郑州电力职业技术学院毕业生论文题目：＿基于单片机的数字电能表设计＿＿
系别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿＿＿
专业＿＿＿建筑电气工程技术＿＿＿
班级＿＿建筑电气班＿＿＿＿＿
学号＿＿＿ 09401060170＿＿＿
姓名＿＿＿＿周莉＿＿＿＿＿＿＿
论文成绩指导教师
答辩成绩主答辩教师
综合成绩答辩委员会主任
目录
摘要 (3)
关键词 (3)
一、工作原理 (4)
1.1数字电流表的工作原理 (5)
1.2电流采样电路的性能 (5)
1.3显示电路与电流采样电路的逻辑关系 (5)
1.4放大器 (5)
1.5峰值保持电路 (10)
A转换芯片 (13)
1.6双积分型
D
1.7独立式非编码键盘的接口 (14)
1.8 LED动态显示器接口及显示方式 (14)
1.9 89C51单片机 (16)
二、测量系统的总体结构设计 (20)
2.1 系统框图 (20)
2.2整机设计 (19)
三、程序流程图 (23)
四、实验结果 (26)
参考文献 (2725)
摘要
本电流表各模块之间使用标准信号进行传输的，这些标准信号都符合国际标准。国际电工委员会在1973年四月第65次技术委员会通过的标准规定了国际统一信号标准，过程控制系统的模拟直流信号为4到20MA，模拟直流电压信号为1到5伏，我国的DDZ-3型电动单元组合仪表采用了国际的信号标准。
关键词电流采样，A/D转换，放大器，单片机
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，正在引起测量、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技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。
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、积算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。
一、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数字电流表的基本原理
1.2电流采样电路的性能
峰峰值检波器本身具有采样保持的功能，由于A/D转换器的转换时间为100ms，所以峰峰值检波电路能够保证A/D转换器有足够的转换时间[6]。
交流信号不只包括正弦波，对于其它规则的交流信号，也可以用本采样电路采样。档位选择需要将独立按键与放大器中集成运放的外围电阻组合在一块。独立按键不仅有选择档位的功能，还有复位等其它功能。
由于负反馈放大器的输入电阻已达到10M欧以上，所以有单片机构成的测量系统，可以看作一个理想电压表。通常所说的偏转式电流表是根据线圈的偏转程度线性刻画未测电流的大小，仿照此原理给待测电流加一个线性电阻，然后再用一个理想电压表测电流在电阻上的压降，然后适当选择放大器的放大倍数就可以做成多量程的电流表。
1.3显示电路与电流采样电路的逻辑关系
如果不用单片机，也可以做成一个电流表，不过这样的表功能单一，不能同时测量直流或者交流，而用单片机做成的电流表可以通过编程方便实现，规则交流波形的有效值测量[2]。
1.4放大器
目前集成运放有双列直插式和圆管封装式两种，若采用双列直插式的的μA741集成运算放大器，其外引线排列图如图2所示。
图2 μA741外引线排列图
1）测试放大器的传输特性及输出电压的动态范围是指在不失真条件下所能达到的最
v当作运算放大器的大幅度。为了测试方便，在一般情况下就用其输出电压的最大摆幅
opp
最大动态范围。其测试电路如图3
图3运算放大器输出电压最大摆幅的测试电路
图3中i v 为正弦信号。当接入负载L R 后，逐步加大输入信号i v 的幅值，直至示波器上输出电压的波形顶部或底部出现削波为止。此时的输出电压幅度opp v 就是运算放大器的最大摆幅。若将i v 送示波器的X 轴，0v 送Y 轴，则可利用示波器的X-Y 显示，观察到运算放大器的传输特性，并可测出opp v 的大小。
opp v 与负载电阻L R 有关，不同的L R ，opp v 亦不相同。根据已知的L R 和opp v ，我们可以求出运算放大器的输出电流的最大摆幅：
opp I =L OPP R V 。
（1）
运算放大器的opp v 除与L R 有关外，还与电源电压cc v ±和输入信号的频率有关。随着电源电压的降低和信号频率的升高，opp v 将降低。
如果示波器X-Y 显示出运算放大器的传输特性是正常的，即表明该放大器是好的，可以进一步测试运算放大器的其它几项参数。
（2）测开环电压放大倍数vo A
开环电压放大倍数是指：运算放大器没有反馈时的差模电压放大倍数，即运放输出电压0v 与差模输入电压i v 之比。测试电路如图4。f R 为反馈电阻，通过搁置电容和电阻R 构成闭环工作状态，同时与1R 、2R 构成直流负反馈，减少了输出端的电压漂移。由图可知：
F N V R R R V 2
12
+= （2）
F
N N P V V V R R R V V V V V A 0221
000+=≈-= （3） 此时信号源的频率应在运算放大器的带宽之内，μA741的带宽约为7Hz 。
图4测开环电压放大倍数电路
（3）测输入失调电压IO V
输入失调电压的定义是：放大器输出为零时，在输入端所必需引入的补偿电压。根据定义，测试电路如图5
闭合开关S ，令此时测出的输出电压为1o v ，因为闭环电压放大倍数
1
11R R R V V A F IO O vf +==
（4） 所以，输入失调电压
011111011V V R R R V O F IO =+= （5）
图5测IO IO I V 和的实验电路
（4）测输入失调电流IO I
输入失调电流是指输出端为零电平时，两输入端基极电流的差值，用IO I 表示。显然，IO I 的存在将使输出端零点偏离，且信号源阻抗越高，输入失调电流影响越严重。测试电路同图5只要断开开关S 即可，用万用表测出该电路的输出电压，我们令它为2o v ，则 F O F O O IO R R R R V V R R R V V I +∙-=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+-=111021121 （6） 5）测共模抑制比cmr k
根据定义，运算放大器的cmr k 等于放大器的差模电压放大倍数vd A 和共模电压放大倍数vc A 之比，即： ()vc
vd cmr vv vd cmr A A dB k A A k ==或 （7） 测试电路见图6。运算放大器工作在闭环状态，对差模信号的电压放大倍数vd A =1R R f
,对共模信号的电压放大倍数I
vc V V A 0,所以只要测出0v 和i v ，即可求出： ()()dB V V R R dB k I f cmr ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∙=01
lg 20 （8）
为保证测量精度，必须使''11,F F R R R R ==,否则会造成较大的测量误差。运算放大器的
共模抑制比cmr k 愈高，对电阻精度要求也就愈高。经计算，如果运算放大器的cmr k =80DB ，允许误差为百分之五，则电阻相对误差:
00.01001001
1≤⨯∆R R 。 （9）
图6测量cmr K 的实验电路
（6）测增益-带宽积
运算放大器的重要交流参数是频率响应。由于运算放大器可以工作在直流状态，即零频率工作状态，因此其带宽等于截止频率响应c f ，在截止频率处的输出电压增益，此直流时的输出电压增益低3DB 。运放的增益-带宽积为常数A*BW=C 该常数C 决定与特定的放大器，开环时因增益太高，带宽很窄，很少使用。闭环时，增益1
R R A F -
=,它的带宽与大小成反比。
测试电路如图7，输入为正弦信号。逐步增加i v 的频率。
由A μ741集成运放和两个电阻组成一个负反馈放大器， R R U U A L I uf ==
0电压放大倍数： （10）
电路如图8所示。
图7测量增益带宽积的电路
图8A μ741集成运放
1.5峰值保持电路
实用的峰值保持电路是半波整流电路、存储电容和缓冲放大器组成的闭环电路。在存储电容上还并联有一只复位开关。图9给出了同向型峰值保持电路。图中运算放大器1A 具有半波整流结构，2A 组成电压跟随器，其输出电压c u u =0，它在存储电容和输出负载之间起缓冲作用。
图9同相型峰值保持电路
当i u u <0时，2VD 导通，1VD 截止，1A 将误差电压放大，通过2VD 对C 充电，使0u 跟踪i u 。i u u 0时，1VD 导通，2VD 截止，存储电容C 与1A 的联系隔断，c u u =0，不再跟踪i u 保持过去检出i u 峰值。1VD 的导通是为1A 提供反馈通路，防止当2VD 截止时，1A 被深度
