电流表设计.doc

电流表设计设计任务 完成一台表（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— 测量精度：0.5% 仪表功率：3W 仪表灵敏度： 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。 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 3、A/D模拟信号电路设计 A/D转换部分采用的PCF8951芯片是TI工公司生产的10位逐次逼近模数转换器，该器件具有两个数字输入端和一个3态输出端。没有采用同系列的8位A/D转换芯片PCF8951，是因为本芯片精度更高，可以达到令人满意的效果模数转换是用单片机控制模数转换芯片（A/D）,使它对外部的一个模拟信号进行采样，量化然后转化为一个离散的数字量，提供控制器做进一步处理。此次电压表总体设计方案是单片机的I/0口输出信号来控制A/D启动转换，将送入的模拟信号转换成一个8位数字量，然后通过I/0口送回单片机内部进行处理，单片机进行一系列的运算和校准后，通过数码管显示出来 图3 A/D转换 4.单片机控制电路设计 AT89C52单片机是一个低电压高性能的CMOS位单片机，是一个智能多功能的单片机，在电路中接收模拟信号，然后计算校准信号后输出一种数字信号，然后输出到数码管显示。其中P2.5/P2.6是输出与接受的端口。 图4 单片机STC89C52 5、显示电路设计 显示方面采用了74LS48译码器，以其功能强大，编程简单，控显可靠，可泛用于工业控制器等力一面的数码显示驱动，比较成熟的应用即为与单片机的结合。选用LED数码管显示电压值，精度高，可视距离远。LED数码管简单经济，使我放弃了本想使用的液晶显示单元，虽然先进有挑战性，但却极大的增加了成本，对产品的功能设计而言毫无意义，所以最后选择了LED数码管做。 图5 LED 调试测试 设计任务：以LM331为设计核心的电压频率转换模块测试 测试设备：GDS1062示波器一台，直流稳压电源一台，万能表只， 1、打开直流稳压电源，分别调出两个+15V和1V的电压，校准示波器 2、将LM331电路板的输入电源接到稳压电源的+15V,电路的输入信号接到稳压电源的+1V 3、分别调节输入电，用示波器测量输出，分别读出频率信号并记录。 4.9 9.6 14.3 19.0 23.8 U (V) 1 2 3 4 5 Iout（MA） 4.07 7.99 11.93 16.2 20.3 绝对误差 0.845 相对误差 59% 表一 设计总结 本设计是基于SAT89C52单片机开发平台和自动控制原理的基础上实现的一种数字表系统。该系统采用单片机作为控制核心，通过发射极实现被测电的数据采样；使用系列比较器检测输入的范围，并通过A/D转换实现了输入量程的自动转换；由TCF8591 和数码