基于ACS712的数字霍尔电流计设计系统Word文档下载推荐.docx

1、ACS712使用方便、性价比高、绝缘电压高等特点，主要应用于电动机控制、载荷检测和管理、开关式电源和过电流故障保护等，特别是那些要求电气绝缘却未使用光电绝缘器或其它昂贵绝缘技术的应用中。它能准确，实时地检测电流，使设备隐患得到及时的处理，确保人身安全和设备安全。关键词：ACS712；特性曲线；STC12C2052AD; 电流检测；RS-232；74HC595目录1概述 32霍尔电流计系统设计方案 33霍尔电流计系统硬件电路设计 43.1传感器采集放大电路 43.1.1ACS712内部结构及工作原理 43.1.2特性曲线 53.2 ACS712与AD接口 63.3 STC12C2052AD单片机

2、AD采集电路 63.4数码管显示电路 103.5电源稳压电路 113.6下载通信电路 123.7 系统程序 134总结 13参考文献 15系统总图 16程序 171概述在工业、汽车、商业和通信系统中，为了确保设备安全和人身安令，经常需要对设备的某些关键点进行电流检测，传统的检测方法存在测量精度不高，反应时间长 ，对于大电流一般采用电流互感器输出端不能开路 ，突发性绝缘击穿等缺新型线性电流传感器ACS712能有效克服这些缺点，为工业、汽车、商业和通信系统中的交流或直流电流感测提供经实惠的精密解决方案。2霍尔电流计系统设计方案本系统采用以STC系列的STC12C2052AD单片机系统为核心开发霍尔

3、电流计系统。系统硬件原理框图如图1-1： 图：1-1系统硬件原理图1-1由ACS712传感器，STC12C2052AD单片机自带AD模数转换，74HC595数码管显示和RS232串口通信等构成。整个系统由微处理器控制，根据霍尔原理设计的。霍尔元件之作用原理也就是霍尔效应，所谓霍耳效应指将电流I 通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B 时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V 之现象。ACS712在一定的电流范围内输出电压和电流成线性关系，内部自带放大，滤波电路，通过单片机自带8位AD采集数据，再由软件滤波补偿，用数码管实时显示当前电流值它的各部分电路的说明如下。（1） ACS712

4、采集电流，放大输出电压信号，经滤波电路后电流和电压建立线性关系（2）STC12C2052AD单片机通过内部8位AD实时检测电压，通过线性关系和补偿建立电流和电压的关系 （3） 通过显示电路将测距结果实时地显示出来。（4） 通过串口RS232和上位机通信，实时传送数据。3霍尔电流计系统硬件电路设计系统由三大部分组成：（1）传感器采集放大电路；（2）STC12C2052AD单片机AD采集电路；（3）数码管显示电路（4）电源稳压电路（5）下载通信电路；3.1传感器采集放大电路 ACS712是一种线性电流传感器，该器件内置有精确的低偏置的线性霍尔传感器电路，能输出与检测的交流或直流电流成比例的电压。具

5、有低噪声，响应时间快 （对应步进输入电流，输出上升时间为5 S），50千赫带宽，总输出误差最大为4，高输出灵敏度 （66 mVA185mVA）， ACS712采用小型的SOIC8 封装，采用单电源5V供电。引脚 1和2、3和4均内置有保险，为待测电流的两个输入端，当检测直流电流时，l 和2、3和4分别为待测电流的输入端和输出端。 图：3-13.1.1ACS712内部结构及工作原理 ACS712器件主要由靠近芯片表面的铜制的电流通路和精确的低偏置线性霍尔传感器电路等组成。被测电流流经的通路（引脚l和2，3和4之间的电路）的内电阻通常是12毫欧，具有较低的功耗。被测电流通路与传感器引脚（引脚58）

6、压21kVRMS，几乎是绝缘的。流经铜制电流通路的电流所产生的磁场，能够被片内的霍尔IC感应并将其转化为成比例的电压。通过将磁性信号尽量靠近霍尔传 感器来实现器件精确度的最优化。精确的成比例的输出电压由稳定斩波型低偏置BiCMOS霍尔集成电路提供，该集成电路在出厂时已进行了精确的编程。稳定斩波技术是一种新技术，它给片内的霍尔元器件和放大器提供最小的偏置电压，该技术几乎可以消除芯片由于温度所产生的输出。3-1-1 ACS712内含一个电阻RF（INT）I个缓冲放大器，用户可以通过FITER引脚（第6脚）外接一个容CF与RF（INT）组成一个简单的外接RC低通滤波器。3.1.2特性曲线ACS712

