基于单片机的数字电流表的设计

郑州电力职业技术学院毕业生论文题目：＿基于单片机的数字电能表设计＿＿

系别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿＿＿

专业＿＿＿建筑电气工程技术＿＿＿

班级＿＿建筑电气班＿＿＿＿＿

学号＿＿＿ 09401060170＿＿＿

姓名＿＿＿＿周莉＿＿＿＿＿＿＿

论文成绩指导教师

答辩成绩主答辩教师

综合成绩答辩委员会主任

目录

摘要 (3)

关键词 (3)

一、工作原理 (4)

1.1数字电流表的工作原理 (5)

1.2电流采样电路的性能 (5)

1.3显示电路与电流采样电路的逻辑关系 (5)

1.4放大器 (5)

1.5峰值保持电路 (10)

A转换芯片 (13)

1.6双积分型

D

1.7独立式非编码键盘的接口 (14)

1.8 LED动态显示器接口及显示方式 (14)

1.9 89C51单片机 (16)

二、测量系统的总体结构设计 (20)

2.1 系统框图 (20)

2.2整机设计 (19)

三、程序流程图 (23)

四、实验结果 (26)

参考文献 (2725)

摘要

本电流表各模块之间使用标准信号进行传输的，这些标准信号都符合国际标准。国际电工委员会在1973年四月第65次技术委员会通过的标准规定了国际统一信号标准，过程控制系统的模拟直流信号为4到20MA，模拟直流电压信号为1到5伏，我国的DDZ-3型电动单元组合仪表采用了国际的信号标准。

关键词电流采样，A/D转换，放大器，单片机

随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正在引起测量、控制仪表领域新的技术革命。采用单片机作为测量仪器的主控制器，这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。

基于单片机的智能综合仪表是基于智能化、数字化、网络化新一代智能仪表的设计理念，采用智能调理、灵巧总线、工业网络、液晶显示、电子储存技术，综合指示仪表、调节仪表、积算仪表与记录仪表功能．具有高测量控制精度、高可靠性稳定性的特点。

一、工作原理

1.1数字电流表的工作原理

用单片机及其扩展的外部电路先做成一个理想电压表[3]，图1中用G表示。由于通常所说的电流表是指灵敏电流计其量程太小，不能直接测量电流，仅用于检测有无电流和电流的方向，所以要想得到一个有多量程或量程较大的电流表需要将一个理想电压表改装而成。本设计是用一个内阻视为无穷大的电压表并联分流电阻而成的数字电流表。待测电流I随搬动开关K的位置而流过R1或R2，因而本电流表的两个量程就取决于G的满量程电压和R1、R2的阻值，记G的满量程电压为Ug，根据欧姆定律Ug=RgIg，若Ug和Rg已知

则Ig就是电流表的满量程电流。

图1数字电流表的基本原理

1.2电流采样电路的性能

峰峰值检波器本身具有采样保持的功能，由于A/D转换器的转换时间为100ms，所以峰峰值检波电路能够保证A/D转换器有足够的转换时间[6]。

交流信号不只包括正弦波，对于其它规则的交流信号，也可以用本采样电路采样。档位选择需要将独立按键与放大器中集成运放的外围电阻组合在一块。独立按键不仅有选择档位的功能，还有复位等其它功能。

由于负反馈放大器的输入电阻已达到10M欧以上，所以有单片机构成的测量系统，可以看作一个理想电压表。通常所说的偏转式电流表是根据线圈的偏转程度线性刻画未测电流的大小，仿照此原理给待测电流加一个线性电阻，然后再用一个理想电压表测电流在电阻上的压降，然后适当选择放大器的放大倍数就可以做成多量程的电流表。

1.3显示电路与电流采样电路的逻辑关系

如果不用单片机，也可以做成一个电流表，不过这样的表功能单一，不能同时测量直流或者交流，而用单片机做成的电流表可以通过编程方便实现，规则交流波形的有效值测量[2]。

1.4放大器

目前集成运放有双列直插式和圆管封装式两种，若采用双列直插式的的μA741集成运算放大器，其外引线排列图如图2所示。

图2 μA741外引线排列图

1）测试放大器的传输特性及输出电压的动态范围是指在不失真条件下所能达到的最

v当作运算放大器的大幅度。为了测试方便，在一般情况下就用其输出电压的最大摆幅

opp

最大动态范围。其测试电路如图3

图3运算放大器输出电压最大摆幅的测试电路

图3中i v 为正弦信号。当接入负载L R 后，逐步加大输入信号i v 的幅值，直至示波器上输出电压的波形顶部或底部出现削波为止。此时的输出电压幅度opp v 就是运算放大器的最大摆幅。若将i v 送示波器的X 轴，0v 送Y 轴，则可利用示波器的X-Y 显示，观察到运算放大器的传输特性，并可测出opp v 的大小。

opp v 与负载电阻L R 有关，不同的L R ，opp v 亦不相同。根据已知的L R 和opp v ，我们可以求出运算放大器的输出电流的最大摆幅：

opp I =L OPP R V 。

（1）

运算放大器的opp v 除与L R 有关外，还与电源电压cc v ±和输入信号的频率有关。随着电源电压的降低和信号频率的升高，opp v 将降低。

如果示波器X-Y 显示出运算放大器的传输特性是正常的，即表明该放大器是好的，可以进一步测试运算放大器的其它几项参数。

（2）测开环电压放大倍数vo A

开环电压放大倍数是指：运算放大器没有反馈时的差模电压放大倍数，即运放输出电压0v 与差模输入电压i v 之比。测试电路如图4。f R 为反馈电阻，通过搁置电容和电阻R 构成闭环工作状态，同时与1R 、2R 构成直流负反馈，减少了输出端的电压漂移。由图可知：

F N V R R R V 2

12

+= （2）