基于51单片机的数字电流表设计

湖南科技大学

单片机课程设计

题目基于单片机的数字电流表设

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二〇一一年五月二十六日

单片机课程设计任务书

一、设计题目：

基于单片机的数字电流表设计

二、设计要求：

1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作

2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度

3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的

设计

4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显

示

摘要

本设计是通过采样电阻及信号放大电路将待测的电流信号I转换成0—1V电压信号, 由A/D转换器采集电压信号，并将电压转换的数字信号传输给单片机，由单片机完成对采样信号的处理、分析，最后输出信号驱动LED显示器，显示被测的电压值。

目录

一、功能要求 (1)

二、原理及方案论证 (2)

三、系统硬件电路的设计 (3)

四、系统程序的设计 (4)

五、调试及设计结果 (5)

参考文献 (6)

一、功能要求

1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作

2、能测0——1000mA电流，至少能达1%的精度

3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的

设计

4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显

示

二、原理及方案论证

1、数字电流表工作原理

1.1采样电阻网络

原理如下图所示，输入被测电流通过量程转换开关S1——S4，流经采样电阻R1——R4，由欧姆定律可知：U=I*R，因而转换输出电压为0V——0.1V的电压，输出电压可再经后续放大电路放大处理。

1.2高共模抑制比放大电路

如下图，由双运放组成的同相输入高共模抑制比放大电路，其

闭环输出可表示为： 为使

共模输入为0，可令R1/R2=R4/R3,此时电路的差动闭环增益为Kd=1+R1/R2, U0=Kd(U1-U2); 下图即Kd=11，U0=11(U1-U2);

1.3通用A/D 转换器

ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种 8 位分辨率、

双通道 A/D 转换芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有很高的普及率。 ADC0832 具有以下特点：

◆ 8 位分辨率；

◆ 双通道 A/D 转换；

)21)(3

*14*22121(21)221(*)3*14*21(0U U R R R R R R U U R R R R U -++++-=

◆输入输出电平与TTL/CMOS 相兼容；

◆5V 电源供电时输入电压在0~5V 之间；

◆工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；

◆一般功耗仅为15mW；

◆8P、14P—DIP（双列直插）、PICC 多种封装；

◆商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为- 40°

C to +85°C；

芯片接口说明

CS_ 片选使能，低电平芯片使能。

CH0 模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。

CH1 模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。

GND 芯片参考0 电位（地）。

DI 数据信号输入，选择通道控制。

DO 数据信号输出，转换数据输出。

CLK 芯片时钟输入。

Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

1.4 AT89C52单片机

AT89C52 是美国ATMEL 公司生产的低电压，高性能CMOS 8 位单片机，片内含8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM ），器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51 指令系统及8052 产品引脚兼容，片内置通用8 位央处理器（CPU）和Flash 存储单元，功能强大AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场合。

主要性能参数

·与MCS-51 产品指令和引脚完全兼容

·8k 字节可擦写Flash 闪速存储器

·1000 次擦写周期

·全静态操作：0Hz－24MHz

·三级加密程序存储器

·256 ×8 字节内部RAM

·32 个可编程I ／O 口线

·3 个16 位定时／计数器

·8 个断源

·可编程串行UART 通道

·低功耗空闲和掉电模式

功能特性概述

AT89C52 提供以下标准功能：8k 字节Flash 闪速存储器，256 字节内部RAM，32 个I ／O 口线，3 个16位定时／计数器，一个6 向量两级断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C52 可降至0Hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU 的工作，但允许RAM，定时／计数器，串行通信口及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。

2、方案论证

本设计采用精密采样电阻（9欧、0.9欧、0.09欧、0.01欧），电阻精度可达0.1%可忽略；八位A/D精度为5/256（V）;因而除去放大电路增益误差及线性误差，电流表精度约为（5/256）/11，约为1.7mA；对于1000mA的总量程精度可达0.1%，因而方案可达设计要求。

三、系统硬件电路的设计

系统仿真接线简图

本设计中用到AT89C52单片机、八位ADC AD0832、发光二极管、六位八段显示数码管LED，通用运放 UA741 、PNP管及必要的电阻、电容元件等。系统原理方框图电路仿真简图如上图。