基于功率测量芯片HLW8012的功率显示表设计 [摘要] 功率显示表是一种用于显示电量数据的仪表，是针对电力系统、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的。 本文主要讲述功率显示表的主要功能、硬件原理图等。该功率显示表可以对单相交流电路中的用电设备进行功率、电压和电流等参数的检测。仪表采用HLW7021作为控制MCU,以专用电能计量集成电路芯片HLW8012为电量采集的核心器件，显示电路由芯片SM1642驱动4位数码管显示。 [关键词] 功率显示模块，功率计量，功率检测，功率计量模块，，功率计量方案，HLW8012，智能家电，功率监测模块 [正文] 一、功率显示表原理 为了能够测量单相电路中的电流、电压、功率、电量和功率因系素等有效值，本次设计的采样电路以电能计量芯片HLW8012为主，不需使用复杂的设计电路和编写复杂的软件。因为HLW8012内置了晶振和参考电源，所以外围电路非常简单。 HLW8012主要特性 ●高频脉冲CF，指示有功功率，在1000:1范围内达到±0.3%的精度 ●高频脉冲CF1，指示电流或电压有效值，使用SEL选择，在500:1范围内达到±0.5%的精 度 ●内置晶振、2.43V 电压参考源及电源监控电路 ●5V单电源供电，工作电流小于3mA HLW8012输入输出 图1 芯片引脚图 功率显示表是对负载设备的用电情况进行实时的检测，将负载设备的用电数据进行收集，提供给控制终端，并通过4位数码管进行显示。使用HLW8012设计的功率检测模块的测量精度<0.3%,可以准确的测量功率、用电量等信息，具有性能稳定、设计简单等特点。 功率检测模块主要包含以下几个系统模块:电源模块，功率采集模块，主控制器模块和显示模块。 功率显示表的原理框图如下:
淮安信息职业技术学院2012-2013学年度第2学期 《智能电子电路设计与制作》期末试卷A 一、填空题（每空0.5分）共15分 1、MEGA16单片机I/O 端口的方向寄存器作用是（对端口输入输出选择）。 2、MEGA16单片机I/O 端口的输入寄存器作用是（ 判断端口电平高低 ）。 3、MEGA16单片机I/O 端口的数据寄存器作用是（对端口写入“1”或“0” ）。 4、ATmega16单片机是（ 8 ）位单片机。 5、MCUCR 寄存器是（ 控制寄存器 ），用于设置 INTO 和INT1的中断（ 触发）方式。 6、GICR 寄存器是（ 中断控制寄存器 ），用于设置外部中断的中断（允许 ）位。 7、全局中断使能位是（状态）寄存器中的 第（ 七 ）位 即（ BIT/7 ）位。 8、TCNT0是定时器（ T/C0）的（数据 ）寄存器，作用是（ 对计数器进行读写 ）。 9、T/C0的计数时钟源可以来自（ 内部 ）和（ 外部 ）两种。 10、T/C0工作在普通模式时，（ 计数初值 ）由TCNTO 设置，最大值为（ OXFFFF ）。 11、使用MEGA16单片机的AD 相关寄存器有（ AD 多工选择寄存器 ）、（ ADC 控制和状态寄存器A ）、（ ADC 数据寄存器）、（ 特殊功能IO 寄存器 ）。 12、MEGA16单片机TWI 相关寄存器有（ TWI 比特率寄存器 ）、( TWI 控制寄存器 )、（ TWI 状态寄存器 ）、（ TWI 数据寄存器 ）。 13、MEGA16单片机与SPI 相关的寄存器有（ SPI 控制寄存器 ）、（ SPI 状态寄存器 ）。 14、24C08是具有（ I 2c ）总线协议的非易失性存储器。 15、USART 模块的管脚发送数据管脚名称为（ TXD ）。 二、选择题（每题3分，共45分） 1. MCUCR 寄存器中的中断触发模式位是？（D ） A 、ICS00\ICS01 B 、ICS10\ICS11 C 、SM2 D 、A 和B 2. ATmega16的GICR 寄存器中外部中断0的中断使能位是（B ） A 、INT1 B 、INT0 C 、INT2 D 、INT3 3.多位数码管显示器通常采用（B ）法显示 系部： 班级： 学号： 姓名：
测控电路课程设计 目录 目录 (1) 设计任务与要求 (3) 1 .设计内容： (3) 本小组选择的题目 (3) 红外报警系统的设计与实现 (3) 一、课设背景： (3) 二、系统设计方案 (4) 1、结构框图： (4) 2、系统原理与原理图： (4) 3、系统的功能 (4) 三、传感器选择： (5) 热释电红外传感器RE200B (5) 选择的原因： (5) 工作原理： (5) 参数 (6) 四、单元电路设计 (6) 红外线采集接收电路 (6) 红外线采集接收电路电路图 (6) 信号的放大处理电路 (7) 信号的放大处理电路电路图 (7) 信号的比较电路 (7) 信号的比较电路电路图 (7) 信号的取反电路 (8)
信号的取反电路电路图 (8) 蜂鸣器报警电路 (8) 五、元器件选择 (8) LM741 (8) LM339 (9) HD74LS00P与非门芯片 (10) 六、电路接线图 (11) 七、调试过程： (12) 八、结果（数据、图表等） (12) 光照度测量 (14) 一、课设背景 (14) 二、系统设计方案 (14) 1、结构框图 (14) 2、系统的功能 (15) 3、系统原理与原理图 (15) 三、单元电路设计 (15) 1.Led发光和光电转换电路 (15) 2.I/V转换放大输出电路以及数字表头显示电路 (16) 3.比较电路及其发光报警电路 (16) 电路接线图 (16) 调试过程： (17) 结果（数据、图表等） (17)
