基于單片機(jī)的電流表設(shè)計(jì)

1、學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的電流表設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)中國(guó)·大慶2007 年 6 月黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名林祥美所在班級(jí)計(jì)2002級(jí)(3)導(dǎo)師姓名馬秀蓮導(dǎo)師職稱副教授論文題目題目分類ÖÖ1應(yīng)用與非應(yīng)用類：工程 科研 教學(xué)建設(shè) 理論分析模擬2軟件與軟硬結(jié)合類：軟件硬件軟硬結(jié)合非軟硬件（1、2類中必須各選一項(xiàng)適合自己題目的類型在內(nèi)打）主要研究?jī)?nèi)容及指標(biāo)： 主要參考文獻(xiàn)：1(英)Ian Graham. Object-Oriented Methods: Principles&

2、;Practice. Third Edition. Pearson Education. 20032李春葆等.Visual Basic程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版設(shè).2005 階段規(guī)劃：開題時(shí)間完成論文時(shí)間專家審定意見：系主任簽字：年 月 日注：1任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫后交給學(xué)生，要求學(xué)生妥善保存。2此任務(wù)書夾于論文扉頁(yè)與論文一并裝訂，作為論文評(píng)分依據(jù)之。摘要在單片機(jī)檢測(cè)電流的過程中，因?yàn)殡娏魇悄M量，并且對(duì)于電流量不能直接進(jìn)行讀取，所以需要將電流轉(zhuǎn)化為電壓量，在通過A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行讀取和處理。單片機(jī)對(duì)模擬信號(hào)的讀取是通過A/D轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)的，本設(shè)計(jì)使用了ADC0809芯片，關(guān)于此芯片的功能和特點(diǎn)將

3、在本文中做詳細(xì)介紹。從電流量到電壓量的轉(zhuǎn)換是電流檢測(cè)電路來實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)核心芯片采用的是AT89S51單片機(jī)，顯示部分采用的是四位數(shù)碼管顯示。關(guān)鍵詞：AT89S51 ADC0809 電流檢測(cè) ABSTRACTIn the process of single chip microcomputer test current, because the current is analog quantities, and for electricity flow can't directly read, so need to current into voltage quantity, in t

4、hrough the A/D conversion for reading and processing. With the chip of the analog signal is read by A/D conversion to implementation, this design USES ADC0809 chip, about the chip function and characteristic of the detailed in this article is introduced. From the electricity flow to the voltage quan

5、tity is the transformation of the electric current detection circuit to fulfill. This design core chip USES is AT89S51, show part adopts is four digital pipe display. Key words：AT89S51 ADC0809 Electric current detection目錄摘要IABSTRACTII前言IV1緒論11.1電流檢測(cè)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀11.2 電流檢測(cè)裝置的發(fā)展趨勢(shì)12系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)的硬件組成模塊22.2測(cè)

6、量電路的工作原理23 電流測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.1AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)33.2 DC0809的結(jié)構(gòu)73.3 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)93.4 顯示電路的設(shè)計(jì)123.5 時(shí)鐘頻率電路設(shè)計(jì)133.6 復(fù)位電路設(shè)計(jì)144系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1主程序流程圖164.2程序165 電流測(cè)量系統(tǒng)性能分析及調(diào)試23結(jié)論24參考文獻(xiàn)25致謝26附錄27前言本設(shè)計(jì)的核心是單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)，又稱為微控制器（MCU），它以體積小、功能全、性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)而獨(dú)具特色，在各種嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭。51系列單片機(jī)是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的一種8位單片機(jī)之一。本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)我所做的項(xiàng)目是基于單片機(jī)的電流采集系統(tǒng)

7、，主要用到A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管顯示。數(shù)字電壓表、電流表是工業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到的過程控制，特別是在科研、教學(xué)、工廠等領(lǐng)域中，具有舉足重輕的作用，因而研究電流檢測(cè)控制系統(tǒng)是非常有價(jià)值的。對(duì)于不同場(chǎng)所、不同工藝、所需電流的范圍不同、精度不同，產(chǎn)品工藝不同。因而，對(duì)電流檢測(cè)的的方法多種多樣。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。利用單片機(jī)對(duì)電流進(jìn)行測(cè)控的技術(shù)，也便隨之而生，并得到日益發(fā)展和完善，越來越顯示出其優(yōu)越性。這種電流檢測(cè)裝置具有體積較小，價(jià)格便宜，應(yīng)用方便等特點(diǎn)礙了更加廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，是一種具有體積小、精度相對(duì)高等特點(diǎn)的數(shù)字電流