7、的3OA输出电压与检测电流关系的特性曲线，在检测范围30A内，传感器的输出电压和检测电流成正比，几乎不受温度的影响。图图：3-1-2为ACS712-30A 检测灵敏度与电流关系的特性曲线，输出灵敏度约为66mV/A，受温度的影响很小输出电压和检测电流的关系3-1-23-1-33.2 ACS712与AD接口 系统采用ACST12EICTR-30A-T进行电流检测，ACS712ELCTR-30A-T的输出端V0UT接到STC12C2052AD的P1.0进行模数转换，ACS712的VCC=5V，根据图3-1-3，ACS712的电压输出Vout和被检测的电流IP间的关系为：VOUT=（230）Ip +

8、25。由图3-1-2知：V 的输出范围为05V45V，量程为4V，若采用8位的ADC 时，量化单位为A=4/256V=156mv小于ACS712的输出灵敏度，即用8位的ADC在转换精度上可以满足需要.设计中根据STC12C2052AD的AD特性,AD输入的模拟量VIN和输出的数字量D之间的关系为： D=，另外Vout = Vin 所以STC12C2052AD的AD输出的数字量D和被检测电流IP间有如下的 关系：D=（128Ip）30+128。即被检测电流与AD转换后的数字量间建立了一一对应的关系，当被检测的电流为-30A时，D=0；当被检测的电流为0A时，D=128；当被检测的电流为30A时，

9、D=256，被检测电流的大小通过ACS712和STC12C2052AD的AD转化为数字量后输入到单片机进行处理。3.3 STC12C2052AD单片机AD采集电路STC12C2052AD系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快812倍，STC12C2052AD系列有2路PWM，8路高速8位A/D转换通用I/O（27/23/15个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/0口）。可设置成四种模式：准双向口/弱上拉，推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏。每个I/O口驱动能力均可达到2

10、0mA，但整个芯片最大不得超过55MA.STC12C2052AD系列有两路PWM，也可用来当4路D/A使用，也可用来再实现4个定时器。STC12C2052AD系列是8位精度的A/D，速度均可达到100KHZ（10万次/秒）。8路电压输入型A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。上电复位后P1口为弱上拉型I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口作用。需作为A/D使用的口需先将其设置为开漏模式或高阻输入，在P1M0、P1M1 寄存器中对相应的位进行设置。表2-1 P1M1 P1M0寄存器模式设置P1M07:0地址：

11、91hP1M17:92hI/O口模式（P1.X 如做A/D使用，需先将其设置成开漏或高阻输入）准双向口（传统8051 I/O口模式）灌电流可达20MA，拉电流为230UA1推挽输出（强上拉输出，可达20MA，尽量少用）仅为输入（高阻），如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式开漏（OPEN DRAIN），如果该I/O口需作为A/D使用，可选此模式表2-2 AD转换寄存器MnemonicAddName765432ResetValueADC_CONTRC5hA/D转换控制寄存器ADC_POWERSPEED1ED0_FLAG_STARTCHS2CHS1CHS00XX00000_DATAC6hA/D

12、转换结果寄存器，高8位_XXXX_LOW2BehA/D转换结果寄存器，低2位表2-3 ADC_CONTR 特殊功能寄存器：A/D转换控制特殊功能寄存器A/D转换控制寄存器POWERSPEED1SPEED0_FLAG_START表2-4 CHS2/CHS1/CHS0:模拟输入通道选择，CHS2/CHS1/CHS0Analog Channel Select模拟输入通道选择选择 P1.0 作为 A/D输入来用选择 P1.1 作为 A/D输入来用选择 P1.2 作为 A/D输入来用选择 P1.3 作为 A/D输入来用选择 P1.4 作为 A/D输入来用选择 P1.5 作为 A/D输入来用选择 P1.6

13、 作为 A/D输入来用选择 P1.7 作为 A/D输入来用ADC_START:模数转换器（ADC）转换启动控制位，设置“1”时，开始转换，转换结束后为0。ADC_FLAG:模数转换器转换结束标志位，当A/D转换完成后，ADC_FLAG=1,要由软件清0。表2-5 SPEED1，SPEED：模数转换器转换速度控制位A/D转换所需时间210个时钟周期转换一次，CPU工作频率20MHZA/D转换速度约100KHZ420个时钟周期转换一次630个时钟周期转换一次840个时钟周期转换一次ADC_POWER: ADC电源控制 0：关闭ADC电源；1：打开A/D转换器电源，建议进入空闲模式前，将ADC电源关