设计任务与要求 1.设计内容： 室内环境参数测量及安防报警电路设计 温度、湿度、照度测量与显示、报警电路设计； 破门入室、破窗入室、室内防盗、火灾,燃气泄露等报警电路设计。 2.基本要求： 用电路实现，不用软件； 用数字表头实现测量值的显示； 能够设置环境参数测量值报警上下限，并实现声、光报警； 从1和2中各选一项完成； 3.提高部分： 完成1和2中功能或其它自选功能。 本小组选择的题目 室内环境参数测量及安防报警电路设计： 我们选择的是分别是光照度测量和红外报警系统的设计与实现。 红外报警系统的设计与实现 一、课设背景： 由于改革开放的深入发展，电子电器的飞速发展.人民的生活水平有了很大提高。各种高档家电产品和贵重物品为许多家庭所拥有。然而一些不法分子也是越来越多。这点就是看到了大部分人防盗意识还不够强.造成偷盗现象屡见不鲜。因此，越来越多的居民家庭对财产安全问题十分担忧。 报警器这时正为人们解决了不少问题.但是市场上的报警器大部分都是用于一些大公司财政机构。价格高昂,一般人们难以接受。如果再设计和生产一种价廉、性能灵敏可靠的防盗报警器，必将在防盗和保证财产安全方面发挥更加有效的作用。由于红外线是不见光，有很强的隐蔽性和保密性，因此在防盗、警戒等安保装置中得到了广泛的应用，此外，在电子防盗、人体探测等领域中, 被动式热释电红外探测器也以其价格低廉、技术性能稳定等特点而受到广大用户和专业人士的欢迎。 红外报警器大多数采用国外的先进技术,其功能也非常先进。其中包括被动
课程设计报告题目：电流检测电路设计 课程名称：电子信息工程课程设计 学生姓名：焦道楠 学生学号：1314020114 年级：2013级 专业：电子信息工程 班级：（1）班 指导教师：王留留 电子工程学院制 2016年3月
目录 1 绪论 (1) 2 设计的任务与要求 (1) 2.1 课程设计的任务 (1) 2.2 课程设计的要求 (1) 3 设计方案制定 (1) 3.1 设计的原理 (1) 3.2 设计的技术方案 (2) 4 设计方案实施 (3) 4.1 单片机模块 (3) 4.2 传感器模块 (4) 4.3 A/D转换模块 (5) 4.4 LCD12864点阵液晶显示模块 (6) 5 各模块PCB图 (7) 5.1 单片机模块 (7) 5.2 传感器模块 (7) 6 系统的程序设计 (9) 7 心得体会 (10) 参考文献 (10)
电流检测电路设计 学生：焦道楠 指导教师：王留留 电子工程学院电子信息工程专业 1 绪论 在电学中的测量技术涉及的范围非常广，广泛应用于学校、工业、工厂、科研等各种领域，供实验室和工业现场测量使用。随着电子技术的不断发展，在数字化和智能化不断成为主体的今天，电压、电流测量系统中占有非常重要的位置。我们在分析和总结了单片机技术的发展历史及发展趋势的基础上，以实用、可靠、经济的设计原则为目标，设计出全数字化测量电压电流装置。系统主要以AT89C51单片机为控制核心，整个系统由中央控制模块、A/D转换模块、LED显示模块组成。可实现对待测电压、电流的测量，在数码管上显示。本次课程设计我所做的项目是基于单片机的电流检测系统，主要用到A/D转换和数码管显示。近几年来，单片机已逐步深入应用到工农业生产各部门以及人们生活的各个方面。各种类型的单片机也根据社会的需求而相继开发出来。单片机是一个器件级的计算机系统，实际上它是一个微控制器或微处理器。由于它功能齐全，体积小，成本低，因此它可以应用到所有的电子系统中。AT89C51是一种带4K字节闪存的可编程可插除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复的擦除多次，该器件采用ATMEL高密度非易失性存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能的8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器。 2设计的任务与要求 2.1 课程设计的任务 利用单片机及其相关知识，设计一个电流检测电路。 2.2 课程设计的要求 （1）画出相应电流检测电路的原理图，并进行检测，生成PCB板； （2）编写程序，实现电流检测功能； （3）情况允许的情况下，做出实物，并估算其成本。 3设计方案制定 3.1 设计的原理
数显式测量电路设计报告 北京化工大学信息科学与技术学院自动化专业课程设计题目数显式β测量电路说明书_________________页图纸_________________页班级自控1202 姓名徐越学号2012014059 同组人郭腾龙指导教师曹晰2014年9月11日目录一课程设计的任务及基本要求二逻辑框图设计三逻辑电路的设计及参数计算四安装调试步骤及遇到的问题五印刷线路板设计六体会及建议七参考文献八附录（元件使用说明）九附图（框图逻辑图印刷线路板图） 一、课程设计的任务及基本要求目的设计一个β数显式测量电路，以方便测量一个NPN三极管的β值要求1.可测量NPN硅三极管的电流放大系数β199，测试条件为1IB10μA，允许误差±2；2）14VVCE16V，且对不同b值的三极管，VCE的值基本不变。 2.用两只数码管分别用来显示十位和个位，发光二极管用来显示百位，其亮状态和暗状态分别表示1和0。 3.数字显示器。 显示的数字应当清晰，显示周期的长短要适合，应大于人眼的滞留时间（0.1s）。 4.设B、C、E三个插孔，当北侧三极管插入时，打开电源，显示器即显示该三极管的β值。