8、表，單片機(jī)AT89S51作為主控芯片，數(shù)碼管作為顯示輸出，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流的檢測(cè)。1緒論1.1電流檢測(cè)裝置的發(fā)展現(xiàn)狀在電學(xué)中的測(cè)量技術(shù)涉及的范圍非常廣，特別是電壓表、電流表廣泛應(yīng)用于學(xué)校、工業(yè)、工廠、科研等各種領(lǐng)域，供實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量使用。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，在數(shù)字化和智能化不斷成為主體的今天，數(shù)字電壓表、電流表在當(dāng)前電壓、電流測(cè)量系統(tǒng)中占有非常重要的位置。我們?cè)诜治龊涂偨Y(jié)了單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，以實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則為目標(biāo)，設(shè)計(jì)出全數(shù)字化測(cè)量電壓電流裝置。本設(shè)計(jì)所完成的全數(shù)字電壓、電流表將所測(cè)信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)制處理，通過單片機(jī)控制最終使其相應(yīng)值顯示在四位串行數(shù)

9、碼管上，系統(tǒng)主要以AT89S52單片機(jī)為控制核心，整個(gè)系統(tǒng)由中央控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊組成。可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電壓、電流的測(cè)量，在數(shù)碼管上顯示。本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)我所做的項(xiàng)目是基于單片機(jī)的電流采集系統(tǒng)，主要用到A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管顯示。1.2 電流檢測(cè)裝置的發(fā)展趨勢(shì)隨著科技的不斷進(jìn)步，測(cè)量技術(shù)不斷廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，電壓表電流表的應(yīng)用也開始越來越廣泛，不斷應(yīng)用到學(xué)校，工廠，科研的領(lǐng)域。由于此類產(chǎn)品的成本較低，采用的是數(shù)字化測(cè)量，并通過數(shù)碼管數(shù)字顯示，數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，精度高，因此有著非常好的發(fā)展空間。2系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)的硬件組成模塊硬件電路大體可分為主控電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、L

10、ED顯示電路、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路等，主控電路的核心采用的是AT89S51單片機(jī)，A/D轉(zhuǎn)換電路選擇的芯片是ADC0809，顯示電路采用四位一體的數(shù)碼管顯示，各部分電路的設(shè)計(jì)及原理將會(huì)在硬件電路設(shè)計(jì)部分詳細(xì)介紹。2.2測(cè)量電路的工作原理模擬電流經(jīng)轉(zhuǎn)換電路后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。然后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到LED中顯示。一般I/O接口芯片的驅(qū)動(dòng)能力是很有限的，在LED顯示器接口電路中，輸出口所能提供的驅(qū)動(dòng)電流一般是不夠的尤其是設(shè)計(jì)中需要用到多位LED，此時(shí)就需要增加LED驅(qū)動(dòng)電路或者加上拉電阻。本設(shè)計(jì)為了是電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單采用了上拉電阻的方法。由于單片機(jī)的I

11、/O口有限，不能夠滿足設(shè)計(jì)的需要，所以采用了兩個(gè)或門驅(qū)動(dòng)器，在本設(shè)計(jì)中采用了74HC32N芯片。 本實(shí)驗(yàn)采用AT89S51單片機(jī)芯片配合ADC0809模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易的數(shù)字電表。電路通過ADC0809芯片調(diào)理電路輸入口IN0輸入的05 V的模擬量電壓，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0D7傳送給AT89S51芯片的P3口。AT89S51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的7段數(shù)碼管的顯示段碼，并通過其P0口傳送給數(shù)碼管。同時(shí)它還通過I/O口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3產(chǎn)生位選信號(hào)，控制數(shù)碼管的亮滅。另外AT89S51還控制ADC0809的工作；P2

