数字电流表的设计与仿真毕业设计.docx

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数字电流表的设计与仿真毕业设计

数字电流表的设计与仿真-毕业设计-

xxxx大学毕业设计

数字电流表的设计与仿真

学生姓名

XX

院系名称

工学院

专业名称

xxx

班级

20XX级X班

学号

X

指导教师

XX

完成时间

20XX年X月X日

数字电流表的设计与仿真

学生姓名：

XX指导教师：

XX

内容摘要:

本设计主要采用CC7106双积分A/D变换器设计方案来完成一个简易的数字电流表，其实是一个电压表进行改装得到的，将电压表能够对输入的0～5V的模拟直流电压进行测量，并通过一个4位一体的7段LED数码管进行显示，测量误差约为0.1V。

该电压表的测量电路主要由三个模块组成：

A/D转换模块、数据处理模块及显示控制模块。

A/D转换主要由芯片CC7106来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。

数据处理则由芯片CD331来完成，其负责把CC7106传送来的数字量经一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；另外它还控制着CC7106芯片的工作。

显示模块主要由LCD液晶数码管及相应的驱动芯片）组成，显示测量到的电流值。

关键词：

简易数字电流表LCD液晶数码管CC7106

引言

传统的电网电流表一般都采用指针式表头，且都存在着测量范围小，稳定性差，精度低，表头指针指示不便于读数且误差大等缺点，已经不适应社会发展的需要。

而随着智能化测控技术的迅速发展.以双积分AD转换器为核心的数字电表的优势已十分明显。

智能综合仪表是基于智能化、数字化新一代智能仪表的设计理念，采用灵巧总线、工业网络、液晶显示、电子储存技术、调节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。

芯片负责采集数据，给出了一款性价比高、抗干扰能力强、测量精度很的电网电流表的设计方法。

1系统的工作原理

1.1数字电流表的工作原理

用单片机及其扩展的外部电路先做成一个理想电压表[3]，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Ig就是电流表的满量程电流。

图1电流表原理图

1.2过流、防反接保护

用熔断器及过流保护二极管做防反接保护。

如图2所示。

当通过电流过大时,熔断器中保险丝烧断;当电路反接时,电流无法通过二极管,从而保护电流表。

图2防反接保护电路图

1.3放大器

放大部分的电路采用如图3电路,并在串一级低通滤波:

图3放大器电路图

1.4AD转换器及外围电路计

1.4.1A/D转换器概述

A/D转换部分本系统采用了ADC0808芯片.ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。

其内部有一个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。

ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。

一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。

.1.4.2内部结构

ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。

1.4.3引脚功能（外部特性）

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。

各引脚功能如下：

　　1～5和26～28（IN0～IN7）：

8路模拟量输入端。

　　8、14、15和17～21：

8位数字量输出端。

　　22（ALE）：

地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

　　6（START）：

A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

　　7（EOC）：

A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

　　9（OE）：

数据输出允许信号，输入，高电平有效。

当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

　　10（CLK）：

时钟脉冲输入端。

要求时钟频率不高于640KHZ。

　　12（VREF（+））和16（VREF（-））：

参考电压输入端

　　11（Vcc）：

主电源输入端。

　　13（GND）：

地。

　　23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：

3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中

的一路

1.4.4通道选择

通道的选择如图4所示

地址码

对应的输入通道

23（ADDA）

24（ADDB）

25（ADOC）

0

0

0

IN0

0

0

1

IN1

0

1

0

IN2

0

1

1

IN3

1

0

0

IN4

1

0

1

IN5

1

1

0

IN6

1

1

1

IN7

图4通道选择图

1.4.5极限参数

电源电压（Vcc）：

6.5V

　　控制端输入电压：

-0.3V～15V

　　其它输入和输出端电压：

-0.3V～Vcc+0.3V

　　贮存温度：

-65℃～+150℃

　　功耗（T=+25℃）：

875mW

　　引线焊接温度：

①气相焊接（60s）：

215℃；②红外焊接（15s）：

220℃

抗静电强度：

400V

1.4.6ADC0808的输出端注意

out8为最低位-out1为最高位，out8-out1分别接单片机的P0.0到P0.7端。

1.4.7外围电路设计

图5A/D转换器及外围电路图

其中液晶显示采用EDS801，将其各数码的字段及公共端与ICL7106相应端接。

OSC1、OSC2和OSC3是内部时钟的外接电阻和电容引脚；TEST是数字逻辑地端；VRH和VRL是参考电压的输入端，参考电压决定着AD转换器的灵敏度，它是由UDD分压而来，调节