14、闭，ADC_POWER=0。启动A/D转换前一定要确认AD电源已打开，AD转换结束后关闭AD电源可降低功耗，也可不关闭建议启动A/D转换后，在A/D转换结束之前，比改变任何I/O口的状态，有利于高精度A/D转换表2-6 ADC_DATA/ADC_LOW2 特殊功能寄存器： A/D转换结果特殊功能寄存器DATAA/D转换结果寄存器，全部8位有效，为10位A/D转换结果的高8位LOW2BEhA/D转换结果寄存器，只有低2位有效，为10位A/D转换结果的低2位X 模拟/数字转换结果计算公式如下：结果（ADC_DATA7:0,ADC_LOW21:0）= Vin为模拟输入通道输入电压，Vcc为单片机实际

15、工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。取ADC_DATA的8位为ADC转换的高8位，取ADC_LOW2的低2位为ADC转换的低2位，则为10位精度。如果舍弃ADC_LOW2的低2位，只用ADC_DATA寄存器的8位则A/D转换结果为8位精度。结果ADC_DATA7:0= STC12C5410AD系列单片机的参考电压源是输入工作电压VCC，所以一般不用外接参考电压源。如7805的输出电压是5V，但实际电压可能是4.88V到4.96V，用户需要精度比较高的话，可在出厂时将实际测出的工作电压值记录在单片机内部的EEPROM里面，以供计算。在本设计中，考虑现实条件，我们使用了LM2940作为电压

16、源，给单片机提供5V电压。 图3-33.4数码管显示电路74HC595是具有8位移位寄存器和一个存储器，三态输出功能。移位寄存器和存储器是分别的时钟。数据在SHCP的上升沿输入，在STCP的上升沿进入到存储寄存器中去。如果两个时钟连在一起，则移位寄存器总是比存储寄存器早一个脉冲。移位寄存器有一个串行移位输入（DS），和一个串行输出（Q7），和一个异步的低电平复位（MR），存储寄存器有一个并行8位的，具备三态的总线输出，当使能OE时（为低电平），存储寄存器的数据输出到总线。74595的控制端说明：/SCLR（10脚）: 低点平时将移位寄存器的数据清零。通常我将它接Vcc。SCK（11脚）：上升沿

17、时数据寄存器的数据移位QA-QB-QC-.-QH；下降沿移位寄存器数据不变。（脉冲宽度：5V时，大于几十纳秒就行了。RCK（12脚）：上升沿时移位寄存器的数据进入数据存储寄存器，下降沿时存储寄存器数据不变。通常我将RCK置为低点平，当移位结束后，在RCK端产生一个正脉冲（5V时，大于几十纳秒就行了。我通常都选微秒级），更新显示数据。/G（13脚）: 高电平时禁止输出（高阻态）。如果单片机的引脚不紧张，用一个引脚控制它，可以方便地产生闪烁和熄灭效果。比通过数据端移位控制要省时省力。分析原理图，需要仔细考虑元器件的布局与走线，合理的布局会减少走线的难度。本设计为了方便走线，数码管和74HC595采

18、用自由连接方式，而没有采用顺序连接方式。这大大降低了走线难度。 图：3-4-13.5电源稳压电路 LM2940具有纹波小、电路结构简单的优点，但是效率较低，功耗大，由于LM2940的稳压的线性度非常好，所以选用LM2940-5单独对其进行供电；3.6下载通信电路MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。图：3-6-1 第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两

19、个数据通道。其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。3-6-23.7 系统程序图3-7主程序实现流程4总结我设计的课题是霍尔电流计，经过一个星期的思考和准备，通过对课题的

20、设计，大大提高了自己各方面的能力，例如对书本基础知识的掌握程度，对资料的查找方法，对自己知识面的扩展都不得有相对的提高，在学习的同时，我还知道了团队合作的重要性，一个人的力量是有限的，集体的力量是无穷的。但在这其中，也有自己茫然和不知所措的一面，当我决定课题时，不知该从何下手，头脑中也一片空白，后来经过老师对课题的剖解，头脑中才逐渐有了轮廓。资料搜集花费了大量时间，采集的资料不能从头至尾的抄写，而要取其所需，认为有价值的材料才能引用，在网上，请教经验丰富的老师，终于获得了第一手资料，然后在其中加入自己的思想，组织整理，渐渐有了头绪。经过不断的修改及创新，一个星期下来，终于看到了自己的劳动成果，