5.限定使用的主要元器件如下所示通用型集成运放LM324 高阻型集成运放LF351 通用型集成电压比较器LM311 集成定时器NE555 2/5十进制计数器74LS90 BCD七段译码器74LS47 双D上升沿触发器74LS74 六施密特反相器74LS14 四2输入与非门CC4011 共阳极LED七段数码管 二、逻辑框图设计 三、逻辑电路的设计及参数计算1. β/Vx转换电路（1）采用固定偏置电流电路由测试条件10 uA,可选择合适的、2采用运放构成的电压并流负反馈，使Vx∝VXβIBR2 VX 极性为正由测试条件由β199时，取Vx最大值为13V，则可得到R2 为了平衡，R3略小于R2 2.压控振荡器（1）积分器、电压比较器的选择351高阻型；311专用电压比较器（转换速度快）（2）积分器中的D1使正向积分与负向积分的回路不通、时间不同。 R9R4′为能实现压控振荡，并忽略正向积分时间。 （3）后接的43k电阻的作用（4）积分器输出的V1波形 3.计数时间产生器电路（1）计数时间Tc须经反相器（4011）引出，因为译码器的消隐信号的相位是低电平有效。 （2）555定时器的VC2和VO的波形（3）计数时间与压控振荡器的输出相与（经与非门和反相器）4.计数、译码、显示电路（1）译码器采用47输出低电平有效，后接共阳极数码管；（2）90清零信号高电平有效，因此在使用
第三节测量电功率 学习目标 1．经历“测量小灯泡的电功率”的过程，体会根据原理设计实验的方法。 2．体验实际功率跟实际电压的关系，领悟用电器正常工作的条件。 3．会用电能表测算家用电器的功率。 课前准备 复习课本P74页实验：测量灯泡工作时的电阻 1.说明伏安法测电阻的原理。 2.画出电路图。 3.怎样正确地将电流表、电压表、滑动变阻器连入电路中 4.连接电路时要注意哪些问题怎样检查你连接的电路是否能正常工作 预习记录 通过预习课文，你学会了什么，有哪些疑问，请简要记录下来： 合作探究 活动1：怎样知道用电器的电功率 说出你有哪些办法 1. ________________ ； 2. ________________ ； 3. ________________ 。 活动2：测量小灯泡的电功率 1．提出问题 如果给你额定电压分别为和的小灯泡各一只，你能测出它们的电功率吗说明： 从生活走向物理，在生活中发现问题，用物理知识解决问题，用一个活动复习并引入新课 说明：测量小灯泡电功率是九年
2．制定计划与设计实验 思考、讨论： ①用 表测出小灯泡两端的电压，用 表测出通过小灯泡的电流，根据 就可以计算出小灯泡的功率。 ②你能画出测量的电路图吗 ③连接电路图时应注意哪些问题怎样根据灯泡是否发光，电流 表、电压表检查你连接的电路是否能正常工作 ④怎样测出小灯泡的额定功率 3．进行实验与收集证据 ⑴额定电压为的小灯泡 ⑵额定电压为的小灯泡 级物理教学的一个非常重要的实验。在实验探究中，引导学生结合电功率的计算公式了解实验原理，知道实验必须测量的物理量，画出电路图，选择需要的器材，进而完善电路的设计。 指导学生利用电功率的计算公式制定出完整 的实验方案是本节的重点。引导学生与伏安法测电阻相对比，让学生明确测量的物理量，画出电路图， 伏安法测灯泡的电功率与伏安法测灯泡的电阻有很多相同的地方：如都是根据公式设计实验测量物理量，所测物理量、所用器材、电路图、连接电路的方法、
《电子电路设计与制作》教学大纲1．课程中文名称：电子电路设计与制作 2．课程代码： 3．课程类别：实践教学环节 4．课程性质：必修课 5．课程属性：独立设课 6．电子技术课程理论课总学时:256总学分：16 电子电路设计与制作学时：3周课程设计学分：3 7．适用专业：电子信息类各专业 8．先修课程：电路分析基础、模拟电子技术、数字电子技术、PCB电路设计一、课程设计简介 实验课、课程设计、毕业设计是大学阶段既相互联系又相互区别的三大实践性教学环节。实验课是着眼于实验验证课程的基本理论，培养学生的初步实验技能；毕业设计是针对本专业的要求所进行的全面的综合训练；而课程设计则是针对某几门课程构成的课程群的要求，对学生进行综合性训练，培养学生运用课程群中所学到的理论学以致用，独立地解决实际问题。电子电路设计与制作是电子信息类各专业必不可少的重要实践环节，它包括设计方案的选择、设计方案的论证、方案的电路原理图设计、印制板电路（即PCB）设计、元器件的选型、元器件在PCB板上的安装与焊接，电路的调试，撰写设计报告等实践内容。电子电路设计与制作的全过程是以学生自学为主，实践操作为主，教师的讲授、指导、讨论和研究相结合为辅的方式进行，着重就设计题目的要求对设计思路、设计方案的形成、电路调试和参数测量等展开讨论。 由指导教师下达设计任务书（学生自选题目需要通过指导教师和教研室共同审核批准），讲解示范的案例，指导学生各自对自己考虑到的多种可行的设计方案进行
比较，选择其中的最佳方案并进行论证，制作出满足设计要求的电子产品，撰写设计报告。需要注意是，设计方案的原理图须经Proteus软件仿真确信无误后，才能进行印刷电路图的制作，硬件电路的制作，以避免造成覆铜板、元器件等材料的浪费。电路系统经反复调试，完全达到（或超过）设计要求后，再完善设计报告。设计的整个过程在创新实验室或电子工艺实验室中完成。 二、电子电路设计与制作的教学目标与基本要求 教学目标： 1、通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识，提高综合运用知识的能力，逐步提升从事工程设计的能力。 2、注重培养学生正确的工程设计思想，掌握工程设计的思路、内容、步骤和方法。使学生能根据设计要求和性能参数，查阅文献资料，收集、分析类似电路的性能，并通过设计、安装、焊接、调试等实践过程，使电子产品达到设计任务书中要求的性能指标的能力。 3、为后续的毕业设计打好基础。课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐转向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解工程设计的程序和实施方法；通过课程设计的训练，可以给毕业设计提供坚实的铺垫。 4、培养学生获取信息和综合处理信息的能力，文字和语言表达能力以及协调工作能力。课程设计报告的撰写，为今后从事技术工作撰写科技报告和技术文件打下基础。 5、提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。 基本要求： 1、能够根据设计任务和指标要求，综合运用电路分析、电子技术课程中所学到的理论知识与实践操作技能独立完成一个设计课题的工程设计能力。 2、会根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。能独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析问韪、解决问题的能力。