12、.4和P1.1共同控制ADC0809的地址鎖存端(ALE)和啟動(dòng)端(START)； P1.2控制ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)(EOC)。因?yàn)樾枰杉臄?shù)據(jù)是直流電流，由于ADC0809是逐次比較型8位串行A/D轉(zhuǎn)換器，只能輸入電壓信號(hào)，故在數(shù)據(jù)采集之前先要把直流電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為直流電壓信號(hào)。通過適當(dāng)?shù)耐鈬娐肪涂梢詫?shí)現(xiàn)了。輸入電壓經(jīng)過ADC0809進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集，采集結(jié)果為8位二進(jìn)制數(shù)，為了方便分析，也可以看成是16進(jìn)制數(shù)。最后應(yīng)用程序把相應(yīng)字符傳輸給AT89S51管理芯片并通過數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。其中ADC0809的數(shù)據(jù)采集和AT89S51管理都需要在51單片機(jī)中編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制?？?/p>

13、體設(shè)計(jì)如圖1所示。AT89S51A/D轉(zhuǎn)換電路復(fù)位電路顯示電路整流電路圖1 總體設(shè)計(jì)圖3 電流測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1AT89S51單片機(jī)的結(jié)構(gòu) AT89S51單片機(jī)是美國(guó)Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（EPROM）和128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。AT89S51單片機(jī)可提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場(chǎng)合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。圖2為AT89S51單片機(jī)的基本

14、組成功能方塊圖。有圖可見，在這一塊芯片上，集成了一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)的主要組成部分，其中包括CPU、存儲(chǔ)器、可編程I/O口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行口等，各部分通過內(nèi)部總線相連。外時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù)振蕩器和時(shí)序OSC程序存儲(chǔ)器4 KB ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256BRAM/SFR定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 2 ×16 AT89S51 CPU 64 KB總線 擴(kuò)展控制器可編程 I/O可編程全雙工串行口內(nèi)中斷 外中斷 控制 并行口 串行通信圖2 AT89S51 功能方塊圖下面介紹幾個(gè)主要部分：1. 中央處理器（CPU）中央處理器是單片機(jī)最核心的部分，是單片機(jī)的大腦和心臟，主要完成運(yùn)算和控制功能。AT89S51的C

15、PU是一個(gè)字長(zhǎng)為8位的中央處理單元，即它對(duì)數(shù)據(jù)的處理是按字節(jié)為單位進(jìn)行的。2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（內(nèi)部RAM）AT89S51 中共有256個(gè)RAM單元，但其中能作為寄存器供用戶使用的僅有前面128個(gè)，后128個(gè)被專用寄存器占用。3. 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（內(nèi)部ROM）AT89S51 共有4 KB掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)等。4. 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器AT89S51 共有2 個(gè)16 位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)和計(jì)數(shù)功能。5. 并行I/O 口AT89S51 共有4 個(gè)8 位的I/O口（P0、P1、P2、P3口），可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入、輸出。6. 串行口AT89S51有1 個(gè)全雙工的可編程串行口，

16、以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。7. 時(shí)鐘電路AT89S51 單片機(jī)內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但晶振和微調(diào)電容需要外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。8. 終端系統(tǒng)AT89S51 的中斷系統(tǒng)功能較強(qiáng)，可以滿足一般控制應(yīng)用的需要。它共有5 個(gè)中斷源：2 個(gè)外部中斷源/INTO和/INT1 ；3 個(gè)內(nèi)部中斷源，即2個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷，1個(gè)串行口中斷。由上所述，AT89S51雖然是一塊芯片，但它包括了構(gòu)成計(jì)算機(jī)的基本部件，因此可以說它是一臺(tái)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)。ATMEL公司的AT89S51是一種高效微控制器。采用40引腳雙列直插封裝（DIP）形式，如圖3所示。AT89S51單片機(jī)是高性能單片機(jī)，因?yàn)槭芤?/p>

17、腳數(shù)目的限制，所以有不少引腳具有第二功能。圖3 DIP 封 裝 引 腳 圖AT89S51單片機(jī)個(gè)引腳功能如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口： P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平

18、時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口： P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3

19、口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下表所示：P3口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控

20、制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許端的輸出電平用于鎖存地址的地址字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序

21、存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。AT89S51單片機(jī)的主要特性： ·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程

22、閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128*8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 （1）XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保

23、證脈沖的高低電平要求的寬度。（2） 芯片擦除 整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.2 ADC0809的結(jié)構(gòu)ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處

24、理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)     由下圖可知，ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809引腳結(jié)構(gòu) ADC0809采用的是雙列直插封裝如圖4，各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7：8位模擬量輸入引腳。VCC：+

25、5V工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。圖4 ADC0809封裝 ADC0809應(yīng)用說明 （1）ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機(jī)直接相連。 （2）初始化時(shí)，使ST和OE信號(hào)全為低電平。 （3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口