饱和。当复位指令 U 出现，场效应管 V 导通，C 通过 V 放电，uc 回到零。U 消失后，V 截止， 又开始新的峰值保持过程。
这种电路由于VD1 的作用，使VD2 的反向电压大大减小，因而反向漏电流很小，增加 了峰值保持事件。如果还要进一步增加保持时间，可选输入级为场效应管的运算放大器作 为 A2 以提高放大器的输入阻抗。
图中电容 C1 , C2 是为了提高电路的稳定性和改善瞬态响应。R 为保护电阻，防止电压 突变损坏 A2 。
前面介绍的是正向峰值保持电路，如果需要负向峰值保持，可以把正向峰值保持电路 中的二极管及其它元件适当改接，就能实现。
图 10 是一个反向峰值保持电路，图中二极管VD2 是否导通，完全取决于 U1 与 u0 的 差值。当 U1 - u0 0 时，VD2 导通，电路处于跟踪状态； U1 - u0 0 时，VD2 截止，电 路处于保持状态。此电路的输入信号 u i 应为负极性，而输出 u0 为正极性。其功能可等效为 一个同相型负峰值保持电路加一个反相器。
图 10 反相型峰值保持电路
把正向峰值保持电路和负向峰值保持电路组合起来，就可以得到峰峰值保持电路。 图 11 和 12 分别是峰峰值检波的组成框图和原理电路。图中 A1 ， A2 构成跟随器，作负 峰值检波; A3 , A4 构成跟随器，作为正峰值检波，其正、负峰值电压经差动运算放大器 A5 输 出。 集成组件峰值检波器国内已有生产。如 ZF020 系列峰值检波器，适用于检测各种波形 的峰值电压，输入信号可以是周期波，也可以是非周期的任意波形。以 ZF002 型组件为例，
11
o u 2 A _+ D V R V C 2 D V 1 D V 1 A _+ 3 R 421 RRR i u
o u o u 5 A _+ 3 R 器 5 R 大 放 算 4 2 R R 运 动 差 2 4 A A _+ _+ 21 CC DD VV 持 持 保 保 值 值 峰 峰 向 向 正 1 3 负 A A _+ _+ 1 R i u i u
ZF022
是正峰值检波器，检波精度
0.5
0 0
，带宽
10Hz-10kHz，输入电压幅度
12到 12V
,
输出电压幅度 12到 12V ，输出电流 15mA ，静态功耗 260mw，输入阻抗 109 ，
电源电压范围 6到 18v 。图是其典型接线。图中 s1 为复零开关，或其它形式的控制开关。
图 11 峰峰值检波组成框图
图 12 峰峰值检波原理电路
1.6 双积分型 A D 转换芯片 双积分型 A D 转换器，转换精度高，但转换速度慢，因此常用于测量精度要求较高，
但对测量速度要求很低的仪表中。 ICL7135 是一种双积分型 A D 转换芯片，其转换时间为 100ms，模拟输入电压范围-2
到+2V，芯片的引脚图如图所示。在使用时需外接存储电容 CR 、积分电阻 RINT 、积分电容 CINT
及校零存储电容 C AZ 。单极性的参考电压和时钟信号由外部提供。可对双极性输入的模拟 电压进行 A D 转换，并输出自动极性判别信号。它采用了自校零技术，可保证零点的长期 稳定性。
12
ICL7135 的输出是 4 1 位的 BCD 码，为了减少引出线数目，它采用动态字位扫描输出的 2
方式，即万、千、百、十、个各位数字 BCD 的码轮流出现在 B8 B4 B2 B1 端上，并在 D5到D1 各 端上同步出现字位选通脉冲，这种输出使其数字显示电路非常简单。
当使用 A D 转换芯片时，可采用以下方法提高转换分辨率： （1）当输入模拟电压小于 A D 转换电路的满刻度所对应的电压值时，应放大输入信号， 使输入电压的最大值对应 A D 满刻度值，以充分利用 A D 转换电路的满刻度。 （2）当输入电压在某一电压基值之上有小范围的变化，而我们需要精确测量这个电压 变化范围时，应在电路中引入一个电压信号，它与上述电压基值大小相等，而方向相反， 这样 A D 转换电路的满刻度将对应小范围变化的电压增量信号，也就是只对电压增量信号 进行转换。
（3）有些 A D 芯片，如 AD0804 具有差动输入端，即VIN 和VIN ,只要将输入信号 的基值加于VIN 端，输入电压范围可以从非零伏开始，即从基值电压到最大输入电压，
缩小了输入电压范围，这样可提高芯片的分辨率。
图 13 ICL7135 芯片图
1.7 独立式非编码键盘的接口 当任何一个键按下时，与之相连的输入数据线即被清 0 低电平，而平时该线为 1 高电
平 .而判别是否有键按下，用单片机的位处理指令十分方便。
13
8710987654321 2222111111111641 123484215 RR BBBB DDDDD NV UO -CCV +CCV YSUB TUOTNI TUOFFUB D N G KLC BTSDLOH/NURDLOP+NI-NI-FERC+FERCOREZOTUAMOCGLNAFER NC5317LCI 978532 654320 222221
这种键盘结构的优点是电路简单。 图所示查询方式键盘的处理程序比较简单。程序中没有使用散转指令，并且省略了软 件指令，并且省略了软件去抖动措施，只包括键查询、键功能程序转移。P0F-P3F 为功能 程序入口地址标号，其地址间隔应能容纳 JMP 指令字节；PROM0-PROM3 分别为每个键的功 能程序。 1.8 LED 动态显示器接口及显示方式 单片机中通常使用 7 段 LED 构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管，以显 示数字、符号及小数点。这种显示器有共阴极和共阳极两种，如图。发光二极管的阳极连 在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起称为共阴极显示器。一位显示器由 8 个发光二 极管组成，其中，7 个发光二极管构成字型 8 的各个笔画，另一个小数点为 dp 发光二极管。 当在某段发光二极管上施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。为了保护 各段 LED 不被破坏，需外加限流电阻。 以共阴极 LED 为例，如图，各 LED 公共阴极 K0 接地。若向各控制端 a、b……g、dp 顺 次送入 11100001 信号，则该显示 7 字型。 在多位 LED 显示时，为了简化电路，降低成本，将所有位的段选线并联在一起，由一 个 8 位 I/O 口控制。而共阴（共阳）极公共端 K 分别由相应的 I/O 线控制，实现各位的 分时选通。如 14 图所示为 6 位共阴极动态显示接口电路。
段选（I/O口2）
位选(I/O口2)
图 14 六位 LED 动态显示接口电路
14
由于 6 位 LED 所有段选线皆由一个 8 位 I O 控制，因此，在每一瞬间，6 位 LED 会显示 相同的字符。要想每位显示不同的字符，就必须采用扫描方法轮流点亮各位 LED，即在每 一瞬间只使某一位显示字符。在此瞬间，段选控制 I O 口输出相应字符段选码，而位选则 控制 I O 口在该显示位送入选通电平为共阴，故应送低电平。以保证该位应显示相应字符。 例如，要求显示 E0-20 时， I O 口 1 和 I O 口 2 轮流送入段选码、位选码每送入一次后延时 1ms，因人眼的视觉暂留时间为 0.1s，所以每位显示的间隔不必超过 20ms，并保持延时一 段时间，以造成视觉暂留效果，给人看上去每个数码管总在亮。这种方式称为软件扫描显 示
如图 15 位 89C51P0 口和 P1 口控制的 6 位共阴极 LED 动态显示接口电路。图中，P0 口 输出端选码，P1 口输出位选码，位选码占用输出口的线数决定于显示器位数，比如 6 位就 要占 6 条。74352（7406）是反相驱动器（30V 高电压，OC 门），这是因为 89C51P1 口正逻 辑输出的位空与共阴极 LED 要求的低电平点亮正好相反，即当 P1 口位控线输出高电平时， 点亮一位 LED。7407 是同相 OC 门，作段选码驱动器。
7407
P1.0
a
b
c
d
e
f
g
P0.7
dp
89C51
100Ω*8 +5V
P1.5
共阴极显示器
P1.0 75452(7406)
图 15 六只 LED 动态显示接口
逐位轮流点亮各个 LED，每一位保持 1ms，在 10 到 20ms 之内在一次点亮，重复不止。 这样，利用人的视觉暂留，好像 6 位 LED 同时点亮一样。
15
图 16 LED 结构图
表 1 LED 显示字型编码表
1.9 89C51 单片机 （1）89C51 行输出操作时，CPU 通过内部总线把数据写入锁存器[1]。而 89C51 执行输
入操作却有两种方式；当执行的是读锁存器指令时，CPU 发出读锁存器信号，此时锁存器 状态由触发器的 Q 端经锁存器上面的三态输入缓冲器 1 送入内部总线；如果执行的是读端 口引脚，则 CPU 发出的是读引脚控制信号，直接读取端口引脚上的外部输入信息，此时引 脚状态经锁存器下面的三态输入缓冲器 2 送入内部总线。