测控电路课程设计说明书 设计题目： 开关型振幅调制与解调电路的设计与调试 学院：电信学院 班级：测控122班 姓名：张小旭 学号：201206040235
目录 一：实验任务、要求及内容 (3) 二：实验过程及原理 (3) 三：分析误差原因 (11) 四：分析电路中产生的故障 (13) 五：实验总结 (13)
一：实验任务、要求及内容 1任务：利用场效应管的开关特性，实现低频信号的幅值调制与解调，以抑制噪声干扰，提高信噪比。 2要求：参考指定的资料，设计出相应的各部分电路，组装与调试该电路，试验其抗干扰性能。 3内容：（1）.分析各部分电路工作原理，选择相应的参数。 （2）.画出完整的电路图。 （3）.分析电路实验中产生的故障。 （4）.分析误差原因。 4电路参数：调制信号：正弦波频率<500HZ 幅值<0.1v 。 载波：方波频率：5——10KHZ 幅值：5——7v 占空比：50%。 调制后信号幅值>5v。 5时间安排建议：全部时间一周。其中：设计1-2天，调试2-3天，总结1天安排1天。 二：实验过程及原理 （一）元器件的可靠性检验： 1.运放的可靠性检验：先用运放搭成跟随器，输入正弦信号，用示波器检验器是否跟随；之后用运放搭成反向放大器，输入正弦信号看输出幅值与相位； 2.稳压管的匹配：将稳压二极管串联电阻构成稳压电路，接入电源，测其性能参数，选择稳压值相近的两个稳压管。
3导线的可靠性检验：把将要用到的导线全部用万用表检测其通断； （二）原理方框图： （三）方波发生电路： 原理图如下： 方波发生电路中，积分电路的电压电流关系: 001u [()]t o c Q i t dt Q C C ==+? 其中0Q 是t=0时电容器已存储的电荷，由ic=-Ii=-ui/R,得到： 001()t o i o u u t dt U RC =-+? 常量0o U 根据初始条件确定，即t=0时，o u （0）=0o U =Q0/C. 当输入为常量时，输出为： 0()i o o u u t t U RC =-+
沈阳航空航天大学 课程设计 （说明书） 单摆实验周期测量电路的设计 班级34010104 学号2013040101164 学生姓名周兴荣 指导教师滕金玉
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称数字逻辑课程设计 课程设计题目单摆实验周期测量电路的设计 课程设计的内容及要求： 一、设计说明与技术指标 在物理实验中，通常采用人工计时测量单摆单位时间内摆动次数，测量单摆摆动的周期时间，拟采用时钟电路配合触发电路测量单位时间单摆摆动次数，具有方便快捷、方便准确的特点，其原理框图如图1所示。 二、设计要求 图1单摆实验计数器电路原理框图 1．电源输出电压为：+5V。2．最大定时时间100S，摆动开始时，触发时间计时，测量5个单摆整周期时间停止，通过5个周期的时间得出一个整周期的时间。3．计数显示用LED数码管。 4．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。5．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。 三、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用multisim软件仿真。 2．进行实验数据处理和分析。 四、推荐参考资料 1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2013年 五、按照要求撰写课程设计报告
成绩评定表： 指导教师签字： 2015 年7 月19 日
一、概述 步入新纪元，高科技的发展如火如荼，各行各业百废俱兴，方便、快捷、高效成为高科技发展所要解决的问题。在单摆实验周期测量时一定有不少人深有体会，高中或初中的单摆实验在记录单摆周期时间时使用的是电子秒表，当然这还需要手动，我们在开始计时时和结束计时要尽可能的同步于单摆，可想而知实际同步那是不可能实现，但在要求高精度的实验中要这样做，也绝不可能。单摆实验周期测量的数字电路出现可以解决使用秒表计时时出现的计时不同步的的问题，这样便可以减少误差甚至没有误差，为测量单摆实验周期提供更加精准的计时时间。 本文介绍了基于单摆试验周期测量电路的设计，在硬件方面上使用了一个十六进制的74161N计数器和三个十进制的74160N计数器芯片，一个D触发器芯片，也同时使用了四个LED管与555定时器等。实验设计分为计数部分与计时部分，十六进制计数器芯片连接的LED数码管显示的是单摆第一次经过最低点记数开始，以后每次经过最低点的次数，开关则是每次最低点闭合一次单摆计数器计数一次，LED并显示。555定时器产生1S的时钟信号脉冲，用于三个并联74160N计数器芯片的记时，并同时在三个与之相连的LED管上显示时间。当74161N为零时记时芯片是被清零的，这保证了记时的同步性。根据实验要求设置记时的最大值为X，则可当记时为(X+1)时进行记时置零，同时实验要求记录A个周期内的时间，在单摆计数显示数等于（2A+1）时使用三输入与门从计数芯片部分产生高电平触发D触发器，Q*出来便是低电平与个位记时芯片的ENP端相连，对于74160N芯片ENP端低电平时则保持此芯片的的状态，这样当计数部分走到（2A+1），此时也就是A 个周期时停止记时，所记录的便为A个周期的时间。然后便用记时显示的时间除以A就得到我们所求的时间。