26、上。 （4）在ST端給出一個(gè)至少有100ns寬的正脈沖信號(hào)。 （5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號(hào)來判斷。 （6）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 從ADC0809的通道IN3輸入05V之間的模擬量，通過ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量在數(shù)碼管上以十進(jìn)制形成顯示出來。ADC0809的VREF接5V電壓。3.3 數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)首先得把輸入的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，這樣才能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在轉(zhuǎn)換的過程中需要一個(gè)轉(zhuǎn)換電路，在輸入端接入一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮?，可以把直流電流信?hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)。如圖5所示。圖5 電流-電壓轉(zhuǎn)換電路數(shù)據(jù)采集電路要用到A/D轉(zhuǎn)

27、換芯片ADC0809。ADC0809是逐次比較型8位串行CMOS A/D轉(zhuǎn)換器，電壓供電范圍為+5V，轉(zhuǎn)換時(shí)間最大值為。典型功耗值為15mW。采用差分參考電壓高阻輸入，抗干擾，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，接地，接電源。ADC0809片內(nèi)無系統(tǒng)時(shí)鐘，該時(shí)鐘與I/O CLOCK是一起工作的。因此ADC0809必須和單片機(jī)或微處理器配合使用，也可與51系列通用單片機(jī)連接使用。ADC0809片型小，采樣速度快，功耗低，價(jià)格便宜，控制簡(jiǎn)單。適用于低功耗的袖珍儀器上的單路A/D或多路并聯(lián)采樣。ADC0809的內(nèi)部框圖和管腳名稱如圖6所示。圖6ADC0809的內(nèi)部框圖ADC0809的數(shù)字量輸出與A/D輸入電壓

28、之間的關(guān)系如表1所示表1 A/D輸入電壓與數(shù)字量輸出量關(guān)系表輸入電壓值輸出數(shù)字量（二進(jìn)制）1111111110000000000000注意：本次測(cè)量取接+5V，接地 ADC0809對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。 地址輸入和控制線：4條     ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用

29、于選通IN0IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表2所示。表2通道選擇CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7數(shù)字量輸出及控制線：11條     ST為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)ST上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0為數(shù)字量輸出

30、線。 CLK為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ， VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。 接供電電壓，接地，ADC0809的地址所存ALE、數(shù)據(jù)輸出DATAOUT、時(shí)鐘脈沖I/O CLOCK分別接51單片機(jī)的P2.4、P3、P1.0口，實(shí)現(xiàn)51單片機(jī)對(duì)ADC0809的控制和ADC0809向51單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。3.4 顯示電路的設(shè)計(jì)顯示功能與硬件關(guān)系極大，在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動(dòng)態(tài)掃描。其中靜態(tài)顯示的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡(jiǎn)單，但占用端

31、口資源多；動(dòng)態(tài)掃描的特點(diǎn)是顯示穩(wěn)定程度沒有靜態(tài)顯示好，程序編寫復(fù)雜，但是相對(duì)靜態(tài)顯示而言最大的優(yōu)點(diǎn)是占用端口資源少。由于本設(shè)計(jì)需要較多的端口用于其它的功能因此采用占用端口少的動(dòng)態(tài)掃描顯示的辦法。以下將對(duì)顯示電路的各個(gè)部件及整體設(shè)計(jì)做詳細(xì)的介紹。本設(shè)計(jì)采用的是LED數(shù)碼管顯示，該顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管中的7個(gè)長(zhǎng)條發(fā)光二極管（稱七筆段）按a、b、c、d、e、f、g順序組成“8”字形，另一個(gè)點(diǎn)形的發(fā)光二極管放在右下方，用來顯示小數(shù)點(diǎn)。數(shù)碼管按內(nèi)部連接方式又分為共陰極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管兩種。若內(nèi)部8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起接電源正極，就成為共陰極數(shù)碼管；若8個(gè)發(fā)光二極管的陰極連在一起接地，測(cè)稱為共

