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。

1.2所需元器件清单

表3.1所需兀器件材料表

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。

J'

Pl Jfl 匚14d i Tl VCC

P1.1 匸339□ RO o 4 ADO}

P1 £匚338□ F0.1 (赳口町

Pl -3 C4371□ F0±

P1.4 匚5□ P0^

PIS 匚G3&□ P0 .4 {AD^}

PT 站亡7S4 I二1 F^O

5

{SCK} Pl .7 匚33□ RO e 4 ADS}

HST匸9as□ P0.7

(RKC)円Q亡1031□ EA^VPP

{TXD} P3.)匚1130□ AL E/PROQ

([RTaj田主匸1229□ PA Eh

(fRTi} P3_3 匚2S二1 P2 7

|TO> P3>1 匚1427□P2J6-

(Tl) P3J5 匚IS2G□ P2i

(V7F) P3J0匸T总25□ P2 4

{TO} P3.7匚1724 1□ P2.3

XTAL2 匚1S23二1 P22{A10>

XTALl 匚1922□ P2.1

WtW匚

20

21 l J

图4.2 AT89S51的引脚图

(1)V CC：电源电压；

(2)G ND: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。

⑸P2 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。。

⑹P3 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

表口的第二功能

（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（OOOOH-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勺控制位C/T进行选择，这两个定时/计数器有4种操作模式，通过TMOD勺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勺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%勺时钟信号。P1.0弓I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%勺时钟脉冲。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SFRSBUF进行访问的。写入SBUF 的数据装入发送寄存器，对SBUF勺读操作是对物理上分开的接收寄存器进行访问。