目录 引言 (1) 1总体方案设计 (2) 1.1 本设计的任务 (2) 1.2总体设计框图 (2) 2 系统的硬件电路设计 (3) 2.1 硬件模块介绍 (3) 2.1.1 CPU (AT89S51) (3) 2.1.3电源设计 (8) 2.1.4键盘设计 (9) 2.1.5复位电路设计 (10) 2.1.6 A/D转换电路 (10) 2.1.7 步进电机控制接口电路 (14) 2.1.8 气体流量采集原理 (16) 2.2总原理图 (18) 2.3 PCB图 (19) 3 系统软件设计 (19) 3．1 主程序设计 (20) 3．2 流量控制子程序 (20) 3．3 中断服务子程序 (25) 3．3．1 设定值输入程序 ................................ 错误！未定义书签。3．3．2 定时器中断子程序 . (27) 3．3．3 数码管显示子程序 (28) 3．3．4 步进电机控制程序 (29) 4结论 (30) 致谢 (31)
基于单片机气体流量测量仪设计 摘要：本设计电路是以AT89S51单片机为控制核心。它除了具备微机CPU的数值计算功能外，还具有灵活强大的控制功能，以便实时检测系统的输入量、控制系统的输出 量，实现自动控制。整个系统硬件部分包括气体流量测量，自激式A/D转换器，按 键电路，驱动电路，时序电路，和8段译码器，LED数码显示器。在配合用汇编语 言编制的程序使软件实现，实现气体流量智能转换的基本功能。本控制电路成本低 廉，功能实用，操作简便，有一定的实用价值。本文从3个方面展开论述，首先是 硬件电路的描述；接着软件部分的设计；最后实现功能。 关键词：AT89S51单片机流量控制数码管 LED数码显示 引言 目前单片机的应用已深入到国民经济的各个领域，对各行各业的技术改造和产品的更新换代起着推动作用，以前没有单片机时，气体流量测量仪也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。 当今社会，随着科学技术的快速发展，自动控制在人们的生活中可以说“无孔不入”，小到遥控儿童玩具，大到冰箱空调的智能化，都体现了科学技术的进步。特别是单片机（Single－Chip Microcomputer SCM）技术的应用，不但降低了生产成本，同时也方便了消费者，使操作简洁、安全。单片机的应用使许多复杂的事情，都能够简单、方便的实现了。用单片机控制的器件，充分发挥单片机体积小，价格便宜，功耗低，可靠性好等特点，充分发挥了单片机的控制优势。本设计可用于气体流量控制，方便了广大用户。 本设计是一个具有自动控制气体输入的气体流量测量仪。由时钟电路、显示电路、驱动电路、控制电路四部分组成。现代机关企业以，特别是家庭对暖气、液化气等的需求逐渐增多，供暖、供气的自动控制为这些企业节省了大量的人力物力。本设计实现了这些功能，给供暖及其他相关企业带来方便，整体性好，人性化强、可靠性高，实现了对气体流量控制的智能化。
热电偶法 热电偶是由两种小同的金属材料组成的。如果把热电偶的热节点置于微波电磁场中，使之直接吸收微波功率，热节点的温度便上升，并由热电偶检测出温度差，该温差热电势便可作为微波功率的量度。用这种原理设计成的功率计称为热电偶式功率计。又因功率测量中热电偶是做成薄膜形式的，故又叫薄膜热电偶式功率计。 热电偶式功率计由两部分组成：一个用于能量转换的薄膜热电偶座，它将微波能量转化为电动势，另一个是高灵敏度的直流放大器，用来检测热电动势。 早期的薄膜热电偶式功率计的热电偶是用铋．锑金属薄膜制成的，这种热电偶的结构示意图如图2-8所示。图中所示的结构用于同轴功率座。热电偶的节点al和a2置于同轴传输线的高频电磁场，节点b2，b1，b3分别置于同轴线的内、外导体上，它的温度保持不变。当微波功率未输入时，热电堆节点之间没有温差，因而没有输出。当微波功率输入时，通过媒质基体的电容耦合，传输到铋-锑薄膜元件，由帕尔帖效应，在a1，a2节点的温度升高，这就与节点bl，b2，b3产生温差，由温差形成热电势，即贝克塞效应。由于这里的热电堆是串联的，因此，总电势等于每对的和。由于热电偶元件可以制成极薄的片状，因此功率灵敏度较高，动态范围也很宽。 功率指示器是一个高灵敏度的直流放大器，图2-9所示为其原理图。热电偶产生的热电势经斩波器转换成交流电压，前置放大器提供了大约60dB的增益。交流信号放大后进入解调器。解调后的输出信号与功率座吸收的微波功率成正比。为了便于修正功率指示器读数，仪器的读数设有“校准系数开关”，改变其位置，就可以使直流放大器的增益随之变化，从而使指示器得到修正。 薄膜热电偶式功率计具有响应速度快，灵敏度高、动态范罔宽、噪声低和零点漂移小等突出优点，适用于多种场合下的功率测量。它的缺点是过载能力差。此外，由于它的寄 牛电抗大，要使这种同轴功率座工作到18GHz以上是很困难的。1973年出现了半导体薄膜热电偶式功率计，它的工作原理同传统的铋一锑薄膜热电偶式功率计相同，但在热偶材料和功率座的结构上做了大的改进。它是在一个0.76mm平方大小的硅片上集成了两个热电 偶。每个热电偶的电阻为100Ω，它们对高频是并联的而对直流是串联的，其等效电路如图2-10所示。 为了使0.76mm平方人小的集成式双热电偶芯片与同轴传输线的阻抗相匹配，用共面传输线将它与同轴线相连接，共面线通过一段渐变线过渡与热电偶相接。这种结构保证了热电偶与 同轴线之间的良好阻抗匹配，从而使功率座的驻波比在0.01～18GHz频率范围内小于1.4。为了不使热电偶输出的微弱信号受到干扰，直流放大器的斩波器和前置放大器置于功率座内，然后用电缆与放大器连接。这种功率指示器实现了数字化读数和自动化操作，不仅能通过指示器面板上的键盘实现人机对话式操作，还具有信息存储和数据处理能力，从而能够采取某些措施消除和修正误差，提高了测量准确度。 热敏电阻法 热敏电阻是一种具有负温度系数的电阻元件，当它的温度升高时，电阻值就变小。由于它对温度非常敏感，因此被广泛的用于微瓦和毫瓦级的功率测量中。热敏电阻大都为珠形，其直径约为0.05～0.5mm，但也有杆形的。早期使用的热敏电阻元件大多用玻璃壳封装。
