基于单片机的工频电压(电流)表的设计

基于单片机的数字电压表设计一、引言在电子测量领域中，电压表是一种常用的测量仪器，用于测量电路中的电压值。

传统的模拟电压表由于精度低、读数不便等缺点，逐渐被数字电压表所取代。

数字电压表具有精度高、读数直观、抗干扰能力强等优点，广泛应用于工业自动化、电子设备检测、实验室测量等领域。

本文将介绍一种基于单片机的数字电压表设计方案，详细阐述其硬件电路设计、软件编程实现以及系统性能测试。

二、系统总体设计方案（一）设计要求设计一款基于单片机的数字电压表，能够测量 0 5V 的直流电压，测量精度为 001V，具有实时显示测量结果的功能。

（二）系统组成本数字电压表系统主要由以下几个部分组成：1、传感器模块：用于将输入的电压信号转换为适合单片机处理的电信号。

2、单片机模块：作为系统的核心，负责对传感器采集到的数据进行处理和计算，并控制显示模块显示测量结果。

3、显示模块：用于实时显示测量的电压值。

三、硬件电路设计（一）传感器模块选用 ADC0809 作为模数转换芯片，它具有 8 个模拟输入通道，可以将 0 5V 的模拟电压转换为 8 位数字量输出。

（二）单片机模块选择 AT89C51 单片机作为控制核心，它具有 4K 字节的 Flash 程序存储器和 128 字节的随机存取数据存储器。

（三）显示模块采用液晶显示屏（LCD1602）作为显示器件，它能够清晰地显示数字和字符信息。

四、软件编程实现（一）编程语言选择使用 C 语言进行编程，C 语言具有语法简洁、可移植性强等优点。

（二）主程序流程主程序首先进行系统初始化，包括单片机端口初始化、LCD1602 初始化、ADC0809 初始化等。

然后启动 ADC0809 进行模数转换，读取转换结果并进行数据处理，计算出实际的电压值。

最后将电压值发送到 LCD1602 进行显示。

（三）模数转换子程序ADC0809 的转换过程通过控制其启动转换引脚（START）和读取转换结束引脚（EOC）来实现。

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 AT89S52AbstractIn 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 TLC549AT89S52目录第一章绪论 (1)§1.1 选题背景及意义 (1)§1.2 系统设计任务 (1)第二章系统总体设计 (2)§2.1 方案论证与比较 (2)2.1.1 电压、电流变换部分 (2)2.1.2 有效值测量部分 (2)§2.2 系统总体设计 (2)第三章硬件设计 (4)§3.1 传感器电路设计 (4)3.1.1 电压互感器 (4)3.1.2 电流互感器 (4)§3.2 真有效值转换电路设计 (5)3.2.1 电压、电流切换电路 (5)3.2.2 真有效值测量电路 (6)§3.3 信号调理电路设计 (7)§3.4 A/D转换电路设计 (7)§3.5 单片机及显示电路设计 (9)第四章软件设计 (10)§4.1 LCD1602液晶显示程序 (10)§4.2 A/D转换程序 (10)§4.3 主程序设计 (12)第五章系统调试及误差分析 (13)§5.1 系统调试及测试结果 (13)5.1.1 AD736测试结果 (13)5.1.2 OP07测试结果 (13)5.1.3 TLC549测试结果 (13)5.1.4 工频电压测量精度 (14)5.1.5 工频电流测量精度 (14)§5.2 误差分析 (14)§5.3 改进方法 (15)结束语 (16)致谢 (17)参考文献 (18)附录 (19)附录一完整电路图 (19)附录二程序清单 (20)第一章绪论§1.1 选题背景及意义在日常的生产、生活和科研中，工频电无处不在，所谓工频就是电力供电系统交流电的频率，我国国家规定工频为50赫兹，即周期为0.02秒，英、美等国规定的工频为60赫兹。

第二章总体方案设计2.1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。

2.2方案比较及方案选择方案一：选用内置AD转换器的单片机如MSP430系列作为核心处理器，实现本设计的需求，此方案的好处在于，所需芯片、外围电路较少，但对程序要求比较高。

方案二： 方案二是选用ADC0809为转换芯片和单片机组成的系统，ADC0809是采样频率为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，它的输出为并行输出。

且功耗低，工作温度范围广转换时间较快为100us ，具有转换起停控制端。

2.3方案选择通过比较两种方案，采用方案二ADC0809转换芯片来完成本次设计，他功耗低，模拟输入电压范围0～＋5V ，不需零点和满刻度校准，换时间快，具有转换起停控制端，且并行输出单片机引脚也够，所以本次设计采用方案二。