在 89C51 无片外的扩展存储器的系统中，这四个端口都可以作为准双向通用 IO 口使 用。
P0 口的输出级与 P1-P3 口的输出级在结构上是不同的，因此，它们的负载能力和接口 要求也各不相同。P0 口与其他口不同，它的输出级无上拉电阻。用作输入时，应先向口锁 存器 80H 写 1。把它当作地址/数据总线时，则无须外接上拉电阻。P0 口的每一位输出可 驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。
16
P1-P3 口的输出级接有内部上拉电阻，它们的每一位输出可驱动 4 个 LS 型 TTL 负载。 作为输入口时，任何 TTL 或 NMOS 电路都能以正常的方式驱动 89C51 单片机的 P1-P3 口。 由于它们的输出级具有上拉电阻，所以也可以被集电极开路所驱动，而无须外接上拉电阻。
对于 89C51 单片机，端口只能提供几毫安的输出电流，故当作输出口去驱动一个普通 晶体管的集极时，应在端口与晶体管基极间串联一个电阻，以限制高电平输出时的电流。
P1-P3 口也都是准双向口。 电源引脚 Vcc 和 Vss。Vcc（40 脚）：电源端，为+5V。Vss（20 脚）：接地端。
图 17 89C51 单片机结构图
外接晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2。XTAL2（18 脚）：接外部晶体和微调电容的一端。在 89C51 片内它是振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率就是晶体的固有频率。若须采用 外部时钟电路，则该引脚悬空。
要检查 89C51 的振荡电路是够正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脉冲信号输 出。XTAL1(19 脚)：接外部晶体和微调电容的另一端。在片内，它是振荡电路反相放大器 的输入端。在采用外部时钟时，该引脚输入外部时钟脉冲。
控制信号引脚 RST、ALE、 PSEN 、 EA 。 RST（9 脚）脚：RST 是复位信号输入端，高电平有效。当此时输入端保持两个机器周 期（24 个时钟振荡周期）的高电平时，就可以完成复位操作。 ALE（30 管脚）：地址锁存允许信号端。当 89C51 上电正常工作后，ALE 输出信号作为 锁存低 8 位地址的控制信号。
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平时不访问片外存储器时，ALE 端也以振荡频率的六分之一固定输出正脉冲，因而 ALE 信号可以用作对外输出时钟或定时信号。如果想确认 89C51 芯片的好坏，可用示波器查看 ALE 端是否有脉冲信号输出。若有脉冲信号输出，则 89C51 基本上是好的。
ALE 端的负载驱动能力为 8 个 LS 型 TTL 负载。 此引脚的第 2 功能 PROG 在对片内带有 4KBFlashROM 的 89C51 编程写入时，作为编程 脉冲输入端。 PSEN （29 脚）：程序存储允许输出信号端。当 89C51 由片外程序存储器指令时，每 个机器周期两次 PSEN 有效。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的 PSEN 信号将不出现。 PSEN 端同样可驱动 8 个 LS 型 TTL 负载。 要检查一个 89C51 小系统上电后 CPU 能否正常工作，也可用示波器 PSEN 端有无脉冲 输出。如有，则说明基本上工作正常。 EA （31 脚）：外部程序存储器地址允许输入端固化编程电压输入端。 当 EA 引脚接高电平时，CPU 只访问片内 Flash ROM 并执行片外程序存储器中的指令： 但当 PC 的值超过 0FFFH，将自动转去执行片外程序存储器内的程序。 当输入信号 EA 引脚接低电平时，CPU 只访问片外 ROM 并执行片外程序存储器中的指令， 而不管是否有片内程序存储器。然而需要注意的是，如果保密位 LB1 被编程，则复位时在 内部会锁存 EA 端的状态。 当 EA 端保持高电平时 CPU 则执行内部程序存储器中的程序。
二、 测量系统的总体结构设计
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2.1 系统框图 基于单片机的数字电流表的控制系统框图：
分
负
峰峰值检
双积分型
流
反
波电路
A/D 转 换
电
馈
器及其外
阻
放
围电路
大
电
路
单片机
LED 数码 管
独立式按 键
图 18 基于单片机的数字电流表的控制系统框图
2.2 整机设计 本设计由分流电阻、负反馈放大电路、峰峰值检波电路、双积分型 A/D 转换器及其外
围电路、单片机、独立式按键、LED 数码管组成。放大器集成运放是 A741 集成运算放大 器。A/D 转换器主要部分是 4 1 位 A/D 转换器。电流显示位数从各位到万位[4]。
2 独立式键盘接到 P3 口上。 峰峰值检波器是把同向型峰值保持电路和负向型保持电路组合起来，再加上一个差动 运算放大器组成的。同相峰值保持电路的输出接差动运放的负向端，负相保持电路的输出 接差动运放的正向端。同向型峰值保持电路的正相端与负相型峰值保持电路的正相端接在 一起，通过一个电阻与集成运放的输出相连。 六位 LED 显示器用共阴极接法动态显示方式，P0 口通过一个同相门控制数码管的段选 信号。P1 口的六个管脚通过一个反向驱动器控制 LED 显示器的位选信号。 决定两个量程电阻是电流表电流采样系统的前端，当电键 K 接到某个量程电阻上时， 待测电流在电阻上的压降便通过集成运放进行放大，放大的倍数取决于负反馈放大电路的 两个外加电阻。 本电流表各模块之间使用标准信号进行传输的，这些标准信号都符合国际标准。国际 电工委员会在 1973 年四月第 65 次技术委员会通过的标准规定了国际统一信号标准，过程
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控制系统的模拟直流信号为 4 到 20MA，模拟直流电压信号为 1 到 5 伏，我国的 DDZ-3 型电 动单元组合仪表采用了国际的信号标准[5]。
本电流表所测交流信号的频率只能达到 100KHZ 左右。 由峰值检波器组成的交流电压表的交、直流电压刻度是分开的，交流电压的刻度仍用 正弦波的有效值刻度，即等于正弦波的有效值刻度，即等于正选波的峰值除以波峰因数 K=1.41。为测任意波电压时，电表指示没有直接意义，只有经过一定换算后，才能得到被 测电压有效值。 A/D 转换器的输出有两万种结果，电流量程有 2A 和 2mA 两个，如果电流采样电路中的 放大器根据根图 8 RL 和 R 的比列关系重新决定放大器的放大倍数，量程还可以有多个。 测电流时要根据独立式按键的键值决定是调用那个子程序，即判断电流表是打在直流档还 是交流档。按键电路是查询方式与单片机连接的。若为直流信号则去执行显示指令。若是 正弦信号则执行一次波形换算程序，根据峰峰值与有效值的除法关系易知峰峰值除以 2 2 得到有效值，考虑到编程方便与产品应用场合，可以吧 A/D 转换器得到的结果先乘以 5 再 除以 14 就得出所测电流的有效值。 再按下独立按键后单片机进行初始化，然后执行主程序。主程序是一个显示程序，没 有输入时 LED 六个零。子程序包括中断处理程序和键盘查询，还有二进制转换成 BCD 数的 程序， 4 1 位 A/D 转换器数据采集程序，延时 1 秒程序等等。
2 本电流表的基本量程是 2A 在此种情况下 A/D 转换器的量化间隔是 0.1mA。当分流电阻 的压降是两伏时，就是基本电压的满量程，LED 显示就是两伏，当输入电压小于两伏时， 如果动态变化量小于 0.1mV 那么 LED 的显示是前一时刻的电流值。7135 芯片的选通信号接 到单片机的 INT 0 ，管脚 25 接到 P1.1。74LS244 是总线缓冲器，74LS74 有两片是一个边沿 触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发 d 触发器电路[7]。 子程序中如果有三角波和方波的波形换算程序，本电流表还可以测出三角波和方波的 有效值。
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检测系统实习报告 题目：基于单片机的工频电压（电流）表的设计姓名： 院（系）：专业： 指导教师：职称： 评阅人：职称： 年月
