简易数字电流表课程设计
课程设计
题目______ 简易数字电流表_____________
二级学院电子信息与自动化
专业自动化
班级71-1
学生姓名—学号—
指导教师
2.4电路图和各元器件之间实际连接关系
3.1系统模块层次结构图
3.2程序流程图........
3.3源程序代码........
4测试
4.1测试方法及设备
4.2实测数据
4.3系统指标
5总结
5.1硬件电路设计总结
5.2软件程序设计总结
基于单片机的简易数字电流表设计
摘要
所谓数字电流表就是能将测得的模拟电流量经过A/D 转换转变为数字量，并在液晶显示屏上直接显示电流读数的电流表，相比针式电流表有着测量数据准确明了，读数精度高的特点，类似数字式万用表，有着相当的实用性。
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就是这场革命的产物之一。基于单片机的智能综合仪表是融合智能化、数字化、网络化等时代特性的新一代智能仪表，兼具指示仪表、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。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。
作为电流直接测量和显示的必要常规仪器仪表，在注重性价比同时，必须具备精度高、稳定性好、抗干扰性强等优点。而实时响应电流变化并连续实时显示，能够真正实现动态测量的数字电流表将成为特定使用领域的标准配置。随着电子科技的快速发展，数字电流表的使用将愈发广泛。
关键词
数字电流表，电流采样，A/D 转换，单片机
1概述
1.1设计意义
通过课程设计，掌握电子设计的一般步骤和方法，锻炼分析问题解决问题的能力，学会如何查找所需资料，同时复习以前所学知识并加深记忆，为毕业设计打好基础，也为以后工作作准备。通过对选题的分析设计，学习数字电流表的工作原理、组成和特性；掌握数字电流表的校准方法和使用方法；学会分流电路的连接和计算；了解过压过流保护电路的功用。
1.2我的工作
我小组经过严密协商，在保证课程设计所要求的“即合作，又分工”基础上进行了明确分工，我主要负责设计初期通过图书馆，网络查找关于简易数字电流表设计相关资料。和本组成员一同诊定思路，解析实例，各自提出一些创新设计思路，共同确定大体方案。协同对初期方案进行电路分析，选择合适的元器件，最终确定出一个我们觉得可行的方案。
仿真过程和，实物制作阶段，我深入学习实验方法和步骤，总结实验流程。
1.3系统主要功能
A ；可准确测量一定量程（0~200mA ）电流大小值。
B ；通过按键选取不同量程。
2硬件电路设计及描述
2.1设计思想与方案选取
拿到题目，先从题目本生分析，首先想到要求所用到的单片机，出于合理选取及实例分解，根据单片机的特点，选取了AT89S51作为设计用单片机。主要考虑到AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结
合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
而AT89S52有40个引脚，8k 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（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, 这些特性符合其用在设计中分级处理采样信息，准确测量数据，有效控制成本的要求。
其次，电流测量中，电流是模拟量，而单片机只负责处理数字信号，所以要用到A/D 转换芯片，通过筛选，选取了ADC0809乍为设计用A/D转换芯片。
ADC0809为8位分辨率A/D转换芯片，以逐次逼近原理进行模一数转换，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32卩S，具有双数据输出可作为数据校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。内部还有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，转换时间为100卩s。
由于ADC0809芯片的转换时间短，并且性能比较高，所以采用ADC0809作为数模转换芯片。
2.2设计原理及方框图
接晶体引脚XTAL1和XTAL2。XTAL2 （18脚）：接外部晶体和微调电容的一端。在89C51片
内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。若须采用外部时钟电路，则该引脚悬空。
XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。
控制信号引脚RST、ALE、PSEN、EA。
RST （9脚）脚：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此时输入端保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。
ALE （30管脚）：地址锁存允许信号端。当89C51上电正常工作后，ALE输出信号作为锁存低
8位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时，ALE端也以振荡频率的六分之一固定输出正脉冲，因而ALE信号可
以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确认89S51芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。若有脉冲信号输出，则89S51基本上是好的。
ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL负载。
此引脚的第2功能PROG在对片内带有4KBFIashROM的89C51编程写入时，作为编程脉冲输入端。
PSEN （29脚）：程序存储允许输出信号端。当89C51由片外程序存储器指令时，每个机器周
期两次PSEN有效。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN端同样可驱动8个LS型TTL负载。
要检查一个89C51小系统上电后CPU能否正常工作，也可用示波器PSEN端有无脉冲输出。如有，则说明基本上工作正常。
EA （31脚）：外部程序存储器地址允许输入端固化编程电压输入端。
当EA引脚接高电平时，CPU只访问片内Flash ROM并执行片外程序存储器中的指令：但当PC
的值超过0FFFH，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。
当输入信号EA引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行片外程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。然而需要注意的是，如果保密位LB1被编程，则复位时在内部会锁存
EA端的状态。
当EA端保持高电平时CPU则执行内部程序存储器中的程序。接晶体引脚XTAL1和XTAL2。
XTAL2 （18脚）：接外部晶体和微调电容的一端。在89C51片内它是振荡电路反相放大器的输出端，
振荡电路的频率就是晶体的固有频率。若须采用外部时钟电路，则该引脚悬空。
要检查89C51的振荡电路是够正常工作，可用示波器查看XTAL2端是否有脉冲信号输出。
XTAL1（19脚）：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反相放大器的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。
控制信号引脚RST、ALE、PSEN、EA。
RST（9脚）脚：RST是复位信号输入端，高电平有效。当此时输入端保持两个机器周期（24个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。
ALE （30管脚）：地址锁存允许信号端。当89C51上电正常工作后，ALE输出信号作为锁存低
8位地址的控制信号。
平时不访问片外存储器时，ALE端也以振荡频率的六分之一固定输出正脉冲，因而ALE信号可
以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确认89C51芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有脉冲信号输出。若
有脉冲信号输出，则89C51基本上是好的。
ALE端的负载驱动能力为8个LS型TTL负载。
此引脚的第2功能PROG在对片内带有4KBFIashROM的89C51编程写入时，作为编程脉冲输入端。
PSEN（29脚）：程序存储允许输出信号端。当89C51由片外程序存储器指令时，每个机器周
期两次PSEN有效。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。PSEN端同样可驱动8个LS型TTL负载。
要检查一个89C51小系统上电后CPU能否正常工作，也可用示波器PSEN端有无脉冲输出。如有，则说明基本上工作正常。
EA（31脚）：外部程序存储器地址允许输入端固化编程电压输入端。
当EA引脚接高电平时，CPU只访问片内Flash ROM并执行片外程序存储器中的指令：但当PC
的值超过0FFFH，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。
当输入信号EA引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行片外程序存储器中的指令，而
不管是否有片内程序存储器。然而需要注意的是，如果保密位LB1被编程，则复位时在内部会锁存
EA端的状态。
当EA引脚接高电平时，CPU只访问片内Flash ROM并执行片外程序存储器中的指令：但当PC 的值超过0FFFH，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。
当输入信号EA引脚接低电平时，CPU只访问片外ROM并执行片外程序存储器中的指令，而不管是否有片内程序存储器。然而需要注意的是，如果保密位LB1被编程，则复位时在内部会锁存
EA端的状态。当EA端保持高电平时CPU则执行内部程序存储器中的程序。
2.3工作原理
电流信号的转换实现及采样要点
用单片机及其扩展的外部电路先做成一个理想电压表⑶，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lg就是电流表的满量程电流。
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。