分压比可调节灵敏度（调满）；两个CR脚是基准电容的外接引脚；COM端是模拟信号公共端；AZ、BUF和INT分别是自动调零端缓控制端和积分器输出端；U+和U-为电源端；IN+和IN-为待测信号输入端。

R1、C1分别为振荡电阻与振荡电容。

R2与电位器RP构成基准电压分压器，RP宜采用精密多圈电位器，调整RP使UREF＝UM/2＝100.0mV，满量程即定为200mV，二者呈1∶2的关系。

R3、C3为模拟输入端高频阻容式滤波器，以提高仪表的抗干扰能力。

C2、C4分别为基准电容和自动调零电容。

R4、C5依次为积分电阻和积分电容。

仪表采用220V叠层电池供电，测量速率约50次／秒。

IN-端、UREF－端与COM端互相短接。

对于CC7106，OSC1至OSC2为时钟振荡器的引出端，主振频率

由外接

的值决定，即

，CC7106计数器的时钟脉冲

是主振频率

经

分频后得到的，因此

，设CC7106一次A/D转换所需时钟脉冲总数N为200，而一次转换所需时间T=1/50次=0.02s。

则时钟脉冲频率

由T=N/

=4N/

式可得

=N/T

10Khz，因而主振频率为

=4

=40Khz，因此可以算出

、

的值。

若取

=100pF，则

=（50/

）

112.5

，取标称值120

。

积分元器件

、

及自动调零电容

的取值分别为

=56

=0.22

，

=0.47

。

和RP组成基准电压的分压电路。

其中，RP一般采用精密多圈电位器。

改变RP的值可以调节基准电压

的值。

、

为输入滤波电路。

电源电压取+220V，

取0.1

。

1.5量程选择及量程显示

本系统量程的选择通过按键来实现:

图6量程电路图

通过判断按键的次数来选择量程,以及通过实现发光二极管来显示当前量程。

1.6LED显示

本系统测量结果用4个数码管显示

图7数码管示图

2测量系统的总体结构设计

2.1系统的组成框图

负反馈放大电路

采样

A/D转换器及其外围电路

单片机

LED数码管

独立式按键

量程选择

图8系统的组成框图

2.2硬件图

图9系统硬件电路图

N

N

Y

Y

Y

结束

数据处理，送数码管显示

启动AD转换

显示量程3

进入量程3

显示量程2

进入量程2

显示量程1

进入量程1

初始化

开始

n=1?

n=2?

n=3?

判断按键次数n=4则n=1

读键值

N

2.3软件流程图

图10软件流程图

2.4程序代码及说明

ORG0000H

SJMPSTART

ORG0080H

LED0EQU40H

LED1EQU41H

LED2EQU42H

LED3EQU43H;存放四个数码管的段码

ADCEQU45H;存放转AD换后的数

STRBITP3.0

OEBITP3.1

EOCBITP3.2

START:

MOVLED0,#00H;清零

MOVLED1,#00H

MOVLED2,#00H

MOVLED3,#00H

MOVP1,#00H

MOVP2,#0F1H

MOVP3,#9FH

MOVR1,#00H

MOVDPTR,#TABLE;送段码首地址到DPTR

WAIT:

CLRSTR

SETBSTR

CLRSTR;产生下降沿启动AD转换

JNBEOC,$;等待转换结束

SETBOE;允许输出转换结果

MOVADC,P0;存储转换结果

CLROE

MOVA,ADC

MOVR2,#00H

CLRC

RLCA

JNCGO

MOVR2,#01H

GO:

MOVB,#51;数据送显示前的处理

DIVAB

CJNER2,#01H,MEI

ADDA,#05H

MEI:

MOVLED2,A;测量结果送到数码管显示

MOVA,B

MOVB,#5

DIVAB

MOVLED1,A

MOVLED0,B

MOVA,LED2

CJNEA,#10,WU

AJMPNEXT

WU:

AJMPNEXT1

NEXT:

MOVLED0,#00H

MOVLED1,#00H

MOVLED2,#00H

MOVLED3,#01H

NEXT1:

CJNER1,#03H,NEXT2

LCALLDISP3

JBP3.7,WAIT

LJMPKEY

NEXT2:

CJNER1,#02H,NEXT3

LCALLDISP2

JBP3.7,WAIT

LJMPKEY

NEXT3:

LCALLDISP1

JBP3.7,WAIT

LJMPKEY

DISP1:

MOVA,LED0;显示子程序

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.7

MOVP1,A

LCALLDELAY

SETBP2.7

MOVA,LED1

MOVCA,@A+DPTR

CLRP2.6

MOVP1,A

LCALLDELAY

SETBP2.6