摘要 在实际中，有效值是应用最广泛的参数，电压表的读数除特殊情况外，几乎都是按正弦波有效值进行定度的。有效值获得广泛应用的原因，一方面是由于它直接反映出交流信号能量的大小，这对于研究功率、噪声、失真度、频谱纯度、能量转换等是十分重要的；另一方面，它具有十分简单的叠加性质，计算起来极为方便。 本文详细介绍了一个数字工频电压、电流表设计，以AT89S52单片机为控制核心，由电压、电流传感器模块，真有效值测量模块，信号调理模块，AD采集模块及控制、显示模块等构成。系统采用电压、电流互感器对输入信号进行降压处理，经AD736转换得到原信号的真有效值，由TLC549转换为数字量后送入单片机内进行简要的数据处理并将结果通过LCD实时显示，达到了较好的性能指标。 关键词：工频数字电压（电流）表真有效值AD736 TLC549 AT89S52
Abstract In practice, RMS is the most widely used parameters. Except in special circumstances,voltage meter readings almost all carried out by the RMS of sine wave . The reasons of RMS is widely available, on the one hand, because it directly reflects the size of the exchange of signal energy, which the study of power, noise, distortion, spectrum purity, energy conversion, such as it is very important; On the other hand, it has a very simple superposition of the nature of the calculation will be extremely convenient. The design of single-chip Atmel Corporation AT89S52 as control core, by the current sensor module, True RMS measurement modules, signal conditioning modules, AD acquisition and control module, display module. System uses a current sensor circuit for step-down of the input signal processing, has been converted by the original AD736 True RMS signal by the TLC549 convert into single-chip digital conducted after the brief and the results of data processing in real time through the LCD display, achieve a better performance. Keyword: Digital voltage(current) meter True RMS AD736 TLC549 AT89S52
目录 摘要 2 关键词2 1 概述 3 1.1设计意义 3 1.2系统主要功能 3 2 硬件电路设计方案及描述3 2.1 设计方案 3 2.2 主要元器件的介绍 4 2. 3控制电路模块13 2.4 元件清单16 3数字式电流表的软件设计16 3.1系统程序设计总方案 16 3.2系统子程序设计 17 4数字式电流表的调试19 4.1软件调试 19 4.2显示结果及误差分析 20 5总结22附录1.电路原理图及仿真图23附录2. 程序代码24参考文献 26
基于单片机的简易数字电流表设计 摘要 数字电流表的诞生打破了传统电子测量仪器的模式和格局。它显示清晰直观、读数准确，采用了先进的数显技术，大大地减少了因人为因素所造成的测量误差事件。数字电流表是建立在数字电压表的基础上，让电压表与电阻串联，其显示的是电流，数字电压表是把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式，并加以显示的仪表。数字电流表把电子技术、计算技术、自动化技术的成果与精密电测量技术密切的结合在一起，成为仪器、仪表领域中独立而完整的一个分支，数字电流表标志着电子仪器领域的一场革命，也开创了现代电子测量技术的先河。本设计采用了以单片机为开发平台，控制系采用AT89C52单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电流测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。 关键词：单片机 AT89C51 A/D转换ADC0809数据处理
1 .概述 1.1设计意义 通过课程设计，掌握电子设计的一般步骤和方法，锻炼分析问题解决问题的能力，学会如何查找所需资料，同时复习以前所学知识并加深记忆，为毕业设计打好基础，也为以后工作作准备。通过对选题的分析设计，学习数字电流表的工作原理、组成和特性；掌握数字电流表的校准方法和使用方法； 1.2系统主要功能 A、利用AD转换芯片和精密电阻测量0~20mA电流 B、系统工作符合一般数字电流表要求 2 硬件电路设计方案及描述 2.1 数字式电流表系统硬件设计 硬件电路设计主要包括：AT89S51单片机系统，A/D转换电路，显示电路。测量最大电流为20ma，显示最大值为20.00ma。本实验采用AT89S51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电流表。 硬件电路设计由6个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电流输入电路。硬件电路设计框图如图2.1所示。 2.1数字式电流表系统硬件设计框图
郑州电力职业技术学院毕业生论文题目：＿基于单片机的数字电能表设计＿＿ 系别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿＿＿ 专业＿＿＿建筑电气工程技术＿＿＿ 班级＿＿建筑电气班＿＿＿＿＿ 学号＿＿＿ 09401060170＿＿＿ 姓名＿＿＿＿周莉＿＿＿＿＿＿＿ 论文成绩指导教师 答辩成绩主答辩教师 综合成绩答辩委员会主任
目录 摘要 (3) 关键词 (3) 一、工作原理 (4) 1.1数字电流表的工作原理 (5) 1.2电流采样电路的性能 (5) 1.3显示电路与电流采样电路的逻辑关系 (5) 1.4放大器 (5) 1.5峰值保持电路 (10) A转换芯片 (13) 1.6双积分型 D 1.7独立式非编码键盘的接口 (14) 1.8 LED动态显示器接口及显示方式 (14) 1.9 89C51单片机 (16) 二、测量系统的总体结构设计 (20) 2.1 系统框图 (20) 2.2整机设计 (19) 三、程序流程图 (23) 四、实验结果 (26) 参考文献 (2725) 摘要
本电流表各模块之间使用标准信号进行传输的，这些标准信号都符合国际标准。国际电工委员会在1973年四月第65次技术委员会通过的标准规定了国际统一信号标准，过程控制系统的模拟直流信号为4到20MA，模拟直流电压信号为1到5伏，我国的DDZ-3型电动单元组合仪表采用了国际的信号标准。 关键词电流采样，A/D转换，放大器，单片机
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，正在引起测量、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技术与测量控制技术结合在一起，在测量过程自动化，测量结果数据处理以及功能的多样化方面都取得了巨大的进步。 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、积算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。 一、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数字电流表的基本原理 1.2电流采样电路的性能 峰峰值检波器本身具有采样保持的功能，由于A/D转换器的转换时间为100ms，所以峰峰值检波电路能够保证A/D转换器有足够的转换时间[6]。