21、一种胜利感油然而生。经过这一次设计，体会颇多，感觉到平时的粗心大意，以及不完善的理论知识让我错过了一次就OK的那种感觉，但我在制作电路的过程中感觉到了一种力量，那种力量可以让我废寝忘食的不断改善调试电路，可以让我兴奋的久久的为了电路而深思，可以让我深夜写着课程设计说明书，回顾自己的设计制作过程，心中一阵感慨，有失落，有兴奋，有喜悦，有苦恼，但我觉得它值得我这样去做，因为它不仅让有了一次实践的机会，让我学会怎样去面对制作过程中遇到的困难，怎么去解决，让我学会了思考，让我隐隐约约记忆起以前学过的知识，原来不知道学了有什么用的枯燥电路原理，现在让我在实际应用中觉得少学了好多东西，心中无限后悔。但这次

22、设计给我的感受是很真、很纯的感受，亲身体会其制作的艰难路程，这不仅加深了我以前因为种种迷惑不知道的电路知识的认识，而且为我将来的人生也奠定了基础，相信通过以后的学习锻炼,理论结合实践，我将会得到进一步的提高。参考文献1 1 康华光.数字电子技术基础（第五版）, 北京.高等教育出版社,2006:400-406 2 康华光.电子技术基础模拟部分（第四版）M. 北京.高等教育出版社.1998：328-3363 河道清，张禾，谌海云.传感器与传感器技术微机原理及应用M.北京.科学出版社.2008：153-1774 汤山俊夫: 数字电路设计, 北京，科学出版社，2006：78-925 王保华：生物医学测

23、量与仪器（第2版），上海，复旦大学出版社， 2009：184-1986 康华光:单片机典型外围器件及应用实例M. 北京.人民邮电出版社.2003：267-2787 马忠梅:单片机的C语音应用程序设计M. 北京.北京航空航天大学出版社.2003：345-3568 张建民:传感器与检测技术M. 北京.机械工业出版社.1996：68-739 赵茂泰:智能仪器原理及应用M. 北京.电子工业出版社.2004：301-31910 强锡富:传感器M. 北京.机械工业出版社.2001：98-11011 传感器原理及工程应用（第3版）M.西安.西安电子科技大学出版社.2008：278-292系统总图：程序：#i

24、nclude intrins.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit srclk = P1 2;/11数据时钟输入sbit ser = P1 3;/14 数据输入sbit rclk = P1 1;/12 数据锁存sbit key1 = P3 2;sbit key2 = P3 3;uchar code tabnum0 = 0x28, 0xeb, 0x32, 0xa2, 0xe1, 0xa4, 0x24, 0xea, 0x20, 0xa0, 0x60, 0xdf ;/字符 共阳0x60 A 0xdf 小数点uchar co

25、de tabnum1= 0x08, 0xcb, 0x12, 0x82, 0xc1, 0x84, 0x04, 0xca, 0x00, 0xc0, 0x40;uchar code weitab = 0x7f, 0xbf, 0xdf, 0xef ;void delaynms （uint xms）;void shuju （uchar date）;void IO_init （）;void AD_init （）;uchar AD （）;void PWM_init（）;void PWM_init（） /初始化PWM频率为23.4K CMOD = 0x02; /0000 0010 频率是晶振 / 2 禁止PC

26、A定时器溢出中断 CCAPM1 = 0x42;/0100 0110 输出比较使能 高速输出 PWM模式 CL = 0x00; CH = 0x00; PCA_PWM1 = 0x00; /EPC0H : EPC0L = 00 CCAP1L = 0xff;/控制输出占空比 CCAP1H = 0xff;/占空比为0 CR = 1;void AD_init （） ADC_CONTR = 0xe0; delaynms（100）;uchar AD （） uchar adresult, flag = 0; ADC_CONTR = 0xe8; while（flag = 0） flag = ADC_CONTR & 0x10; adresult = ADC_DATA; ADC_CONTR &= 0x60; return adresult;void IO_init （） P1M0 = 0x01; P1M1 = 0x01;void delaynms （uint xms） uint i, j; for（ i = xms; i 0; i- ） for（ j = 250; j j- ）;void shuju （uc