32、陰極數(shù)碼管。本次設(shè)計(jì)所用的到的共陰極數(shù)碼管的引腳如圖7所示，外部有10個(gè)引腳，其中1和6引腳連通，作為公共端接地。圖7 四位共陰極數(shù)碼管引腳圖從LED數(shù)碼的結(jié)構(gòu)可以看出，不同筆段的組合就何以構(gòu)成不同的字符，例如筆段b、c被點(diǎn)亮?xí)r，就可以顯示數(shù)字1：當(dāng)筆段a、b、c被點(diǎn)亮?xí)r，就可以顯示數(shù)字7；只要控制7個(gè)發(fā)光二極管按一定要求亮與滅，就能顯示出十六進(jìn)制字符0F。將控制數(shù)碼管顯示字符的各字段代碼稱為顯示代碼或字段碼。數(shù)碼管顯示碼是表述二進(jìn)制數(shù)與數(shù)碼管所顯示字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于共陰極數(shù)碼管，由于8個(gè)發(fā)光二極管的陰極已連在一起接地，所以，只要控制各字段的正極，就可以控制發(fā)光二極管的亮與滅。為了保證數(shù)碼管

33、顯示的亮度，在設(shè)計(jì)顯示電路中加了上拉電阻。圖中有4個(gè)七段LED數(shù)碼管，它們的公共端1、2、3、4分別接到單片機(jī)的P2.0、P2.1 、P2.2、P2.3口，單片機(jī)的這4個(gè)I/O口輸出位選信號(hào)用于動(dòng)態(tài)掃描。而所謂動(dòng)態(tài)掃描就是指我們采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的公共端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。而單片機(jī)的P1.0P1.7口則負(fù)責(zé)將字段碼數(shù)據(jù)傳送給LED數(shù)碼管。3.5 時(shí)鐘頻

34、率電路設(shè)計(jì)單片機(jī)必須在時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)下才能工作，在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，只需要外接一個(gè)振蕩源就能產(chǎn)生一定周期的時(shí)鐘信號(hào)送到單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)單元，決定單片的工作頻率，時(shí)鐘電路如圖8 所示。圖8外部振蕩電路 一般選用石英晶體振蕩器。此電路大約延遲10ms后振蕩器起振，在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，其振蕩頻率主要有石英晶體的頻率確定。電路中兩個(gè)電容C1、C2的作用有兩個(gè)：一是幫助振蕩器起振；二是對(duì)振蕩器的頻率進(jìn)行微調(diào)。C1、C2的典型值為30pF。單片機(jī)工作時(shí)，由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時(shí)鐘信號(hào)的周期稱為時(shí)鐘周期，其大小是時(shí)鐘信號(hào)頻率的倒數(shù)，時(shí)鐘

35、信號(hào)頻率常用fosc表示。圖中時(shí)鐘頻率為12MHz，即fosc=12MHz，則時(shí)鐘周期為1/12s。3.6 復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)的第9腳RST為硬件復(fù)位電路，只要在該端加上持續(xù)4個(gè)機(jī)器周期的高電平即可實(shí)現(xiàn)復(fù)位，復(fù)位后單片機(jī)的各個(gè)狀態(tài)都恢復(fù)到初始化狀態(tài)，其電路圖如圖10所示。圖9中由按鍵以及電容C1、電阻R1、R2構(gòu)成上電復(fù)位及手動(dòng)電路。由于單片機(jī)是高電平復(fù)位，所以上電復(fù)位時(shí)，接通電源即可，當(dāng)上電后，由于電容C1開始緩緩充電，則圖中電路由5V電源到電容到電阻R1和地之間形成一個(gè)通路，由于在R1上產(chǎn)生電壓降，則單片機(jī)的RST腳上為高電平，經(jīng)過一段時(shí)間后電容的電充滿，此時(shí)C1處可視為斷路，單片機(jī)RST

36、腳處電壓逐漸降為0V，即處于穩(wěn)定的低電平狀態(tài)，此時(shí)單片機(jī)完成上電復(fù)位，程序從0000H開始執(zhí)行。手動(dòng)復(fù)位時(shí)，按一下圖中的按鈕即可，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，單片機(jī)的9腳RST管腳處于高電平，此時(shí)單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)。值得注意的是，在設(shè)計(jì)當(dāng)中使用到了硬件復(fù)位電路和軟件復(fù)位兩種功能，由上面所述的硬件復(fù)位之后的各狀態(tài)可知，寄存器的值都恢復(fù)到了初始值，而前面的功能介紹中提到了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，該功能實(shí)現(xiàn)的前提條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，所以設(shè)定了軟件復(fù)位功能。軟件復(fù)位實(shí)際上就是當(dāng)程序執(zhí)行完畢之后，將程序指針通過一條跳轉(zhuǎn)指令讓它跳轉(zhuǎn)到程序執(zhí)行的起始地址。圖9硬件復(fù)位電路4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1主程序流程圖