摘要 本次设计用单片机芯片AT89c51 设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51 单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD 转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障，本电路使用了AD0809 数据转换芯片，单片机系统设计采用AT89S51 单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ 震荡电路，显示芯片用TEC6122，驱动8 位数码管显示。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。 本文全面、深入、系统地介绍了4 3/4位智能数字万用表的系统设计与研究。设计中采用了美国MAXIM公司生产的专配万用表芯片MAX134，以及Intel 公司生产的MCS8051单片机。整个系统结构由MAX134外加一些外围元件构成，然后再与单片机8051相连，驱动LED数码显示。文章主要介绍了MAX134的性能特点、内部结构、数字接口、输入输出数据及一些功能和原理。整个设计包括硬件电路设计及软件设计。硬件电路设计包括处理器、外部设备元件的选择及电路设计，而软件设计则主要是实现仪表的各功能
目录 摘要 (i) Abstract ............................................. 错误！未定义书签。 1. 绪论 (4) 1.1 数字万用表的主要特点 (4) 1.2 数字万用表设计背景 (6) 1.2.1 数字万用表的设计目的和意义 (6) 1.2.2 数字万用表的设计依据 (6) 1.2.3 数字万用表的设计目的和意义 (6) 1.3万用表发展趋势 (7) 2. 数字万用表总体设计方案 (8) 2.1数字万用表的基本原理 (8) 2.2数字万用表的硬件系统设计总体框架图 (15) 3. 选用芯片介绍及硬件电路设计方案 (16) 3.1 芯片选择及功能简介 (16) 3.1.1 AT89c51 芯片功能特性描述 (16) 3.1.2 ADC0809 介绍 (19) 3.1.2 TEC6122 简述 (21) 3.2设计方案及数字万用表的硬件设计 (24) 3.2.1 设计方案 (24) 3.2.2 数字万用表的硬件设计 (26) 3.2.2.1 分模块详述系统各部分的实现方法 (26) 3.2.2.2 数字万用表控制硬件整体结构图 (32) 3.2.2.1电路的工作过程描述 (32) 4. 系统软件与流程图 (33) 4.1 电路功能模块 (33) 4.2系统总流程图 (33) 4.3物理量采集处理流程 (35) 4.4电压测量过程流程图 (36) 4.5电流的测量过程流程图 (37) 4.6电阻的测量过程流程图 (38) 4.7电容测量过程流程图 (39) 结论 (40) 致谢 ................................................ 错误！未定义书签。参考文献 .............................................. 错误！未定义书签。附录 .................................................. 错误！未定义书签。
基于单片机的数字万用表 摘要：本次设计用单片机芯片STC89c52设计一个数字万用表，能够测量交、直流电压值、直流电流、直流电阻以及电容，四位数码显示。此系统由分流电阻、分压电阻、基准电阻、电容测试芯片电路、51单片机最小系统、显示部分、报警部分、AD转换和控制部分组成。为使系统更加稳定，使系统整体精度得以保障，本电路使用了ICL7135AD 转换数据转换芯片，单片机系统设计采用STC89c52单片机作为主控芯片，配以RC上电复位电路和11.0592MHZ震荡电路，显示芯片用TEC6122，驱动8位数码管显示。程序每执行周期耗时缩到最短，这样保证了系统的实时性。 关键词：数字万用表，STC89c52单片机，AD转换与控制 Abstract：The design used to design a single chip STC89c52 digital multimeter to measure AC and DC voltage, DC current, DC resistance and capacitance, four digital display. This system consists of shunt resistors, voltage divider, reference resistors, capacitors, circuit test chip, the smallest single-chip system 51, display parts, alarm some, AD converter and control components. To make the system more stable, allowing the system to ensure the overall accuracy of the circuit used ICL7135AD conversion data conversion chip, single-chip microcontroller system design using STC89c52 as a master chip, together with the RC power-on reset circuit and 11.0592MHZ oscillator circuit, shown with the chip TEC6122, driver 8-bit digital tube display. Each execution cycle time-consuming process reduced to a minimum, thus ensuring that the system in real time. Keyword: digital multimeter, STC89c52 microcontroller, AD converter and control
基于单片机的数字电能表设计1系统总体设计方案 数字化电能表机是由多个硬件模块组成的，它们各自具有各自的功能，在电 能表机的硬件体系中起到了重要的作用。利用MCU将模块与模块之间统一地联系 在一起，最终构成了一个具有强大功能的智能电表系统，整体设计框图具体如下：硬件模块的详细信息： 1.MCU：用于数据处理，运算，显示，通讯等的中央处理单元。 2.时钟：为电能计在不同的时间段和不同的速率下，给出准确的时间信息， 以进行电能计量。 3.在显示方面，利用液晶显示器对累积的电量或其他信息进行显示。 4.内存：当 MCU中的 RAM断电时，会失去即时的资料，所以在外部插入一 块内存，用以储存在各个时间点上的电能。 5.供电：利用电力转换对主网络中220伏 AC进行降压和整流，使其成为5 伏 DC。在停电时，也有专门的后备电池提供电力，以保证电量计的正常工作。 6.A/D变换：其基本功能是将所述模拟电气数据变换为能够被所述 MCU读出 和工作的所述数字电气数据。将 AC高电平信号变换为可由 MCU处理的低压电平 信号的电流、电压取样模块。 2 系统硬件设计 2.1 AT89C51单片机系统 AT89C51单片机已从最初的 MCU控制器发展成为具有强大外部扩展功能的产品，其内部的4 K字节 FLASH存储器可以进行在线的电擦除、电写入以及利用编 程器对其进行重复编程[5]。
除此之外，AT89C51系列的单片机还可以实现动态下载程序代码，还可以进 行反复编程，因此受到了开发商和消费者的青睐。 2.2 ADC0832芯片 ADC0832是一个8比特分辨率的双通道 A/D变换器，它采用了ADC0832芯片。它小巧、兼容度高、价格比高。 ADC0832单片机的分辨率达到了256个量级，能够实现普通的模拟信号的变换。本发明所提供之模拟输出电压范围为0至5V，刚好满足电能表所需之供电需求。该芯片的变换过程只有32微秒，变换速率高，稳定性好。采用了单独的晶 片支持输入方式，使得多设备的挂起及微机的控制更为便捷[7]。利用DI的数据 输入，可以很容易地进行信道函数的选取。 2.3 电源模块 本文所研究的电度表适用于家庭用电，其价格的控制是电度表走向市场的重 要环节。为了节省投资，可以直接使用定压的输出线路。由于电量计是一个连续 工作的测量设备，所以本文的重点就放在了供电线路上。功率回路主要是为每一 个组件提供电力，以确保整体电能表计的工作。 所需的硬件组件包括： (1)一种+5 V的 DC供电，用于ADC0832芯片。 (2)一种+5 V的 DC供电，供诸如 MCU之类的数据处理装置电路使用。 在没有电力供应的情况下，它是一种用于提供实时钟表的备用电源，它是一 种由3.6 V锂电池构成的备用电池。 所有的功率转换电路都使用的是交流变压器的直接降压整流，然后通过线性 稳压，最终得到+5 V的 DC电压[8]。 2.4电流电压采样模块
