电流测量模块的设计毕业论文.doc

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电流测量模块的设计毕业论文

目录

摘要 I

Abstract II

1引言 1

1.1课题研究问题 1

1.2课题背景及意义 1

2背景知识介绍 3

2.1单片机发展详细介绍 3

2.1.1单片机的工作原理 4

2.1.2单片机的基本特点 5

2.2A/D转换器的介绍 6

2.2.1A/D转换器的工作原理 6

2.2.2A/D转换器的基本特点 7

3系统硬件设计 8

3.1系统整体设计方案 8

3.2主控制器模块设计 9

3.3转换模块设计 12

3.4数据采集模块的设计 14

3.5显示模块设计 16

3.6电流测量模块的设计系统仿真图 19

4系统软件设计 20

4.1系统主控程序设计 20

4.2数据采集处理程序设计 21

4.3显示模块程序设计 22

5测量结果显示 23

6调试与总结 23

致谢 24

附录 25

摘要

传统电流测量一般采用电流表和万用表，但随着嵌入式技术与传感器技术的发展，数字电流测量实用日益广泛。

本论文描述了交直流数字电流测量系统的设计，系统包括微控制器最小系统模块、电流采集模块、AD转换模块、显示模块、电源管理模块等。

通过输入电路把交、直流模拟信号送给ADC0809转换为数字信号再送至AT89C52单片机，通过P0口经LCD1602显示出测量值；其中交流信号通过单向桥式整流电路将交流信号转换成直流信号在通过ADC0809转换器。

论文还详细阐述了与系统硬件相应的系统软件设计。

本系统经测试，运行良好，具有一定的实用价值和推广价值。

关键词：

单片机数字电流表A/D整流电路

Abstract

Thetraditionalcurrentmeasurementgenerallyusetheammeterandmultimeter,butwiththedevelopmentofembeddedtechnologyandsensortechnology,digitalcurrentmeasurementutilityisincreasinglywidespread.

ThispaperdescribesthedesignoftheDCanddigitalcurrentmeasurementsystem,thesystemincludingtheminimumsystemmoduleofthemicrocontroller,thecurrentacquisitionmodules,ADconvertermodule,displaymodule,thepowermanagementmodule.ThroughtheinputcircuitACandDCanalogsignalissenttotheADC0809intodigitalsignalsandthensenttotheAT89C52microcontroller,theLCD1602displaythemeasuredvaluethroughtheP0port;ACsignalthroughtheone-waybridgerectifiercircuitoftheACsignalintoaDCsignalbytheADC0808converter.Thepaperalsoelaboratesthecorrespondingsystemsoftwaredesignandsystemhardware.

Thissystemhasbeentestedandrunswell,hassomepracticalvalueandpromotionalvalue.

Keywords:

single-chip,digitalammeter,A/D,rectifiercircuit.

1引言

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，这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机与测量控制技术结合在一起，在测量工程自动化，测量结果所举处理以及功能的多样化方面取得了巨大的进步。

基于单片机的智能综合仪表是基于智能化、数字化、网络化、新一代智能仪表的设计理念，采用智能调理、灵巧总线、工业网络、液晶显示、电子储存技术、综合指示仪表、调节仪表、计算仪表与记录仪表功能。

具有高测量控制精度、工可靠性稳定性的特点。

通过数字电流表的设计方案,掌握了C语言的编程方法，并熟练的运用AT89C52单片机定时器以及ADC0808模/数转换芯片将模拟电流量转变为数字量然后在液晶显示屏上直接显示数字的电流值。