2.4 功能要求1、数字电流表在平常工作环境中能良好工作2、能测0——20mA电流，至少能达0.1%的精度3、要求掌握I/V信号转换，A/D转换器的使用和数据采集系统的设计4、电流表能数字显示，且由单片机处理采集数据并驱动LED显示2.5计思路1、根据设计要求，选择STC89C52单片机作为核心控制器件。

2、A/D 转换采用ADC0809。

单片机课程设计--单相工频交流电压、电流计设计单片机课程设计题目：单相工频交流电压、电流计设计姓名：赵然院（系）：信息学院专业：自动化指导教师：潘峰职称：评阅人：职称：东华大学信息科学与技术学院自动化系2012年6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AT89C51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，AD转换模块、波形整形模块、显示模块等构成。

系统采用电压、电流分压分流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AD1674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六位LED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 AD1674 AT89C51第一章绪论§1.1 系统设计任务设计基于MCS-51的单相工频交流电参数检测仪。

交流有效值0-220V，电流有效值0-40A。

电压、电流值经电压、电流传感器输出有效值为0-5V的交流信号，传感器输出的电压、电流信号与被测电压、电流同相位。

基本要求如下（1）电流、电压测量精度0.1%(2) 检测电压、电流的相位角，求出功率因素（3）电流、电压有效值由LED轮流显示，也可由按键切换显示量(4) 有效值、功率因素可以发送至远程主机。

设计以AT89C51为核心的控制电路，并编写相关的系统软件（汇编、C51程序均可）§1.2设计思路本例旨在设计一个工频交流电流、电压计。

系统利用分压、电流转换原理将工频电压/电流转换为弱电压。

进行有效值转换，进而得到稳定的直流信号。

基于单片机的电流电压测量毕业设计基于单片机的电流电压测量系统设计摘要：本次设计所提供的是基于单片机的电压电流测量系统软硬件的设计。

电学参量测量技术设计范围广，能应用的领域也十分广泛。

随着电子技术的发展，在数字化、智能化、科技化为主的今天,数字电压、电流表以成为电压、电流表设计的主要方向，并且有非常重要的地位。

关键词：单片机，应用领域，设计Abstract: The design is provided by SCM-based voltage and current measurement system hardware and software design. Electrical parameter measurement techniques designed a wide range of application areas can be very extensive. With the development of electronic technology, in digital, intelligent, technology-based today, the digital voltage meter to a voltage, current meter design of the main direction, and there is a very important position.Keywords:MicroController Unit, Applications, Devise目录1 前言 (5)1.1 电子测量概述 (5)1.2 数字电压表的特点 (5)1.3 单片机的概述 (6)2 系统方案的选择与论证 (7)2.1 功能要求 (7)2.2 系统的总体方案规划 (7)2.3 各模块方案选择与论证 (7)2.3.1 控制模块 (7)2.3.2 量程自动转换模块 (8)2.3.3 A/D转换模块 (8)2.3.4 显示模块 (9)2.3.5 通信模块 (9)3 系统的硬件电路设计与实现 (10)3.1 系统的硬件组成部分 (10)3.2 主要单元电路设计 (10)3.2.1 中央控制模块 (10)3.2.2 量程自动转换模块 (11)3.2.3 A/D模数转换模块 (15)3.2.4 显示模块 (17)3.2.5 通信模块 (17)3.2.6 电源部分 (18)4 系统的软件设计 (19)4.1 软件的总体设计原理 (19)4.1.1 A/D转换程序设计 (20)4.1.2 数字滤波程序设计 (20)4.1.3 量程自动转换的程序设计 (22)5 系统调试及性能分析 (24)5.1 调试与测试 (24)5.2 性能分析 (24)6 结束语 (25)6.1 设计总结 (25)6.2 设计的心得 (25)7 致谢词 (26)附录 (27)附录1 参考文献 (27)附录2 系统总电路图 (28)附录3 源程序 (29)1 前言1.1 电子测量概述从广义上讲，凡是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。

目录1. 设计背景 02. 系统总体方案设计 03. 系统硬件电路的设计 (1)3.1 系统控制器的设计 (1)3.2 电压数据采集模块 (3)3.3 LCD1602显示电路 (4)3.4 按键设置模块 (5)3.5 报警电路模块 (6)3.6 上位机通信模块 (6)3.7 温度采集模块 (7)4. 软件电路设计 (7)4.2 量程自动切换子程序流程图 (8)4.3 A/D转换子程序流程图 (9)4.4 温度测量子程序流程图 (10)心得体会 (11)参考文献 (12)附录 (13)基于单片机的电压表设计1. 设计背景随着科学技术的发展，人们对宏观和微观世界逐步了解，越来越多的微弱信号需要被检测，例如：弱磁、弱光、微震动、小位移、心电、脑电等。