37、按上述工作原理和硬件結(jié)構(gòu)分析可知系統(tǒng)主程序工作流程圖如下圖10所示開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序調(diào)用顯示程序結(jié)束圖10主程序流程圖4.2程序#include<reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charsbit clk_out=P10;sbit st=P11;sbit eoc=P12;sbit ale=P24;sbit A_A=P27;sbit A_B=P26;sbit A_C=P25;sbit dot=P07;unsigned char code tab10=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99

38、,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90; uchar aa ; void delay(uint i0) unsigned char i1,j; for(i1=0;i1<i0;i1+) for(j=0;j<100;j+); ;void show(uchar a0,uchar a1,uchar fdot) P2=P2|0x0f; P0=taba0;if(fdot=1) dot=1;P2=P2&a1; delay(1) ; uchar anjian() uchar a2; if(P1&0x38)=0x18) /0 a2=0;/show(0,0xf0); els

39、e if(P1&0x38)=0x28)/1 a2=1;/show(1,0xf0); else if(P1&0x38)=0x08)/2 a2=2;/ show(2,0xf0); else if(P1&0x38)=0x30) /3 a2=3;/show(3,0xf0); else if(P1&0x38)=0x10)/4 a2=4; /show(4,0xf0); else if(P1&0x38)=0x20)/5 a2=5; / show(5,0xf0); else a2=6;/delay(10);return(a2);void adds(uchar a4) s

40、witch (a4) case 0: A_C=0;A_B=0;A_A=0;show(0,0xf0,0);break; case 1: A_C=0;A_B=0;A_A=1;show(1,0xf0,0);break; case 2: A_C=0;A_B=1;A_A=0;show(2,0xf0,0);break; case 3: A_C=1;A_B=0;A_A=1;show(3,0xf0,0);break; case 4: A_C=1;A_B=0;A_A=0;show(4,0xf0,0);break; case 5: A_C=0;A_B=1;A_A=1;show(5,0xf0,0);break; d

41、efault :break;delay(1); ale=1; delay(1); ale=0;void main(void) uint a5,display4,display3,display2,display1; uint dat; unsigned long int m; uchar ll; TMOD=0x01; TH0=(65536-1)/256; TL0=(65536-1)%256; TR0=1; ET0=1; EA=1; ale=0; st=0; a5=anjian(); aa=a5; while(1) a5=anjian(); if(a5)!=aa) aa=a5; adds(aa)

42、; st=1; delay(1); st=0; / delay(1); while(!eoc); dat=P3; else st=1; delay(1); st=0;/ delay(1); while(!eoc); dat=P3; switch(aa) case 0 : m=dat*33000/3825;EA=0;for(ll=0;ll<200;ll+)display4=m/1000;display3=m%1000/100;display2=m%100/10;display1=m%10;show(display4,0xfe,0);show(display3,0xfd,0);show(di

43、splay2,0xfb,1);show(display1,0xf7,0);EA=1;break;case1 : m=dat*33000/3825;EA=0;for(ll=0;ll<200;ll+)display4=m/1000;display3=m%1000/100;display2=m%100/10;display1=m%10;show (display4,0xfe,0);show(display3,0xfd,1);show(display2,0xfb,0);show(display1,0xf7,0);EA=1;break;case2 : m=dat*33000/3825;EA=0;f

44、or(ll=0;ll<200;ll+)display4=m/1000;display3=m%1000/100;display2=m%100/10;display1=m%10;show(display4,0xfe,1);show(display3,0xfd,0);show(display2,0xfb,0);show(display1,0xf7,0);EA=1;break;case3 : m=dat*33000/3825;EA=0;for(ll=0;ll<200;ll+)display4=m/1000;display3=m%1000/100;display2=m%100/10;disp

45、lay1=m%10;show(display4,0xfe,0);show(display3,0xfd,0);show(display2,0xfb,1);show(display1,0xf7,0);EA=1;break;case4 : m=dat*33000/3825;EA=0;for(ll=0;ll<200;ll+)display4=m/1000;display3=m%1000/100;display2=m%100/10;display1=m%10;show(display4,0xfe,0);show(display3,0xfd,1);show(display2,0xfb,0);show