51单片机的数字电压表设计 随着科技的快速发展，单片机在许多领域得到了广泛应用。51单片机作为一种常见的单片机，具有功能强大、易于编程等优点，因此在数字电压表设计中具有独特优势。本文将介绍如何利用51单片机设计数字电压表。 数字电压表的电源电路通常采用直流电源，可以通过变压器将交流电转换为直流电，再经过滤波和稳压电路，将电压稳定在单片机所需的电压范围内。 数字电压表的信号采集电路可以采用电阻分压的方式，将待测电压分压后送入单片机进行测量。为了提高测量精度，可以采用差分放大器对信号进行放大和差分输出。 51单片机内置ADC模块，可以将模拟信号转换为数字信号。在数字电压表中，可以使用ADC模块对放大后的模拟信号进行转换，得到数字信号后进行处理和显示。 数字电压表的显示电路可以采用液晶显示屏或LED数码管，将测量结果以数字形式显示出来。液晶显示屏具有显示清晰、亮度高、视角广等优点，但价格较高；LED数码管价格便宜、亮度高、寿命长，但显
示内容有限。 数字电压表的主程序主要完成电压的采集、A/D转换和显示等功能。主程序首先进行系统初始化，包括设置ADC模块参数、初始化显示等；然后不断循环采集电压信号，将采集到的模拟信号转换为数字信号后进行处理和显示。 51单片机的ADC模块可以通过特殊功能寄存器进行配置和控制。在数字电压表的软件设计中，需要编写ADC模块驱动程序，以控制ADC 模块完成模拟信号到数字信号的转换。具体实现可以参考51单片机的ADC模块寄存器定义和操作指南。 数字电压表的显示程序需要根据显示硬件选择合适的显示库或驱动 程序。在编写显示程序时，需要将采集到的数字信号转换为合适的数值，并将其显示在显示屏上。具体实现可以参考所选显示库或驱动程序的文档说明。 精度问题：数字电压表的精度直接影响到测量结果的质量。为了提高测量精度，可以采用高精度的ADC模块和合适的信号处理技术。同时，需要注意信号采集电路中电阻的精度和稳定性。 抗干扰问题：在实际应用中，往往存在各种干扰因素，如电源波动、
一、毕业设计（论文）的内容(400字以上) 内容：对于电力参数进行高精度、多参数的测量，是充分了解电网的运行状况，寻找并解决电力系统中出现问题的重要途径。因此对于电力参数的测量，尤其是高精度、多参数、低价格、便携稳定的实时测量就显得尤为重要，也一直是人们研究的一个重要的方向。本课题要求利用单片机或DSP设计一个多功能电力参数测试仪。以微处理器和微控制芯片（如单片机）为核心的可以存储大量的测量信息并且具有对测量结果进行实时分析、综合和做出各种判断能力的仪器。一般具有自动测量功能、强大的数据处理能力，进行自动调零和单位换算功能，能进行简单的故障提示，具有操作面板和显示器和报警功能。数字电表是取火线的电流信号，通过数字电路转换成可计量数据。其中没有可运动的组件。智能数字电表的研究主要为了实现供需双方的实时通信，供方可以根据需求负荷调节电价，需方可以根据电价调节用电量。最终达到削峰填谷，节约用电的效果。 二、毕业设计（论文）的要求与数据 要求：对于电力参数进行高精度、多参数的测量，是充分了解电网的运行状况，寻找并解决电力系统中出现问题的重要途径。因此对于电力参数的测量，尤其是高精度、多参数、低价格、便携稳定的实时测量就显得尤为重要，也一直是人们研究的一个重要的方向。本课题要求利用单片机或DSP设计一个多功能电力参数测试仪。 三、毕业设计（论文）应完成的工作 指定整个毕业设计学生应该完成的所有工作包括： 1、撰写两万字以上的毕业设计说明书（兼附15篇以上的参考文献）；在毕业设 计说明书中应包括300～500个单词的英文摘要及关键词； 2、完成与课题相关英文资料的翻译（约四万英文字符，附英文全文）； 3、完成粮库粮情测控系统开发的研究和实现方案； 4、设计出系统的硬件和完成相应软件程序设计，给出必需的硬件实现原理图； 5、根据课题任务与要求，完成可供掩饰的功能样机。 5、软件清单及注释。
1.1设计要求 完成一台数字电流表采用ATmega16作为主控芯片，并用数码管显示结果 电流表量程为0A~1A 测量结果用四位数字显示，如0123 测量结果超限（大于等于1A）时，数码管显示EEEE 1.2 课程设计目的 （1）通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握。 （2）掌握了通用I/O口输出结构的设置和数码管显示器的应用。 （3）通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使自身了解开发单片机应用系统的全过程，强化巩固所学知识，为以后的学习和工作打下基础。 (4)进一步熟悉和掌握单片机的结构和工作原理。 （5）锻炼团队分工合作与协调能力。 （6）通过这次课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术。 （7）通过实际程序的设计和调试，逐步掌握模块化程序设计的方法和调试技术。 2.1系统硬件框图
2.2电流表工作原理 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。所以要想得到一个量程较大的电流表需要将一个理想电压表改装而成。用一个内阻无穷大的电压表并联分流电阻，待测电流流过电阻R，R和U即为已知，则根据欧姆定律U=I R，I 就是电流表测得的电流值，电压值通过AD转换器将模拟电压信号转换为数字电压信号，传送到ATmega16中，单片机输出到LED 数码管显示读数。 2.3LED动态显示器接口及显示方式 单片机中通常使用7段LED构成字型“8”，另外，还有一个小数点发光二极管，以显示数字、符号及小数点。这种显示器有共阴极和共阳极两种，如图。发光二极管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起称为共阴极显示器。一位显示器由8个发光二极管组成，其中， 7个发光二极管构成字型8的各个笔画，
基于单片机的数字电能表设计 数字电能表是一种电能计量仪表，具有计量电能、显示电能、统计电能等功能。基于单片机的数字电能表设计，可以更加准确地计量电能，提高计量精度和稳定性。本文将介绍数字电能表的设计和实现过程。 1.电路设计 数字电能表的电路设计包括电源电路、采集电路和显示电路三个部分。 （1）电源电路 数字电能表电源电路采用稳压电源，保证电路稳定工作。常见的稳压电源有三种：线性稳压电源、开关稳压电源和Zener稳压电源。其中，线性稳压电源工作稳定、噪音小，但效率低，热耗能大；开关稳压电源效率高，但噪音较大；Zener稳压电源适用于小功率电路，但稳定性不强。根据实际需求选择合适的电源电路。 （2）采集电路 数字电能表采用电流互感器和电压变压器对电能进行采集。电流互感器用于采集电路中的电流信号，电压变压器用于采集电路中的电压信号。采集电路的主要功能是将电流、电压信号转换为数字信号，用于计算电能。ADC芯片是常用的数字转换芯片，能够将模拟信号转换为数字信号，提高电路精度和稳定性。 （3）显示电路 数字电能表的显示电路主要分为数码管显示和液晶显示两种。数
码管显示直观明了，但功耗大、寿命短；液晶显示功耗低、寿命长，但显示效果不如数码管。根据实际需求选择合适的显示方式。 2.软件设计 数字电能表的软件设计主要包括计算电能、显示电能和数据存储三个部分。 （1）计算电能 数字电能表的电能计算公式为：电能=电压×电流×时间。通过 采集电路将电流、电压信号转换为数字信号，可以通过单片机进行计算。计算过程中需要注意电流、电压信号的精度和稳定性，采用滤波算法可有效减少噪声干扰，提高计算精度。 （2）显示电能 数字电能表的电能显示是通过数码管或液晶显示电路实现的。在显示过程中，需要将计算好的电能数据转换为数码管或液晶显示信号，以便用户查看。在显示过程中，需要注意显示的清晰度和稳定性，合理设置显示间隔时间和亮度调节，以便于用户观察。 （3）数据存储 数字电能表可以通过存储芯片将计量数据存储起来，以便于用户查询。存储芯片一般采用EEPROM或FLASH存储器，具有可擦写性和 无需电源维持数据的特点。在存储数据过程中，需要注意数据的存储精度和存储容量，以满足用户的需求。 3.实现过程 数字电能表的实现过程包括电路设计、软件设计和组装调试三个
基于单片机的数字电能表设计 数字电能表是测量电能并传递数据的电气装置。它们通常采用单片机芯片来实现计算，并将其存储在内存中。本文将介绍单片机数字电能表的设计方案。 1. 系统结构设计 数字电能表的系统结构包括传感器、信号处理电路、单片机芯片、数字显示部分和通讯接口。传感器用于测量电压、电流等信号并将其转换为电信号。信号处理电路将采集到的模拟信号转换为数字信号并进行滤波和放大处理。单片机芯片负责处理信号并实现计算，测量功率、电能、电量等。数字显示部分将计算结果以数字形式展示出来。通讯接口用于与计算机、集中抄表系统等外部设备进行数据通讯。 2. 系统功能设计 数字电能表的主要功能包括：测量电量、功率、电流、电压等参数；统计电量、功率等负荷分布；完成智能电网的控制和管理；提供数据采集和远程通讯功能等。 3. 硬件设计 3.1 传感器设计 传感器主要包括电压、电流互感器以及电能表表芯等，其中电压互感器和电流互感器将采集到的电信号转换为电压信号和电流信号，电能表表芯则用于计量电能。应选择准确可靠的传感器，以保证数字电能表的精度和稳定性。 3.2 信号处理电路设计 信号处理电路主要完成信号转换、滤波和放大作用。转换模拟信号为数字信号是数字电能表工作的前置条件。采用滤波技术可有效降噪，提高系统稳定性。应选择具有较高增益、较低噪声、抗干扰能力强的运放等器件。 3.3 单片机设计 单片机芯片是数字电能表的核心部分。MCU通常采用单片机，具
