基于单片机at89c51的数字电流表设计

基于单片机at89c51的数字电流表设计内容摘要：

测量电路中的电流值，并将测得的电流值以数字的形式显示出来，测量起来更方便，测量结果更稳定。 以往的指针式电流表操作麻烦，而且测量 的结果不能直观的读出来，造成测量结果的不准确，而用本次设计的数字电流表测出的数值不仅可以直观读取，而且误差更小，精确度更高，更能满足当今数字化时代的要求。 设计的可行性 技术可行性 实现该系统主要是依靠三个常用软件：一个是 KEIL 软件，可以用来编写 C语言文件，同时也可以生成 HEX 文件；另一个是 ALTIUM 软件，可以设计电路图 ；还有一个是 PROTEUS 软件，可以提前仿真我们要设计的电路，来验证我们的设计是否可行。 而课题所涉及的研究目标，我们在本科已经学习过有关的内容，比如C语言、模拟电子技 术、数字电子技术、单片机原理等专业基础知识，其他的部分则可以通过自学，调用已经开发好的一些功能模块来完成课题涉及到的理论知识和技术要求。 经济可行性 系统所运用的软件也是工作和学习所必不可少的两个软件，因此成本比较少，极大地减少了高校教学在购买和维修硬件设备上的花费。 本课题通过通过已有的实验设施，就能够设计出比较完善的数字电流表，不但没有经济上的负担，并且还可以减轻实验设备的购买花费。 通过本次毕业设计可以自主设计数字电流表，为我们进行一些专业基础实验提供了方便性 ,不仅可以看到理想的实验结果 ,而且 为教学和学习提供了方便。 宿州学院本科毕业设计 基于单片机 AT89C51的数字电流表设计 3 操作可行性 C 程序流程简单明了，易学易用 ,不需大量编程，开发效率高，并且能够结合其他多种开发工具，创作出一些高水平的电子产品。 另外，凭借我们本科学习的专业的基础知识，足够有能力完成这个课题。 宿州学院本科毕业设计 基于单片机 AT89C51的数字电流表设计 4 3 系统硬件设计 结构框图 本设计主要设计思路如下图 1 所示： 图 1 结构框图 原理及功能 压流转换电路 电压电流转换电路即 V/I 转换电路， 也是信号采集电路。 因为本次设计的是电流表，而电路中采集到的是电压信号，所以采用 V/I 转换电路将电路中输入的电 压信号转换成满足一定关系的电流信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而不会随负载的变化而变化。 V/I 转换原理如图 2 所示： 宿州学院本科毕业设计 基于单片机 AT89C51的数字电流表设计 5 图 2 V/I 转换电路 本次采用运算放大电路来实现 V/I 转换，采用 LM358 来实现， LM358 内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。 它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。 其中 1 号口接采样电阻，用于信号输入；2号口接 A/D 转换器，用于信号输出。 A/D 转换电路 A/D 转换电路用于模拟信号和数字信号之间的相互转换，因为电路中采集到的是模拟信号，而单片机只能读取数字信号，因此需进行模数转换后将数字信号传送给单片机进行处理。 A/D 转换电路图如下图 3所示： 宿州学院本科毕业设计 基于单片机 AT89C51的数字电流表设计 6 图 3 A/D 转换电路 本次设计选取 ADC0808 作为 A/D 转换器， ADC0808 是带有 8 位 A/D 转换器、8路多路开关及微处理机兼容的控制逻辑的 CMOS 组建，可以和单片机直接接口。 IN0 口接 V/I 转换电路用于信号的输 入； ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。 当 ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将 A、 B、 C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进行转换。 ALE 口接入单片机的 口，因为单片机 P3 口作为第二功能的输入 /输出或第一功能的通用输入，均将相应位的锁存置 1，可以实现 ALE 口的工作； ST 为转换启动信号。 当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行 A/D 转换；在转换期间， ST 应保持低电平。 EOC 为转换结束信号，当 EOC为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。 OE 为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。 OE＝ 1，输出转换得到的数据； OE＝ 0，输出数据线呈高阻状态； CLK 为时钟输入信号线。 因 ADC0808 的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，本次设计选取的是 74xx74芯片，用来产生时钟信号，触发 ADC0808工作； 宿州学院本科毕业设计 基于单片机 AT89C51的数字电流表设计 7 D0~D7 为数字量输出线，将数字信号输入到单片机。 单片机最小系统 单片机最小系统包括晶振电路、复位电路、电源模块和串口通信四个部分。 单片机最小系统如下图 4 所示： 图 4 单片机最小系统 (1) 复 位电路的原理是单片机 9号 RST(复位引脚 )接收到 2us 以上的电平信号，一般单片机有上电复位和按键复位，现在高级一点的单片机有软件复位。 (2) 按键复位就是按上图解法，使电容处于短路状态，释放了所有的电能，9号 RST(复位引脚 )与电源短接由于人的反应时间大于 2us 所以单片机复位。 (3) 上电复位是利用电容不能突变的原理而设计的，只要保证电容的充电时间大于 2us，由于电容充发电引起的 9 号 RST(复位引脚 )电平变化使单片机复位。 (4) 单片机最小系统必须外接晶振电路才可以为单片机提供时钟周期（可选6MHz 或者 ），在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振， 51 单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处。