46、(display1,0xf7,0);EA=1;break;case5 : m=dat*33000/3825;EA=0;for(ll=0;ll<200;ll+)display4=m/1000;display3=m%1000/100;display2=m%100/10;display1=m%10;show(display4,0xfe,1);show(display3,0xfd,0);show(display2,0xfb,0);show(display1,0xf7,0);EA=1;break;default :break; /show(1,0xfe,0); /show(2,0xfd,0); /

47、 show(3,0xfb,0); /show(4,0xf7,0); void clk() interrupt 1 TH0=(65536-2)/256; TL0=(65536-2)%256; clk_out=clk_out;5 電流測(cè)量系統(tǒng)性能分析及調(diào)試由于采樣用的=5V，故A/D轉(zhuǎn)換器出來電壓量程為05V，通過外接電阻可以實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量；在電流輸入口接一個(gè)100，則可以測(cè)量050mA電流，由于需要顯示十位，于是我把小數(shù)點(diǎn)放在第三位，從而把050mA 的mA級(jí)電流正確顯示在數(shù)碼管上。加上小數(shù)點(diǎn)后，能夠測(cè)量05V直流電壓，如果外接上1K電阻可以正常顯示05mA電流，也就說只能測(cè)量比較小的電流，沒有什

48、么實(shí)用價(jià)值。如果可以顯示050mA電流就比較理想了，于是我可以外接100，但只是單純地外接100并不能解決問題，因?yàn)閿?shù)碼管上實(shí)際顯示的總是05V范圍的電壓值。比如當(dāng)輸入20mA電流時(shí)，顯示在數(shù)碼管上的是2.000，也就說此時(shí)不能正確反映電流大小。要解決這一問題其實(shí)也很簡(jiǎn)單，我們只需要把小數(shù)點(diǎn)后移一位即可，這是就要注意原小數(shù)點(diǎn)后面?zhèn)€位顯示的循環(huán)程序都要修改，否則就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過以上各項(xiàng)調(diào)試和改進(jìn)，此次基于51單片機(jī)的電流數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本完成。系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)如下：輸入基準(zhǔn)電壓為+5V；測(cè)量直流電流范圍為050mA；精確到0.01mA。能比較準(zhǔn)確地顯示0.01mA50mA范圍內(nèi)的直流電流值。結(jié)論

49、通過一個(gè)多月的不斷的學(xué)習(xí)，查找相關(guān)資料，最后終于完成了本次設(shè)計(jì)，本次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)終于告一段落，我體會(huì)很多。從剛開始的選題到選題論證、從查找借鑒資料到自主設(shè)計(jì)、從本學(xué)科基礎(chǔ)知識(shí)到其它學(xué)科知識(shí)、從自己思考到和老師同學(xué)交流，我從中學(xué)到了很多以前理論知識(shí)學(xué)習(xí)中所學(xué)不到的東西。先把直流電流通過轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為直流電壓，之后通過A/D把模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)并采集數(shù)據(jù)，再把采集到的數(shù)轉(zhuǎn)換為可以準(zhǔn)確顯示的BCD碼，最后把數(shù)據(jù)傳給單片機(jī)并通過數(shù)碼管把模擬信號(hào)大小表示出來。課程設(shè)計(jì)之前一直只是理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，在課程設(shè)計(jì)階段，我不但自習(xí)重新學(xué)習(xí)的51單片機(jī)課本的相關(guān)章節(jié)，而且還在圖書館借來書籍閱讀和參考。在遇到問題的時(shí)候，積極與身邊的同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)，是在弄不懂的地方就請(qǐng)教老師，我從中學(xué)到了很多知識(shí)以外的東西，比如說遇到問題后分析解決問題的方法、堅(jiān)忍不拔和不恥下問的求知態(tài)度等等。特別是在程序設(shè)計(jì)階段，雖然程序不是很復(fù)雜，但是由于是第一次接觸，總感覺無從下手，最后通過查閱資料和反復(fù)試驗(yàn)最終把程序設(shè)計(jì)了出來。這次課程設(shè)計(jì)鞏固了我以前所學(xué)過的知識(shí)，知識(shí)學(xué)得更深、更透徹，理論聯(lián)系實(shí)際，很好地鍛煉了我的發(fā)散思維能力和動(dòng)手能力。這