基于单片机的电流电压测量

基于单片机的电流电压测量系统设计

摘要：本次设计所提供的是基于单片机的电压电流测量系统软硬件的设计。电学参量测量技术设计范围广，能应用的领域也十分广泛。随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天,数字电压、电流表以成为电压、电流表设计的主要方向，并且有非常重要的地位。

关键词：单片机，应用领域，设计

Abstract:The design is provided by SCM-based voltage and current measurement system hardware and software design. Electrical parameter measurement techniques designed a wide range of application areas can be very extensive. With the development of electronic technology, in digital, intelligent, technology-based today, the digital voltage meter to a voltage, current meter design of the main direction, and there is a very important position.

Keywords: MicroController Unit, Applications, Devise

目录

1 前言 (3)

1.1 电子测量概述 (3)

1.2 数字电压表的特点 (3)

1.3 单片机的概述 (4)

2 系统方案的选择与论证 (5)

2.1 功能要求 (5)

2.2 系统的总体方案规划 (5)

2.3 各模块方案选择与论证 (5)

2.3.1 控制模块 (5)

2.3.2 量程自动转换模块 (6)

2.3.3 A/D转换模块 (6)

2.3.4 显示模块 (7)

2.3.5 通信模块 (7)

3 系统的硬件电路设计与实现 (8)

3.1 系统的硬件组成部分 (8)

3.2 主要单元电路设计 (8)

3.2.1 中央控制模块 (8)

3.2.2 量程自动转换模块 (9)

3.2.3 A/D模数转换模块 (13)

3.2.4 显示模块 (15)

3.2.5 通信模块 (15)

3.2.6 电源部分 (16)

4 系统的软件设计 (17)

4.1 软件的总体设计原理 (17)

4.1.1 A/D转换程序设计 (18)

4.1.2 数字滤波程序设计 (18)

4.1.3 量程自动转换的程序设计 (20)

5 系统调试及性能分析 (22)

5.1 调试与测试 (22)

5.2 性能分析 (22)

6 结束语 (23)

6.1 设计总结 (23)

6.2 设计的心得 (23)

7 致谢词 (24)

附录 (25)

附录1 参考文献 (25)

附录2 系统总电路图 (26)

附录3 源程序 (27)

1 前言

1.1 电子测量概述

从广义上讲，凡是利用电子技术来进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上来说，电子测量是在电子学中测量有关电量的量值。与其他一些测量相比，电子测量具有以下几个明显的特点：①测量频率范围极宽，这就使它的应用范围很广；②量程很广；③测量准确度高；④测量速度快；⑤易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰，直观；⑥易于利用计算机，形成电子测量与计算技术的紧密结合。

随着科学技术和生产的发展，测量任务越来越复杂，工作量加大，测量速度测量准确度要求越来越高，这些都对测量仪器和测试系统提出了更高的要求。微机的出现为解决上述问题提供了条件。利用微机的记忆，存储，数学运算，逻辑判断和命令识别等能力，发展了微机化和自动测试系统。近年来微机和大规模集成电路发展很快，价格大幅下降，同时在测试系统中还解决了通用接口母线标准化问题，使微机化仪器和自动测试系统得到了很大发展，正改变着电子测量的面貌。

1.2 数字电压表的特点

1.读数直观、准确

电压表的数字化，是将连续的模拟量(如直流电压)转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的以指针与刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。

2.显示范围宽、分辫力高

指针表的分辫力，是由刻度盘的细度表达的，刻度盘在一定条件下无法分得很细，太细了视觉分辫也很困难，而数字显示的电压表，目前可以做到从2（1/2）到10（1/2）。

3.输入阻抗

数字电压表的输入阻抗可高达(1~10000)M。输入阻抗越高，所吸收被测信号的电流就越小，所带来的附加误差极小，可以忽略。

4.集成度高、功耗小、抗干扰能力强

由于CMOS技术的发展，集成电路的功耗变得很小，即发热量很小，这样就可以在同一块芯片上集成更多的元件，形成大规模或超大规模集成电路。这给制造业带来了飞跃，不仅仪表小巧而功能齐全，其他如手机、袖珍电脑等也得以诞生。目前双积分或多重积分的A/D转换器构成的数字电压表，由于在积分过程中可将干扰信号部分或全部抵消掉，其串模抑制比可达100分贝，共模抑制比可达120分贝。

5.可扩展能力强

直流数字电压表本身可以扩展成交流电压表、交直电流表、峰值表、功率表等，还可以附加智能化。例如:计算、保持、比较数字、设定时间，设定上、下量限及自动控制等多种功能。

1.3 单片机的概述

单片机就是在一块半导体硅片上集成了微处理器（CPU）、存储器（ROM、RAM、EPROM）和各种输入、输出接口，这样一块集成电路芯片上具有一台计算机的属性，因而被称为单片微型计算机，简称单片机。

单片机根据其基本操作处理的位数可分为：1位单片机、4位单片机、8位单片机、16位单片机和32位单片机。并且其发展历史可分为以下四个阶段：

第一阶段：单片机初级阶段。因工艺限制，单片机采用双片的形势而且功能比较简单。例如，仙童公司生产的F8单片机，实际上只包括了8为CPU，64 B RAM和2个并行口。因此，还需加一块3851才能组成一台完整的计算机。

第二阶段：低性能单片机阶段。以Intel公司制造的MCS-48单片机为代表，这种单片机片内集成有8位CPU、并行I/O口、8位定时器/计数器、RAM和ROM等，但是不足之处是无串行口，中断处理比较简单，片内RAM和ROM容量较小且寻址范围不大于4KB。

第三阶段：高性能单片机阶段。这个阶段推出的单片机普遍带有I/O口，多级中断系统，16位定时器/计数器，片内ROM、RAM容量加大，且寻址范围可达64KB，有的片内还带有A/D转换器。这类单片机的典型代表是：Intel公司的MCS-51系列、Motorola 公司的6801和Zilog公司的Z8等。由于这类单片机的性能价格比高，所以仍被广泛应用，是目前应用数量较多的单片机。

第四阶段：8位单片机巩固发展及16位单片机、32位单片机推出阶段。此阶段的主要特征是一方面发展16位单片机、32位单片机及专用型单片机；另一方面不断完善高档8位单片机，改善其结构，以满足不同的用户需要。