1.1课题研究问题

设计一个电流测量模块，可对直流或交流的电流大小进行测量，测量范围为0-10A，测量结果可显示或以标准接口方式输出。

主要技术指标：

供电电压：

220V（+_10%）测量范围：

0—10A

设计拟采用电流耦合器，把大电流转变为小电流，然后再对其采样。

控制器可采用其它AT89C52单片机或其它高级处理器。

1.2课题背景及意义

85C1电流表经过多年来的发展，在国内已经形成完整成熟的产业链，上下游厂家近万家。

对85C1的生产和发展提供了良好的氛围。

据目前统计来看国内生产厂家有近千家，大都完成了技术改造。

由单一走向全面。

CS5460A是美国Crystal公司推出的一款用于测量电压、电流、功率、能量的集成芯片，该芯片的主要特点是精度高、性能强、成本低且无需微控制器也可独立运行，它是CS5460的增强版。

C8051F310是美国SiliconLabs公司推出的一款具有8051内核的高性能单片机，它的运行速度为普通8051单片机的12倍，主要特点是高速率、低功耗、外围器件少、可靠性高。

直流大电流测量技术的意义直流大电流测量技术在工业生产和科研实验中有着较广泛的应用,如:

在地铁和电气化铁道等直流牵引系统中;电力工业中的高压直流输电系统也有直流大电流的测量问题;在核物理、大功率电子学等科研实验中常常涉及到大电流测量问题。

对于测量到的大电流,也有计量、监视、控制及保护等不同的用途,它们对测量准确度指标的要求也不完全一致。

对于计量用的测量互感器的准确度要求最高,对保护和控制用的互感器要求次之,对监视用的互感器要求最低。

直流大电流的测量,已成为电磁测量技术领域中不可缺少的独立部分。

2背景知识介绍

2.1单片机发展详细介绍

1946年第一台电子计算机诞生至今，依靠微电子技术和半导体技术的进步，从电子管——晶体管——集成电路——大规模集成电路，使得计算机体积更小，功能更强。

特别是近20年时间里，计算机技术获得飞速的发展，计算机在工农业，科研，教育，国防和航空航天领域获得了广泛的应用，计算机技术已经是一个国家现代科技水平的重要标志。

单片机诞生于20世纪70年代，象Fairchild公司研制的F8单片微型计算机。

所谓单片机是利用大规模集成电路技术把中央处理单元（CenterProcessingUnit,也即常称的CPU）和数据存储器（RAM）、程序存储器（ROM）及其他I/O通信口集成在一块芯片上，构成一个最小的计算机系统，而现代的单片机则加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路，使得单片机的功能越来越强大，应用更广泛。

20世纪70年代，微电子技术正处于发展阶段，集成电路属于中规模发展时期，各种新材料新工艺尚未成熟，单片机仍处在初级的发展阶段，元件集成规模还比较小，功能比较简单，一般均把CPU、RAM有的还包括了一些简单的I/O口集成到芯片上，象Fairchild公司就属于这一类型，它还需配上外围的其他处理电路方才构成完整的计算系统。

类似的单片机还有Zilog公司的Z80微处理器。

1976年INTEL公司推出了MCS-48单片机，这个时期的单片机才是真正的8位单片微型计算机，并推向市场。

它以体积小，功能全，价格低赢得了广泛的应用，为单片机的发展奠定了基础，成为单片机发展史上重要的里程碑。

在MCS-48的带领下，其后，各大半导体公司相继研制和发展了自己的单片机，象Zilog公司的Z8系列。

到了80年代初，单片机已发展到了高性能阶段，象INTEL公司的MCS-51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名电气公司NEC和HITACHI都相继开发了具有自己特色的专用单片机。

80年代，世界各大公司均竞相研制出品种多功能强的单片机，约有几十个系列，300多个品种，此时的单片机均属于真正的单片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、数目繁多的I/O接口、多种中断系统，甚至还有一些带A/D转换器的单片机，功能越来越强大，RAM和ROM的容量也越来越大，寻址空间甚至可达64kB，可以说，单片机发展到了一个新的平台。

单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。

1.SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。

“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。

在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。

2.MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：

不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。

它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。

从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。

在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。

Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。

因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。

3.SoC单片机（SystemOnChip），单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。

随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计会有较大的发展。

因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。

2.1.1单片机的工作原理

单片机由运算器、控制器、存储器、输入输出设备构成。

单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。

为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。

存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被