测控技术发展到现在，微弱信号检测技术已经相对成熟，基本上采用以下两种方法来实现：一种是先将信号放大滤波，再用低或中分辨率的ADC进行采样，转化为数字信号后，再做信号处理，另一种是使用高分辨率ADC，对微弱信号直接采样，再进行数字信号处理。

两种方法各有千秋，也都有自己的缺点。

前一种方法，ADC要求不高，特别是现在大部分微处理器都集成有低或中分辨率的ADC，大大节省了开支，但是增加了繁琐的模拟电路。

后一种方法省去了模拟电路，但是对ADC性能要求高，虽然∑-△ADC发展很快，已经可以做到24位分辨率，价格也相对低廉，但是它是用速度和芯片面积换取的高精度，导致采样率做不高，特别是用于多通道采样时，由于建立时间长，采样率还会显著降低，因此，它一般用于低频信号的单通道测量，满足大多数的应用场合。

在对采样精度要求不断提升的情况下，科技工作者也在其他方面对智能仪表的发展提出了新的要求，如：良好的人机界面、数据存储和通讯、阈值报警和较低的功耗等，同时还要求仪表具有较高的性价比。

本文主要设计的是基于单片机的量程自动选择的电压表的设计。

用来精确地采集不同等级的电压表。

数字电压表是采用数字化测量技术，把连续的量输入电压转换成不连续离散的数字化形式并加以显示的仪表作为现代电子测量中最基础与核心的一种测量仪器，对其测量精度和功能要求也越来越高，由于电压测量范围广特别是在微电压高电压及待测信号强弱相差极大情况下，既要保证弱信号测量精度又要兼顾强信号的测量范围，传统的手动转换量程的电压表在测量技术上有一定难度同时若量程选择不当不但会造成测量精度下降甚至损坏仪表。

基于单片机的数字电流表的设计湖南文理学院课程设计报告课程名称：专业综合课程设计专业班级：自动化12101班学号38号学生姓名：指导教师完成时间：2015年06 月05日报告成绩：评阅意见：评阅教师日期基于单片机的电容电流监测装置设计一、设计要求采用MCS-51系列单片机设计一个可以监测量直流和交流的电流的装置，它采用基本量程时电流为2安，此时就是满量程。

量程的改变取决于负反馈电路的电容，题目为基于单片机的电容电流监测装置设计。

用2行16个字的LCD1602显示测量结果。

二、设计意义目前，随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适用范围也逐渐广泛起来，在应用中我们常常要测定电流的大小。

在电子产品的生产和维修中，电流测量这一环节至关重要，一个好的电子产品应具备一定规格年限的使用寿命。

因此在生产这一环节中，对其产品的检测至关重要，而检测电子产品是否符合出产要求的关键在于检测其内部核心的电路，电路的好坏决定了电子产品的好与坏，而电容在基本的电子产品的集成电路部分有着其不可替代的作用。

同样，在维修人员在对电子产品的维修中，电路的检测是最基本的，有时需要检测电路中各个部件是否工作正常，电流器是否工作正常。

因此，设计可靠，安全，便捷的电流测试仪具有极大的现实必要性。

三、系统总体方案本设计选择基于AT89C51单片机和ICL7135芯片构成的多谐振荡电路的电流测量方法。

这种电容测量方法主要是通过一块ICL7135芯片来测量电流，让ICL7135芯片工作在直接反馈无稳态的状态下单片机及其扩展的外部电路先做成一个理想电压表[3]，用G表示。

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c1或c2，因而本电流表的两个量程就取决于G的满量程电压和C1、C2的阻值，记G的满量程电压为Ug，根据Q=CU，若Ug 和C已知则Ig就是电流表的满量程电流。

基于单片机的直流电压电流检测的设计一设计要求用单片机做一个电压，电流检测装置。

（1）电压的范围：DC10-36V，要求精度1%以内。

（2）电流DC 0.1-3A，要求精度1%以内。

（3）用液晶显示电压，电流值（4）通过按键可切换电压，电流显示。

（5）每组做一个实物，实物要求用通用板焊接完成，单片机自选。

二设计简介：利用单片机系统与模数转换芯片、显示模块,按键选择等的结合构建直流电压电流表。

由于单片机的发展已经成熟，利用单片机系统的软硬件结合，可以组装出许多的应用电路来。

此方案的原理是模数（A/D）转换芯片的基准电压端，被测量电压输入端分别输入基准电压和被测电压。

模数（A/D）转换芯片通过按键选择模块将被测量电压或电流输入端所采集到的模拟电压或电流信号转换成相应的数字信号，然后通过对单片机系统进行软件编程，使单片机系统能按规定的时序来采集这些数字信号，通过一定的算法计算出被测量电压或电流的值。

