1、課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目： 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì) 課程名稱： 電子信息工程課程設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 焦道楠 學(xué)生學(xué)號(hào)： 1314020114 年 級(jí)： 2013級(jí) 專 業(yè)： 電子信息工程 班 級(jí)： （1）班 指導(dǎo)教師： 王留留 電子工程學(xué)院制2016年3月 目 錄1 緒論12 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求12.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)12.2 課程設(shè)計(jì)的要求13 設(shè)計(jì)方案制定13.1 設(shè)計(jì)的原理13.2 設(shè)計(jì)的技術(shù)方案24 設(shè)計(jì)方案實(shí)施34.1 單片機(jī)模塊34.2 傳感器模塊44.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊54.4 LCD12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊65 各模塊PCB圖75.1 單片機(jī)模塊75.2 傳感器模塊76 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)97

2、心得體會(huì)10參考文獻(xiàn)10 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)學(xué) 生：焦道楠指導(dǎo)教師：王留留電子工程學(xué)院電子信息工程專業(yè)1 緒論 在電學(xué)中的測(cè)量技術(shù)涉及的范圍非常廣，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，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。系統(tǒng)主要以AT89C51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?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)電壓、電流的測(cè)量，在數(shù)碼管上顯示。本次課程

3、設(shè)計(jì)我所做的項(xiàng)目是基于單片機(jī)的電流檢測(cè)系統(tǒng)，主要用到A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)碼管顯示。近幾年來，單片機(jī)已逐步深入應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各部門以及人們生活的各個(gè) 方面。各種類型的單片機(jī)也根據(jù)社會(huì)的需求而相繼開發(fā)出來。單片機(jī)是一個(gè)器件級(jí)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上它是一個(gè)微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應(yīng)用到所有的電子系統(tǒng)中。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存的可編程可插除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)的擦除多次，該器件采用ATMEL高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能的8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，A

4、TMEL的AT89C51是一種高效微控制器。2 設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求2.1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)利用單片機(jī)及其相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)電流檢測(cè)電路。2.2 課程設(shè)計(jì)的要求（1）畫出相應(yīng)電流檢測(cè)電路的原理圖，并進(jìn)行檢測(cè)，生成PCB板；（2）編寫程序，實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)功能；（3）情況允許的情況下，做出實(shí)物，并估算其成本。3 設(shè)計(jì)方案制定3.1 設(shè)計(jì)的原理本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)芯片配合ADC0804模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個(gè)簡(jiǎn)易的電流檢測(cè)電路。電路通過ADC0804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AT89C51芯片的P3口。AT89C

5、51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AT89C51還控制ADC0804的工作；P2.4和P1.1共同控制ADC0804的地址鎖存端(ALE)和啟動(dòng)端(START)； P1.2控制ADC0804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ADC0804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ADC0804進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和

6、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AT89C51管理芯片并通過數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)。其中ADC0804的數(shù)據(jù)采集和AT89C51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。3.2 設(shè)計(jì)的技術(shù)方案直流電流傳感器LCD12864模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信號(hào)ADC0804AT89C51圖1電流檢測(cè)電路工作流程圖由于AT89C51片內(nèi)沒有A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，需要在片外擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換接口。系統(tǒng)選用ADC0804，ADC0804的DB0DB7分別接單片機(jī)的P0.0P0.7，AGND、DGND、CS、VIN-接地，RD、WR分別接單片機(jī)的RD

7、、WR端，中斷請(qǐng)求INTR接單片機(jī)的P2.0口，VIN+接采集信號(hào)輸入。調(diào)整變阻器HAUBLAN20K，使輔助參考端VREF腳得到2.56V標(biāo)準(zhǔn)電壓。在CLKIN、CLKOUT端設(shè)計(jì)RC振蕩電路，由于ADC0804頻率限制在100Hz1460kHz，通過對(duì)頻率公式F=1/(1.1RC)的計(jì)算，選擇電阻R=20k，電容C=200pF，即可得到符合設(shè)計(jì)要求的頻率。系統(tǒng)由一個(gè)主控系統(tǒng)和一個(gè)檢測(cè)模塊組成。被測(cè)電流通過ACS712芯片時(shí)，該芯片利用霍爾效應(yīng)，將被測(cè)電流轉(zhuǎn)換成05V的DC模擬信號(hào)，該模擬量經(jīng)過A/D裝置變成數(shù)字量。A/D采樣處理模塊主要是對(duì)從ADC0804采集來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成對(duì)二進(jìn)制

