号输入端P3.4T0:8位准双向并行口,定时器/计数器0外部脉冲的输入端P3.5T1:8位准双向并行口,定时器/计数器1外部脉冲的输入P3.6/:8位准双向并行口,外部数据存储器(RAM)写选通P3.7/:8位准双向并行口,外部数据存储器(RAM)读选通P3口同时也为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。7RS
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 数字 电流表 设计 40
![提示](https://www.taowenge.com/images/bang_tan.gif)
限制150内