传感器与测控电路课程设计 说明书 设计题目电感式（螺管型）位移传感器的设计 学校湖南科技大学学院机电工程学院 班级 07级测控一班学号 0703030116 设计人李广 指导教师余以道杨书仪 完成日期 2010 年 6 月 22 日
目录 一、设计题目与要求 (2) 二、基本原理简述 (2) 三、设计总体方案拟定 (7) 四、传感器的结构设计 (8) 五、结构设计CAD图 (12) 六、测控电路的设计与计算 (12) 七、电路框图及电路CAD图 (14) 八、精度误差分析 (14) 九、参考文献 (16)
一、设计题目与要求 1、设计题目：电感式（螺管型）位移传感器的设计 2、设计要求： 采用差动变压器原理设计一个测量位移的传感器，并设计一测控电路对传感器的输出量进行处理，使信号能输入到A/D 转换器，进行一系列的测量与控制。 二、基本原理简述 电感式传感器是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化，从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。因此根据转换原理，电感式传感器可以分为自感式和互感式两大类。 自感式电感传感器可分为变间隙型、变面积型和螺管型三种类型。 一、 螺管型自感传感器 有单线圈和差动式两种结构形式。 单线圈螺管型传感器的主要元件为一只螺管线圈和一根圆柱形铁芯。传感器工作时，因铁芯在线圈中伸入长度的变化，引起螺管线圈自感值的变化。当用恒流源激励时，则线圈的输出电压与铁芯的位移量有关。 铁芯在开始插入（x =0）或几乎离开线圈时的灵敏度，比铁芯插入线圈的1/2长度时的灵敏度小得多。这说明只有在线圈中段才有可能获得较高的灵敏度，并且有较好的线性特性。 1、工作原理 设线圈长度为l 、线圈的平均半径为r 、线圈的匝数为N 、衔铁进入线圈的长度la 、衔铁的半径为ra 、铁心的有效磁导率为μm ，则线圈的电感量L 与衔铁进入线圈的长度la 的关系可表示为 [] 2222 2)1(4a a m r l lr l N L -+=μπ
专业综合课程设计 课题：流量计检测装置设计 学院：城南学院 班级：机电0701班 指导老师：陈书涵 学号：2007 学生:邹娟 一检测系统背景介绍 流量计广泛应用于工业生产和人民生活当中，但大都存在体积大、精度低、价格贵等缺点．本文设计的电子巴(靶式)智能流量计，于六十年代开始应用于工业流量测量，主要用于解决高粘度、低雷诺数流体的流量测量，先后经历了气动表和电动表两大发展阶段，SBL系列智能靶式流量计是在原有应变片式靶式流量计测量原理的基础上，采用了最新型电容力传感器作为测量和敏感传递元件，同时利用了现代数字智能处理技术而研制的一种新式流量计量仪 表。其主要由测量管、受力元件(靶片)、感应元件(电容式力传感器，压力传感器，温度传感器)、传递部件、微控制器及其显示和输出部分组成．由于采用了压力工作温度补偿，大大提高了测量精度。
二检测系统设计方案 本作品是一款基于C8051F系列单片机为核心的流量计，给出了硬件组成和软件设计．设计以C8051F单片机为控制模块，选用电子靶式流量传感器，信号调理电路、通信电路、LCD显示等电路．在软件上进行了压力和温度补偿．设计的流量计精度高，抗干扰能力强，使用方便． 三检测系统硬件结构 系统的硬件电路以C8051F206单片机为控制核心，主要有信号的输入通道、微控制器及外围电路、红外通信接口和RS一485通信接口和人机交互界面等部分组成，如图1所示． 图1 以C8051F206单片机为核心的硬件框图 ① C8051F206的A／D转换模块 C8051F206的A／D转换模块是利用C8051F206的片内12位分 辨率的ADC转换模块和可编程增益放大器．当工作在100ksps 的最大采样速率时，提供真正的12位精度和±2 L SB的模数
射频功率测量电路设计 近年来，随着3G 技术的快速发展，在进行通信系统设计时，射频功率的 控制和测量十分重要。本文以美国ADI 公司的AD8318 单片射频功率测量芯片为核心，设计了基于对数放大器检测方法的射频功率测量电路，该方法具有动 态范围大，频率范围广，精度高和温度稳定性好的特点。 1 测量原理 射频功率测量方法有多种多样，其中对数放大器检测法是射频测量的主要方 向之一，下面从对数放大器内部结构进行分析，研究对数放大检测器如何检测 射频信号。 射频信号检测的实质是如何实现将功率信号无失真地转换成电压信号，而这 个转换工作则由对数放大检测器来完成，因此，对数放大检测器是射频测量的 关键。它的核心是对数放大器，对数放大器之间采用直接耦合方式，分成N 级，每级由对数放大器和检波器组成。每级的输出送到求和器，由求和输出经低通 滤波器后得到一个电压信号。N 一般取值为5～9 级，级数越多，单级增益越小，则输出特性曲线越趋向于线性，这里以5 级为例进行分析，具体电路如图 1 所示。 该对数放大检测器的传递函数为：U0=Ks(Pin-b) (1)式中：b 为截距；Ks 为对数检测器的斜率，是一个常数；Pin 是输入信号的功率。在一定的动态范围内，可通过Matlab 仿真软件得到对数放大器的特性曲线，如图2 所示。 从图2 可知，线性动态范围约为-3～67 dBm，在此范围内，输出电压与输入功率之间呈线性关系。图2 的横坐标是输入信号的功率，纵坐标为输出电压和 误差值。在坐标系上作图可知，该特性曲线的斜率约为18 mV／dB，截距约为93 dBm，已知输入信号的情况下，可根据式(1)得到输出电压的大小。若输入信