8、數(shù)據(jù)BCD碼的轉(zhuǎn)換，并且通過P1口輸出顯示，P1口德低四位輸出BCD碼，高四位為數(shù)碼管的片選信號(hào)。ADC0804與AT89C51的連接采用循環(huán)掃描方式。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC0804向CPU發(fā)出一個(gè)信號(hào)，CPU對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量進(jìn)行處理，使數(shù)碼管顯示當(dāng)前的電流值。4 設(shè)計(jì)方案實(shí)施4.1 單片機(jī)模塊4.1.1 模塊介紹AT89C51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)，

9、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。AT89C51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。4.1.2 單片機(jī)電路圖圖2 單片機(jī)模塊電路圖4.2 傳感器模塊 4.2.1 電流傳感器的工作原理 磁補(bǔ)償式的工作原理是磁場(chǎng)平衡，即主回路電流IP在聚磁環(huán)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過一個(gè)次級(jí)線圈的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)，具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時(shí)，在導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)被聚磁環(huán)聚集，感應(yīng)霍爾器件使之有一個(gè)信號(hào)輸出，這一信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一補(bǔ)償電流IS。這一電流通過多匝繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)與被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)正好

10、相反，因而補(bǔ)償了原來的磁場(chǎng)，使霍爾器件的輸出逐漸減小，當(dāng)IP與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與IS與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，IS不再增加，霍爾器件起到指示零磁通的作用。此時(shí)可以通過IS來測(cè)IP，當(dāng)有變化時(shí)，平衡受到破壞，霍爾器件就有信號(hào)輸出，即重復(fù)過程重新達(dá)到平衡。被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡，一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出，經(jīng)放大后，立即有相應(yīng)的電流流過次級(jí)繞組，對(duì)失衡的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償。 4.2.2 ACS712簡(jiǎn)述 ACS712器件主要由靠近芯片表面的銅制電流通路和精確的低置線性霍爾傳感器電路組成。被測(cè)電流流經(jīng)的通路（引腳1和2,3和4之間的電路）的內(nèi)電阻通常是1.2m,具有較低的功

11、耗。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，能夠被片內(nèi)的霍爾IC感應(yīng)并將其轉(zhuǎn)化為比例的電壓。通過將磁性信號(hào)盡量靠近霍爾可以消除芯片由于溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)器件精確度的最優(yōu)化。精確的成比例的輸出電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置BiCMOS霍爾集成電路提供，該集成電路在出廠時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了精確的編程。穩(wěn)定斬波技術(shù)是一種新技術(shù)，它給片內(nèi)霍爾器件和放大器提供最小的偏置電壓，該技術(shù)幾乎可以消除由溫度所產(chǎn)生的誤差。表1 ACS712器件的引腳及功能引腳名稱功能及描述1和2IP+被測(cè)電流輸入或輸出3和4IP-被測(cè)電流輸入或輸出5GND信號(hào)地6FILTER外接電容7VIOUT模擬電壓輸出8VCC電源電壓4.2.3 傳感器電路圖圖3

12、 傳感器模塊電路圖4.3 A/D轉(zhuǎn)換模塊 4.3.1 ADC0804簡(jiǎn)述 ADC0804是一個(gè)早期的A/D轉(zhuǎn)換器，因其價(jià)格低廉而在要求不高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。ADC0804是一個(gè)8位、單通道、低價(jià)格的A/D轉(zhuǎn)換器。主要特點(diǎn)是: （1）模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間大約100us； （2）方便的TTL或CMOS標(biāo)準(zhǔn)接口；（3）可以滿足差分電壓輸入； （4）具有參考電壓輸入端； （5）內(nèi)含時(shí)鐘發(fā)生器； （6）單電源工作時(shí)輸入信號(hào)范圍是0V5V；（7）不需要調(diào)零等。4.3.2 ADC0804引腳結(jié)構(gòu) ADC0804采用的是雙列直插封裝，各腳功能如下： （1）D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳；（2）IN0-IN7：8位模