最后单片机系统将计算好了的被测电压电流值按一定的时序送入显示电路模块加以显示。

三．单片机简介及本设计单片机的选择在这一设计中，我们涉及到了一个关键系统模块——单片机系统模块，而目前单片机的种类是很繁多的，主要有主流的8位单片机和高性能的32位单片机，结合本设计各方面因素，8位单片机对于本设计已经是绰绰有余了，但将用哪一种类8的单片机呢。

单片机是指一个集成在一块芯片上的完整计算机系统，具有一个完整计算机所需要的大部分部件：CPU，内存，总线系统等。

而目前常用的单片机的8位有51系列单片机，AVR单片机，PIC单片机。

应用最广的8位单片机还是intel的51系列单片机。

51系列单片机的特点是：硬件结构合理，指令系统规范，加之生产历史悠久，世界有许多芯片公司都买了51的芯片核心专利技术，并在其基础上扩充其性能，使得芯片的运行速度变得更快，性价比更高。

AVR单片机是atmel公司推出较新的单片机，它的显著特点是：高性能，低功能，高速度，指令单周期为主，但性格方面比51单片机要高。

本科生毕业论文（设计）题目：基于单片机的数字电流表的设计学院电子信息工程学院学科门类工学专业电子信息工程学号指导教师2015年05月30日摘要随着时代的进步，电子科学技术的日益更新，传统电工电子测量仪器——模拟测量仪表即使可以直观地从刻度盘读出表针偏转了多少格或占了满刻度的百分之几等，也满足不了对测量数据的精确要求，那么就需要更高、更准精度的仪器来替代。

同时传统的模拟测量仪表在计算时需要对读数加以换算和说明，而且不同的观察者会带来不同的人为“视差”，即使同一个观察者处于不同的位置也可能会得到不同的结果和偏差。

然而，数字电流表就能够克服这些问题，它的测量结果直接以数字的形式在显示屏上显示出来。

数字电流表不仅具有读数准确，设计简单，随身携带的优点,而且操作方法简单，人们使用起来也非常方便，这些优点使数字电流表在近年来的电工电子的测量中应用更加广泛。

本文基于AT89C51单片机，论述数字电流表的工作原理及设计过程。

利用Protel软件设计、Keil C软件和Proteus仿真软件，根据所给数字电流表的技术指标和要求，确定电流表所需的元器件和最佳设计方案，这种方法简单易行，最终得到比较理想，符合设计要求的数字电流表。

关键词：C51单片机；A/D转换器；数字电流表AbstractWith the progress of time, increasingly updating electronic science and technology, traditional electric and electronic measuring instruments - analogue measurement instruments, even intuitively read from the dial hands deflected the number of cells or accounted for a few percent of full scale, also can not meet the exact requirements of the measured data, then you need higher precision and more accurate instrument instead. While traditional analog measuring instruments need to be converted in the calculation and description of the readings, and different observers will bring a different man, "parallax", even if the same observer in different locations may get different results and error . However, the digital meter will be able to overcome these problems, its measurement results in digital form directly on the screen out. Digital ammeter reading is not only accurate, simple design, the advantages of portable, and simple method of operation, it is also very easy to use, these advantages make digital ammeter in electric and electronic measuring more widely in recent years.Based on AT89C51 microcontroller, digital ammeter discussed the working principle and design process. Use Protel software design, Keil C software and Proteus simulation software, depending on the digital ammeter technical indicators and requirements, determine the required components and ammeter best design, this method is simple, and ultimately get the ideal, in line with Digital ammeter design requirements.Key words: C51 microcontroller digital ammeter; A / D converter; digital ammeter目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)1．引言 (1)1.1 研究背景及意义 (1)1.2 国外研究现状 (2)1.3 本文主要容安排 (2)2．数字电流表的理论 (2)2.1 数字电流表的工作原理 (2)2.2 A/D转换器 (3)2.3 AT89C51单片机 (5)2.4 液晶显示器 (8)3．数字电流表的设计 (9)3.1 方案论证 (9)3.2 任务指标 (10)3.3 整体电路图 (10)4．软件设计 (11)4.1 软件设计的主程序流程图 (11)4.2 编程语言介绍 (11)4.3 Protel99SE软件的介绍 (12)5．系统调试及实物制作 (13)5.1 硬件系统的调试 (13)5.2 系统软件的调试 (13)5.3 整体系统的调试 (14)5.4 实际硬件制作结果 (14)6．总结与展望 (14)参考文献 (16)致 (17)附录 (18)1．引言1.1 研究背景及意义数字电流表（Digital ammeter）简称AMP，它的测量原理是通过数字化测量技术，把输入的连续模拟量（直流输入电流）转换成不连续、离散的数字形式，然后通过液晶显示屏来显示的仪表。