环境噪声检测电路设计 作者：电气11-18 王鸿舸 根据老师提供的电路图以及两个基本要求，我做了以下两个噪声检测电路： 一．基本噪声检测电路 我大体上把这个电路分成了两部分，第一部分是输入信号放大部分，第二部分是输出信号检测部分。 1.输入信号放大部分 首先我用了一个20mv的电源串联一个100Ω和10Ω的滑动变阻器然后接地，用来充当输入信号并进行调节。
然后我用了两级放大电路对输入信号进行放大，每个放大器均放大十倍。因为第一个放大器需放大较小信号，第二个放大器需放大较大信号，两个信号对放大器的要求不同，所以两个放大器我采用了不同的型号。由于第一个放大器对放大精度要求较高，我在第一个放大器的反向输入端与正向输入端之间我接了一个滑动变阻器，通过改变滑动变阻器的阻值来调整放大器的放大精度，调到最佳后，我测出滑动变阻器的阻值，将其换成定值电阻。
因为放大器的工作需要正负电源供电，所以我用一个正电源与NE555电路产生了一个负电源。其基本工作原理是：当3脚输出高电平时C1、D2导通，对C1充电；当3脚输出低电平时C1、D1导通，C1放电并带动C2放电，由于C2下端接地，故C2上端电势被压低为负，也就产生了负电源。 2.输出信号检测部分
当输入信号经两级放大后形成一个较大输出电压信号，根据要求要把输出信号与基准电压50mv、0.5v进行比较以判别其大小。在这个电路的设计中我采用了或非门电路，整体工作原理是：如上图，左上角电源及滑动变阻器的作用是分别为U3与U4提供0.5v与50mv的基准电压。当输入一个高于0.5v的信号时U3输出一个高电平，Q2导通，红灯亮；当输入一个介于0.5v与50mv之间的信号时U3、U4均输出低电平，故U5输出高电平，Q1导通，绿灯亮；当输入的信号低于50mv时，U4输出一个高电平，Q3导通，黄灯亮。 二．程控噪声检测电路 我把这个电路分为了三块：第一，输入信号检测电路；第二，单片机控制电路；第三，放大电路。 1.输入信号检测电路 这部分电路的设计与上个电路的输出信号检测电路的设计基本相同，不同的是三个发光二极管由单片机编程控制进行点亮。 2.单片机控制电路
流量检测电路设计课程设计
第一章 流量测量装置单元 1.1节流装置 节流变压降流量计的工作原理是，在管道内装入节流件，流体流过节流件的时候流束收缩，于是在节流件前后产生差压，对于一定的形状和尺寸的节流件，一定的测压位置和前后直管段情况，一定参数的流体，节流见前后的差压随流量的改变而改变俩者之间有确定的关系，因此可一通过差压来测量流量。 节流件常用的有孔板和喷嘴，本实验中采用孔板。节流式流量计通常由能将流体流量转换成差压信号的节流装置及测量差压并显示流量的差压计组成． 标准节流装置包括节流件及其取压装置、节流件上游侧第一个阻力件、第二个阻力件、下游侧第一个阻力件以及在它们之间的直管短段，节流装置如图1-1所示。 图1-1整套节流装置 示意 1.2 节流件安装 标准孔板的开口直径d 是一个重要的尺寸，应实际测量，孔板的安装要求如下： （1）节流件前后的直管段必须是直的，不得有肉眼可见的弯曲。 （2）安装节流件用得直管段应该是光滑的，如不光滑，流量系数应乘以粗糙度修正稀疏。 （3）为保证流体的流动在节流件前1D 出形成充分发展的紊流速度分布，而且使这种分布成均匀的轴对称形，所以
1）直管段必须是圆的，而且对节流件前2D范围，其圆度要求其甚为严格，并且有一定的圆度指标。具体衡量方法： （A）节流件前OD，D/2，D，2D4个垂直管截面上，以大至相等的角距离至少分别测量4个管道内径单测值，取平均值D。任意内径单测量值与平均值之差不得超过±0。3% （B）在节流件后，在OD和2D位置用上述方法测得8个内径单测值，任意单测值与D比较，其最大偏差不得超过±2% 2）节流件前后要求一段足够长的直管段，这段足够长的直管段和节流件前的局部阻力件形式有关和直径比β有关，见表1（β=d/D, d为孔板开孔直径，D为管道内径）。（4）节流件上游侧第一阻力件和第二阻力件之间的直管段长度可按第二阻力件的形式和β=0。7（不论实际β值是多少）取表一所列数值的1/2 （5）节流件上游侧为敞开空间或直径≥2D大容器时，则敞开空间或大容器与节流件之间的直管长不得小于30D（15D）若节流件和敞开空间或大容器之间尚有其它局部阻力件时，则除在节流件与局部阻力件之间设有附合表1上规定的最小直管段长1外，从敞开空间到节流件之间的直管段总长也不得小于30D（15D）。 1.3 取压方式 取压方式采用法兰取压装置，法兰取压装置如图1-2所示，孔板夹在俩个特质的法兰之间，其间加俩片垫片，厚度不超过1mm，上游取压中心线与节流装置的距离l=25.4mm下游取压中心线与节流装置的距离l=25.4mm，取压孔必须符合单独钻孔取压的全部要求，取压孔中心线必须与管道中心线垂直。 图1-2 法兰取压
测量电功率教学设计 第二十七、二十八课时 三墩中学徐尔平 【教学目标】 知识与技能： 1、学会测小灯泡的额定功率和实际功率， 2、加深对电功率的理解； 3、巩固电流表、电压表、滑动变阻器的使用操作技能。 过程与方法： 使学生充分体验科学探究的方法，培养学生制定实验计划与设计实验的能 力。 情感态度与价值观： 培养学生实事求是的科学态度和不畏艰难、勇于探究的精神，通过讨论和 交流，培养学生合作学习的意识。 【教学重点】 1、用实验的方法来测量小灯泡的电功率， 2 、实际功率和额定功率的理解； 3、电流表、电压表、滑动变阻器的正确使用。 【教学难点】 1、实验方案的制定。 2、电流表、电压表、滑动变阻器的正确使用。 【教学准备】 学生用器材：学生电源、2.5V和3.8V小灯泡，灯座，开关，学生用电流表、电压表，滑动变阻器，导线若干。(共12组，其中2.5V的六组，3.8V的六组) 【教学方法】启发引导，实验探究，交流讨论。 【教学过程】 一、怎样测量电功率 (一)、复习引入： （1）什么是电功率？电功率的物理意义是什么？ （2）电功率的公式是什么？