13、擬量輸入引腳； （3）VCC：+5V工作電壓；（4）GND：地；（5）REF（+）：參考電壓正端；（6）REF（-）：參考電壓負(fù)端； （7）START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端； （8）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）； （9）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；（10）OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器； （11）CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）； （12）A、B、C：地址輸入線。4.4 LCD12864點(diǎn)陣液晶顯示模塊4.4.1 接口定義說明（1）接口J901的PIN01PIN08引腳，輸入輸出8

14、位數(shù)據(jù)，連接液晶的8位數(shù)據(jù)口；（2）接口J902的PIN01引腳，連接液晶的CS2片選引腳；（3）接口J902的PIN02引腳，連接液晶的CS1片選引腳；（4）接口J902的PIN03引腳，連接液晶的CE片選引腳；（5）接口J902的PIN04引腳，連接液晶的寫引腳；（6）接口J902的PIN05引腳，連接液晶的讀引腳；（7）電位器W901可調(diào)節(jié)液晶顯示對(duì)比度。4.4.2 功能描述本模塊中選用的液晶為12X64像素?zé)o字庫(kù)液晶，控制器為KS108B或兼容芯片。液晶行向?yàn)?28個(gè)像素，列向?yàn)?4個(gè)像素；行向分成兩個(gè)完全相同的左右分頁(yè)屏，兩個(gè)分頁(yè)屏的顯示通過CS1和CS2來選擇。表2 液晶接口定義編

15、號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地11DB4Date I/O2VDD電源正極（+5V）12DB5Date I/O3VOLCD偏壓輸入13DB6Date I/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L）14DB7Date I/O5R/W讀寫控制信號(hào)（H/L）15CS1片選IC1信號(hào)6E使能信號(hào)16CS2片選IC2信號(hào)7DB0Date I/O17RST復(fù)位端（H: 正常工作，L: 復(fù)位）8DB1Date I/O18VEELCD驅(qū)動(dòng)負(fù)壓輸出（-5V）9DB2Date I/O19BLA背光源正極10DB3Date I/O20BLK背光源負(fù)極4.4.3 液晶顯示電路圖圖4 LCD12864點(diǎn)陣液晶顯示電

16、路圖5 各模塊PCB圖5.1 單片機(jī)模塊圖5 單片機(jī)模塊PCB圖5.2 傳感器模塊圖6 傳感器模塊PCB圖5.3 元件列表表3 元器件價(jià)格清單名稱單價(jià)/元數(shù)量AT89C518.01電阻1.5100電阻（A09-221）0.141電解電容3.8120極性電容3.01肖特基二極管4.2820DB15接頭2.5一套（公頭、母頭）晶振0.71LED3.060標(biāo)頭-25.91標(biāo)頭-39.631ACS7129.51ADC08049.41ISP芯片16.01LCD1286423.41撥碼開關(guān)（2位）1.491總計(jì)102.246 系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)主程序 主程序用來調(diào)用上述子程序，包括初始化單片機(jī)、初始化ADC0

17、804等。 #include”public.h” u8 ADCResult float Current u16 CurInt void PowerOnInirial(void) ADC0804Initial() /初始化ADC0804 void main(void) MCUInitial() /初始化MCU PowerOnInitial() /初始化上電默認(rèn)狀態(tài) while(1) Current = ACS712ReadCurrent(ADCResult) CurInt = Current*100 /電流值乘以100以便顯示 DisplaySevenSegment(CurInt) /顯示電流值

18、 ADC0804的啟動(dòng)、讀取程序如下： #include”public.h” void ADC0804Start(void) iADC0804WR = 0 iADC0804WR = 1 /上升沿啟動(dòng)ADC0804轉(zhuǎn)換 void ADC0804Initial(void) iADC0804WR = 1 iADC0804RD = 1 /初始化狀態(tài)為WR，RD均為高電平 u8 ADC0804ReadADResult(void) u8 ADTemp iADC0804RD = 0 /低電平為度數(shù)狀態(tài) ADTemp = iADC0804DATA /讀取數(shù)據(jù)口 iADC0804RD = 1 return ADTemp /返回ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果 7 心得體會(huì)通過這一階段的不斷的學(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。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)，實(shí)在弄不懂的地方就請(qǐng)教老師。特別是在程序設(shè)