直流数字电流表的设计

第一章设计任务及可行性分析

1.1总体结构

1.1.1数字电流表的组成

图2.2 数字电流表的组成框图

数字直流电流表的核心是A/D转换器。按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进行8路其他A/D转换量的测量和远程测量结果传送等扩展功能。数字电流表系统设计方案框图如图 2.3所示。

AT89C5

1

P0

P

2

P

1

ADC0809

4位LED显示

上电复位串口通信电源电路

图2.3 数字电流表系统设计方案框图

1.2所需元器件清单

表3.1所需元器件材料表

器件类型器件名数值数量

单片机AT89S511

A/D转换器ADC08091

数码管TSEG-MP*4-C

1

C-BLUE

开关按键开关 1

电容C1、C2 33uF 2

电解电容C3 10uF 1

电阻R1 1K 2

排阻RP1 200 1

变阻器RV1 1K 1

晶振X1 1MHz 1

第二章达到的技术指标

1、可以测量0-5V的8路输入电压值；

2、测量结果可在四位LED数码管上轮流显示后单路选择显示；

3、测量最小分辨率为0.019A；

4、测量误差约为+0.0AV；

第三章数字式电流表的硬件设计

3.1主要元器件的介绍

3.1.1单片机AT89S51

AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机。图4.2和4.3分别为其实物图和内部总体结构图。

AT89S51的引脚

AT89S51芯片为40引脚双列直插式封装，其引脚排列如图4.2所示。

图4.2 AT89S51的引脚图

(1)VCC：电源电压；

(2)GND：接地；

(3)P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，每位引脚可驱动8个TTL 逻辑门路。

(4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。有第二功能，如表4.1所示。

表4.1 P1口的第二功能

端口引脚第二功能

P1.5 MOSI(用于ISP编程)

P1.6 MISO(用于ISP编程)

P1.7 SCK(用于ISP编程)

(5)P2口：P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。。

(6)P3口：P3口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。P3口除了一般I/O线的功能外，还具有更为重要的第二功能，如表4.2所示。P3口同时为FLASH编程和编程校验接收一些控制信号

表4.2 P3口的第二功能

端口引脚第二功能

P3.0 RXD（串行输入口）

P3.1 TXD（串行输出口）

P3.2 /INTO（外部中断0）

P3.3 /INT1（外部中断1）

P3.4 T0（定时器0外部输入）

P3.5 T1（定时器1外部输入）

P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）

P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）

(7) RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

(8) ALE//RPOG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

(9)/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。

(10)/EA/VPP：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA 端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V

编程电源（VPP）。

·定时器0和定时器1：

AT89S51的定时器0和定时器1 的工作方式与AT89C51 相同。定时和计数功能由特殊功能寄存器TMOD的控制位C/T进行选择，这两个定时/计数器有4种操作模式，通过TMOD的M1和M0选择。其中模式0、1和2都相同，模式3不同。

·定时器2：

定时器2 是一个16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2 位选择。定时器2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON 的控制位来选择。

定时器2 由两个8 位寄存器TH2 和TL2 组成，在定时器工作方式中，每个机器周期TL2 寄存器的值加1，由于一个机器周期由12 个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。

在计数工作方式时，当T2 引脚上外部输入信号产生由1 至0 的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2 期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1 期间寄存器加1。由于识别1 至0 的跳变需要2 个机器周期（24 个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。

·可编程时钟输出：

定时器2 可通过编程从P1.0 输出一个占空比为50%的时钟信号。P1.0 引脚除了是一个标准的I/O 口外，还可以通过编程使其作为定时/计数器2 的外部时钟输入和输出占空比50%的时钟脉冲。当时钟振荡频率为16MHz 时，输出时钟频率范围为61Hz—4MHz。

·UART：

AT89S51的工作方式与AT89C51工作方式相同。串口为全双工结构，表示可以同时发送和接收，它还具有接收缓冲，在第一个字节从寄存器读出之前，可以开始接收第二个字节。（但是如果第二个字节接收完毕时第一个字节仍未读出，其中一个字节将会丢失）。串口的发送和接收寄存器都是通过SFR SBUF进行访问的。写入SBUF