（3）什么是额定功率？什么是实际功率？ （4）一只标有“220V 40W”字样的灯，它的含义是什么？ （二）新课教学 1、提出问题： 教师出示2.5V和3.8V小灯泡、“220V 40W”电灯，让学生观察，说出这些参数的意思。通过学生的观察，提出问题：如何测出小灯泡的额定功率？ 2、制定计划与设计实验： （1）引导点拨：由P=UI可以看出，为了测定小灯泡的电功率，必须测出哪些有关的物理量？测这些物理量需要哪些实验器材？如何才能使小灯泡两端的电压正好等于其额定电压？ （2）组织学生进行思考、讨论，设计出实验电路，画在黑板上，并说出实验所需的器材。 （3）、引导学生思考，为了测出小灯泡的额定功率和实际功率，应该设计出怎样的记录表？请学生画在黑板上。 (1)学生讨论、交流实验的基本步骤，然后请一名学生试述出实验步骤，教师引导、纠错。 A、断开开关，根据设计的电路图连接好电路，将滑动变组器的滑片滑到电阻值最大处。 B、闭合开关，调节滑动变阻器，观察电压表的示数，使小灯泡两端的电压等于额定电压，计算出小灯泡的额定功率。 C、调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压为额定电压的1.2倍，观察小灯泡的发光情况，记下电压表和电流表的示数，计算出小灯泡的实际功率。 D、调节滑动变阻器，使小灯泡两端的电压为额定电压的0.8倍，观察小灯泡的发光情况，记下电压表和电流表的示数，计算出小灯泡的实际功率。
第一章设计题目及要求 1.1 课程设计题目 利用气体传感器设计一个烟雾报警器，要求有检测、报警输出。 1.2 课程设计要求 （1）、在一定空间范围内，如果出现超过设定浓度的烟雾时，烟雾报警器就会产生声光报警，而且可以人为取消报警。 （2）、工作在常温、常压、静态、环境良好；精度：0.1％FS；分辨率：按参考文献上常用传感器类比；测量范围：按参考文献上常用传感器类比；
第二章方案设计 根据课程设计的要求，确定本设计的方案，主要是利用气体传感器作为转换电路的核心，然后将传感器转换出来的电信号输入到单片机中进行相应的处理。 2.1基本原理的概述 本设计的基本原理是利用气体传感器将对烟雾浓度的变化转变为电压的变化，并利用电压比较器比较之后输出控制信号，电压比较器输出的电压有高电平和低电平，而单片机的输入端一般为低电平作为信号，所以可以将有烟雾时的电压比较器的输出调整为低电平输出，而单片机在接受到低电平之后，进行相应的报警操作。 2.2总体设计方案的确定 根据设计方案的基本原理可知，烟雾报警系统主要分为三个部分：气体传感器、电压比较器、单片机。 在正常状态下，没有烟雾时气敏元件的电阻值较大，输出电压较小，此时的输出电压比参考电压小，由电压比较器输出的为高电平，无法引起单片机的动作。而当有烟雾时，MQ-2气敏传感器输出的电压值较高，在一定程度时将超过参考电压的电压值，此时由电压比较器输出的电压为低电平，引起单片机的动作。总体设计方案如图2.1所示，下面的设计主要就遵循基本原理方框图来进行设计。 图2.1 烟雾传感器基本原理方框图
第三章系统电路的设计 本章节中主要讨论的是传感器的选择及其特性，测控电路的设计及其计算以及整体测控系统的电路设计与计算，以下就各个部分进行详细的。 3.1传感器的选择及其特性 根据被测量的性质选择需要的传感器，由于在这里需要测量的量是烟雾的浓度，所以选择烟雾传感器，烟雾传感器有许多种类：半导体气敏、离子式传感器等等，本设计选用的是半导体气敏传感器。 3.1．1 半导体气敏传感器的性质 根据课程设计的要求可知，本设计是针对烟雾传感器的报警系统，则所应用到的传感器应是对气体具有作用的传感器，这里选用半导体气敏传感器。利用半导体吸附气体后引起其性质变化特性而制成的器件称为气体传感器，半导体气体传感器的敏感部分是金属氧化物半导体微结晶粒子烧结体，当它的表面吸附有被检测气体时，半导体微结晶粒子烧结体接触界面的导电粒子比例将发生变化，继而使气敏元件的电阻值随被测气体浓度的变化而变化，本设计采用的是MQ-2气敏元件，气敏元件的电阻值随被测气体浓度的升高而降低。 3.1.2 MQ-2烟雾传感器原理 MQ-2烟雾传感器是利用气敏元件构成电路将烟雾浓度的变化转变为电信号的变化，主要利用气敏元件阻值随气体浓度变化的性质。 （1）气敏元件的原理MQ-2是一种体电阻控制型的气敏器件，其阻值随被测气体的浓度而变化。气敏元件又是一种“气—电”传感器件，它将被测气体的浓度信号转变为相应的电信号。 MQ-2气体传感器工作时必须经过加热这个程序，其目的是加速气体的吸附、跳出过程的作用；烧去气敏元件的油垢和污物，能起到清洁作用，控制不同的加热温度，能对不同的气体有不同的选择作用。 如图3.1所示，在气体传感器加热到稳定的状态时，被测气体接触到元件的表面而被吸附，此时气敏元件的电阻率会按一定的规律进行变化。当气敏传感器通电以后，气敏元件的电阻会急剧下降（指在清洁的空气中，无被测气体时），过一段时间之后有逐步上升到一个稳定的值，这一段时间一般为2-10分钟，称这一段时间为“初始稳定状态”。 气敏元件达到初始稳定状态以后，才能用于气体检测和烟雾报警，检测开始到电阻值稳定的时间与气敏元件的材料和结构有关，一般为10-30秒。当测试完毕以后，气敏元件置于普通大气之中，其阻值会逐渐恢复到检测之前的状态。半导体气敏元件是以被测气体和半导体表面或基面之间的可逆反应为基础，所以可以反复使用，这样就利于传感器的多次使用。