有高精度、运算速度快、易于编程、易于扩展等优势。应根据用户需求选择不同类型的MCU，如8位单片机、16位单片机等。 3.4 数字显示部分设计 数字显示部分是数字电能表中的另一个重要组成部分。可通过数码管、液晶显示屏、LED显示等形式直观地显示电能、功率、电压等参数。应选择可靠、耐用、能够满足用户需求的显示器件。 3.5 通讯接口设计 通信接口可采用RS485通讯、光纤通讯、以太网通讯等形式。RS485通讯是数字电能表中应用最广泛的通信方式，稳定性好、通讯距离远。应根据实际使用需求进行相应的选择。 4. 软件设计 数字电能表应具有自动校准、自动检测故障、数据存储、实时数据采集和传输等基本功能。针对具体需求，还可增加夜间抄表、复杂负荷计算、远程通讯等功能。用C语言或汇编语言编写软件，具有开发效率高、代码优化好、控制精度高等优势。 综上所述，基于单片机的数字电能表设计，需要根据用户需求选择合适的硬件配置和软件开发，以便实现系统结构清晰、功能完备、技术可靠和功能先进的电能表。
目录 一设计总体方案 (1) 1.1 设计要求 (1) 1.2 设计思路 (1) 1.3 设计方案 (1) 二硬件电路元件分析与设计 (2) 2.1 单片机系统 (2) 2.1.1 AT89C51性能 (2) 2.1.2 AT89C51各引脚功能 (2) 2.2 A/D转换模块 (3) 2.2.1 ADC0808主要特性 (3) 2.2.2 ADC0808工作流程 (4) 2.3 LED显示系统设计 (5) 2.3.1 LED显示器的选择 (5) 2.3.2 LED译码方式 (5) 2.4 双D正沿触发器 (6) 2.5 总体电路设计 (6) 三程序设计 (9) 3.1 程序设计总方案 (9) 3.2 系统子程序设计 (9) 3.2.1 初始化程序 (9) 3.2.2 A/D转换子程序 (9) 3.2.3 显示子程序 (10) 四仿真调试 (12) 4.1 软件调试 (12) 4.2 显示结果及误差分析 (12) 4.2.1 显示结果 (12) 4.2.2 误差分析 (13) 结束 (15) 参考文献 (16) 附录 (17)
一设计总体方案 1.1 设计要求 ⑴以AT89C51单片机为核心器件，组成一个简单的直流数字电压表。 ⑵能够测量0-5V之间的直流电压值。 ⑶电压显示用4位一体的LED数码管显示，尽量使用较少的元器件。 1.2 设计思路 ⑴根据设计要求，选择AT89C51单片机为核心控制器件。 ⑵A/D转换采用ADC0808实现,与单片机接口为P0口和P3口的高四位引脚。 ⑶电压显示采用4位一体的LED数码管。 ⑷LED数码的段码输入,由并行端口P1产生：位码输入，用并行端口P2高四位产生。 1.3 设计方案 硬件电路设计由5个部分组成; A/D转换电路，AT89C51单片机系统，LED 显示系统、时钟电路、测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图1-1 图1-1 数字电压表系统硬件设计框图
存档编号 华北水利水电大学North China University of Water Resources and Electric Power 毕业设计 题目基于单片机的数字电压表设计 学院信息工程学院 专业通信工程 姓名 学号 200912303 指导教师 完成时间 2013年5月20日 教务处制
目录 摘要.................................................................................................................... I Abstract ................................................................................................................. II 绪论...................................................................................................................... I II 一设计背景................................................................................................ I II 二设计意义................................................................................................. V 第一章数字电压表. (1) 1.1 数字电压表的优点 (1) 1.2 数字电压表发展趋势 (1) 1.3 设计平台 (2) 1.3.1 KEIL C51开发平台 (2) 1.3.2 Proteus 7 Professional设计软件 (2) 第二章总体设计方案 (4) 2.1数字电压设计的两种方案 (4) 2.1.1 由数字电路及芯片构建 (4) 2.1.2 由单片机系统及A/D 转换芯片构建 (4) 2.2 设计要求 (5) 2.3 技术要求 (5) 2.4 设计方案 (5) 第三章硬件简介 (7) 3.1 本设计单片机的选择 (7) 3.1.1常用单片机的特点比较 (7) 3.1.2 单片机的选择 (7) 3.1.3 STC89C52单片机介绍 (8) 3.2 本设计显示器件选择 (13) 3.2.1 常用显示器件简介 (13) 3.2.2 显示器件的选择 (14) 3.2.3 1602字符型LCD简介 (14)
电流表设计 一、设计任务 完成一台电流表（外壳采用成品可设计补充模块，采用数码管显示） 主要技术指标：供电电压：220V（+_10%） 测量范围：0—30MA 测量精度：0.5% 仪表功率：3W 仪表灵敏度：0.1MA 二、设计方案 摘要 本设计采用了以单片机为开发平台，控制系采用AT89C52单片机，A/D转换采用PCF8951。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便进行8路其它A/D转换量的测量、远程测量结果传送等扩展功能。简易数字电压测量电路由A/D转换、数据处理、显示控制等组成。分频器是由两块74S74芯片组成的二分频电路。 关键词：单片机；AT89C52；A/D转换；远程；电压表；数据处理 方案一：将被测信号经LM331（F/V）频率电压转换器,将电压信号转化为频率信号然后通过STC89C52RC单片机编程计数，然后由数码管显示所测量的电压。 方案二：将被测信号经高阻输入LM324射极跟随器，电压信号再通过PCF8591A/D转换器信号传输到单片机上计数，在数码管上显示。 上述两种方案中，本设计采用方案二。相对应于方案一而言，方案二对远程电压表的电压测量精确度高。被测信号经高阻输入LM324射极跟随器，使电压信号不会在传输过程中损耗。PCF8591A/D转换器上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。I2C总线系统具有很大的灵活性和独立的电气特性。
1.设计电路总体框图 该电路由六部分组成，其工作原理是利用A/D 将模拟信号转换成数字信号，数字信号在通过单片机，由单片机计算和校准后在通过数码管显示出来，由此制作出一个简易的直流电压表。 现场信号 STC89C52RC 射极跟随器LM324 AD （PCF8591） 人机接口 按键 显示LED 5V 电源 图1总体设计方框图 2、单向桥式整流电路设计 将交流信号转换成直流信号 图2 单向桥式整流电路
第一章设计任务及可行性分析 1.1总体构造 1.1.1数字电流表的组成 图2.2数字电流表的组成框图 数字直流电流表的核心是A/D转换器。按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89C51单片机，A/D转换采用ADC0809。系统除能确保实现要求的功能外，还可以方便地进展8路其他A/D转换量的测量和远程测量结果传送等扩展功能。数字电流表系统设计方案框图如图 2.3所示。 - . word资料.
