基于单片机的电流电压测量 毕业设计

基于单片机的电流电压测量毕业设计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 (5)1.1 电子测量概述 (5)1.2 数字电压表的特点 (5)1.3 单片机的概述 (6)2 系统方案的选择与论证 (7)2.1 功能要求 (7)2.2 系统的总体方案规划 (7)2.3 各模块方案选择与论证 (7)2.3.1 控制模块 (7)2.3.2 量程自动转换模块 (8)2.3.3 A/D转换模块 (8)2.3.4 显示模块 (9)2.3.5 通信模块 (9)3 系统的硬件电路设计与实现 (10)3.1 系统的硬件组成部分 (10)3.2 主要单元电路设计 (10)3.2.1 中央控制模块 (10)3.2.2 量程自动转换模块 (11)3.2.3 A/D模数转换模块 (15)3.2.4 显示模块 (17)3.2.5 通信模块 (17)3.2.6 电源部分 (18)4 系统的软件设计 (19)4.1 软件的总体设计原理 (19)4.1.1 A/D转换程序设计 (20)4.1.2 数字滤波程序设计 (20)4.1.3 量程自动转换的程序设计 (22)5 系统调试及性能分析 (24)5.1 调试与测试 (24)5.2 性能分析 (24)6 结束语 (25)6.1 设计总结 (25)6.2 设计的心得 (25)7 致谢词 (26)附录 (27)附录1 参考文献 (27)附录2 系统总电路图 (28)附录3 源程序 (29)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。

2 系统方案的选择与论证2.1 功能要求使用AD/DC模数转换模块把模拟量转换成数字量，再采用AT89C52单片机进行电压、电流表的计算和显示，并将数据发送给PC机，要求进行硬件，软件系统设计。

1、4位电压、电流显示2、8个档位自动调节3、电压范围0——1000V4、电流范围0——5A5、能串口发送给计算机，并以适时波形显示2.2 系统的总体方案规划本设计主要由五大模块组成：量程自动转换模块、A/D模数转换模块、单片机控制模块、显示模块和通信模块。

按系统功能实现要求，控制模块采用AT89C52单片机，通过程序来进行电压、电流的计算等数据处理，及其功能控制；量程自动转换模块包括电压衰减和8个档位自动换档，采用纯硬件搭建；A/D转换模块采用ADC0809芯片；显示模块采用四个LED数码管静态显示电压、电流值。

通信模块采用串口通信将数据发送给PC机。

使用MAX232芯片，实现电平转换功能，使单片机的TTL电平与RS232的电平实现匹配。

如图2.1所示：图2.1 系统总体框图2.3 各模块方案选择与论证2.3.1 控制模块中央控制器为整个系统的核心，通过接受外部信息，按照控制算法驱动执行机构。

对中央处理器的选择多种多样，本设计采用ATMEL公司生产的AT89S52系列的单片机作为主控制器。

它支持ISP在线可编程写入技术！串行写入、其频率高达33MHz,故其速度更快、内部集成看门狗计时器，不再需要像89C51那样外接看门狗计时器单元电路。

稳定性更好。

AT89S52 高性能8位单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。

空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。

同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

2.3.2 量程自动转换模块方案一、采用软件编程技术。

特点：硬件简单，但编程复杂。

方案二、采用纯硬件搭建技术。

利用一些廉价的元器件组成量程自动转换电路，特点：所用硬件多，但成本低，且不需要复杂的软件编程及调试。

考虑到本次设计所需硬件较少，且所用元器件容易购买，成本低。

故采用方案二2.3.3 A/D转换模块方案一、采用双积分A/D转换技术。

特点是：精度高，抗干扰能力强。

但高精度的双积分A/D芯片，价格较贵，增加了单片机系统的成本。

方案二、采用比较型A/D转换器（ADC1210）。

特点是：测量速度快（最高可达每秒100万次以上），电路比较简单，但抗干扰能力差。

方案三、采用逐次逼近型A/D转换器（ADC0809）。

特点是：价格便宜，容易购买，但精度较低。

ADC0809是8位逐次逼近型A/D转换器。