图2.3数字电流表系统设计方案框图 1.2所需元器件清单 表3.1所需元器件材料表
第二章到达的技术指标 1、可以测量0-5V的8路输入电压值； 2、测量结果可在四位LED数码管上轮流显示后单路选择显示； 3、测量最小分辨率为0.019A； 4、测量误差约为+0.0AV； 第三章数字式电流表的硬件设计 3.1主要元器件的介绍 3.1.1单片机AT89S51 AT89S51是美国ATMEL公司生产的低功耗、高性能CMOS 8位单片机。图4.2和4.3分别为其实物图和内部总体构造图。 AT89S51的引脚 AT89S51芯片为40引脚双列直插式封装，其引脚排列如图4.2所示。 - . word资料.
图4.2 AT89S51的引脚图 (1)VCC：电源电压； (2)GND：接地； (3)P0口：P0口是一组8位漏极开路双向I/O口，每位引脚可驱动8个TTL 逻辑门路。 (4)P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。有第二功能，如表4.1所示。 表4.1 P1口的第二功能 端口引脚第二功能 P1.5 MOSI(用于ISP编程) P1.6 MISO(用于ISP编程) P1.7 SCK(用于ISP编程) (5)P2口：P2口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O P2口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。。 (6)P3口：P3口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P3口的输出缓冲器可驱动4个TTL逻辑门电路。P3口除了一般I/O线的功能外，还具有更为重要
摘要 传统电流测量一般采用电流表和万用表, 数字电流测量实用日益广。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。 关键字：单片机，数字电流表，A/D
Abstract The traditional current measurement generally use the ammeter and multimeter, but with the development of embedded technology and sensor technology, digital current measurement utility is increasingly widespread. This paper describes the design of the DC and digital current measurement system, the system including the minimum system module of the microcontroller, the current acquisition modules, AD converter module, display module, the power management module. Through the input circuit AC and DC analog signal is sent to the ADC0809 into digital signals and then sent to the AT89C52 microcontroller, the LCD1602 display the measured value through the P0 port; AC signal through the one-way bridge rectifier circuit of the AC signal into a DC signal by the ADC0808 converter. The paper also elaborates the corresponding system software design and system hardware. This system has been tested and runs well, has some practical value and promotional value. Keywords:single-chip ,digital ammeter, A / D, rectifier circui
基于单片机的电流电压测量系统设计 目录 1 前言 (2) 1.1 电子测量概述 (2) 1.2 数字电压表的特点 (2) 1.3 单片机的概述 (3) 2 系统方案的选择与论证 (4) 2.1 功能要求 (4) 2.2 系统的总体方案规划 (4) 2.3 各模块方案选择与论证 (5) 2.3.1 控制模块 (5) 2.3.2 量程自动转换模块 (5) 2.3.3 A/D转换模块 (5) 2.3.4 显示模块 (6) 2.3.5 通信模块 (6) 3 系统的硬件电路设计与实现 (7) 3.1 系统的硬件组成部分 (7) 3.2 主要单元电路设计 (7) 3.2.1 中央控制模块 (7) 3.2.2 量程自动转换模块 (8) 3.2.3 A/D模数转换模块 (13) 3.2.4 显示模块 (14) 3.2.5 通信模块 (15) 3.2.6 电源部分 (16) 4 系统的软件设计 (16) 4.1 软件的总体设计原理 (16) 4.1.1 A/D转换程序设计 (17) 4.1.2 数字滤波程序设计 (18) 4.1.3 量程自动转换的程序设计 (20) 5 系统调试及性能分析 (22) 5.1 调试与测试 (22) 5.2 性能分析 (22) 6 结束语 (23) 6.1 设计总结 (23) 6.2 设计的心得 (23) 7 致谢词 (24) 附录 (25) 附录1 参考文献 (25)
附录2 系统总电路图 (26) 附录3 源程序 (27) 1 前言 1.1 电子测量概述 从广义上讲，但凡利用电子技术来进行的测量都可以说是电子测量；从狭义上来说，电子测量是在电子学中测量有关电量的量值。与其他一些测量相比，电子测量具有以下几个明显的特点：①测量频率范围极宽，这就使它的应用范围很广；②量程很广；③测量准确度高；④测量速度快；⑤易于实现遥测和长期不间断的测量，显示方式又可以做到清晰，直观；⑥易于利用电脑，形成电子测量与计算技术的紧密结合。 随着科学技术和生产的发展，测量任务越来越复杂，工作量加大，测量速度测量准确度要求越来越高，这些都对测量仪器和测试系统提出了更高的要求。微机的出现为解决上述问题提供了条件。利用微机的记忆，存储，数学运算，逻辑判断和命令识别等能力，发展了微机化和自动测试系统。近年来微机和大规模集成电路发展很快，价格大幅下降，同时在测试系统中还解决了通用接口母线标准化问题，使微机化仪器和自动测试系统得到了很大发展，正改变着电子测量的面貌。 1.2 数字电压表的特点 1.读数直观、准确 电压表的数字化，是将连续的模拟量(如直流电压)转换成不连续的离散的数字形式并加以显示。这有别于传统的以指针与刻度盘进行读数的方法，防止了读数的视差和视觉疲劳。 2.显示范围宽、分辫力高 指针表的分辫力，是由刻度盘的细度表达的，刻度盘在一定条件下无法分得很细，太细了视觉分辫也很困难，而数字显示的电压表，目前可以做到从2〔1/2〕到10〔1/2〕。 数字电压表的输入阻抗可高达(1~10000)M。输入阻抗越高，所吸收被测信号的电流就越小，所带来的附加误差极小，可以忽略。 4.集成度高、功耗小、抗干扰能力强 由于CMOS技术的发展，集成电路的功耗变得很小，即发热量很小，这样就可以在同一块芯片上集成更多的元件，形成大规模或超大规模集成电路。这给制造业带来了飞跃，不仅仪表小巧而功能齐全，其他如、袖珍电脑等也得以诞生。目前双积分或多重积