智能化测控系统设计--11.doc

目 录 1 前言 1 2 总体方案设计 2 2.1 方案比较 2 2.1.1 方案一 2 2.1.2 方案二 3 2.1.3 方案三 3 2.2 方案论证 4 2.3 方案选择 4 3 单元模块设计 5 3.1 各单元模块功能介绍及电路设计 5 3.2 各单元模块 5 3.2.1 电压电流采样模块设计 5 3.2.2 按键和复位模块设计 6 3.2.3 数码显示电路模块设计 7 3.2.4 电源电路设计 8 3.2.5 基准电压电路设计 9 3.3 电路参数的计算及元件选择 9 3.4 特殊器件的介绍 10 3.4.1 TL431芯片简介 10 3.4.2 STC12C52A06S2单片机简介 10 4 软件设计 12 4.1 说明软件设计原理及所用工具 12 4.2 软件设计结构及其功能 12 4.3 软件设计流程框图 13 5 系统调试 15 5.1 调试环境 15 5.2 硬件调试 15 6 系统功能、指标参数 16 6.1 系统能实现的功能 16 6.2 系统指标参数测试 16 6.3 系统功能及指标参数分析 16 7 结论 18 8 总结与体会 19 9 谢辞 20 10 【参考文献】 21 附录1 系统的原理电路图 22 附录2 系统PCB图 24 附录3 设计实物图 25 附录4 程序代码 26 1.前言 当今时代，电子器件广泛应用于各行各业，功率作为表征电信号能量的基本参数，对其的测量非常重要，现在市面上也有很多测量功率的仪器。作为电气专业的我们，更是要掌握功率的测量方法，因此，我们选择了直流功率计的设计。 随着单片机在各个领域的广泛应用，许多用单片机作控制测量系统也应运产生，本课程制作就是利用宏晶公司的STC系列单片机STC12C5A32S2编程控制LED七段数码管完成功率大小的计算和动态显示，设计中我们通过电阻分压采样负载两端电压，通过在被测点串联一个很小的电阻测其两端电压，间接进行电流采样，将所采集的电压经过适当放大后送入单片机，然后由程序控制单片机计算出被测电路的直流输入功率并显示在数码管上，且能用键盘切换显示负载电压和被测点电流。另外在单片机工作过程中，工作电压有变化，所以额外加入一个基准电压，以确保所采样的电压准确。这个功率计能测量被测负载电压不超过25V，被测电流不超过2A的直流电路的输入功率（精确到小数点后6位），能在两个四位七段LED数码管上直观的动态显示出功率大小，并能通过键盘切换显示被测负载的电压和电流大小。 通过此次直流功率计的设计，使我更加熟悉有关单片机开发设计原理及方法，并能使自己加深了对单片机的理解和运用以及掌握了单片机与外围接口的方法和技巧，这些主要体现在以下方面： 学会了单片机总线控制方式的运用，懂得了利用单片机内部A/D转化简化外部电路，节约成本，同时在此基础上扩展了一些实用性强的外围电路。 可以了解到LED显示器的结构、工作原理以及这种显示器的接口实例。 怎样扩展显示接口、如何驱动外围元件等。 了解了通过电压间接测电流和电流电压同步采样的方法。 2总体方案设计 通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我们主要提出了三种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这三种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。 2.1方案比较 2.1.1方案一 本方案的整体思路是：根据功率计算公式，要计算功率我们需要知道负载的电压和电流，因此首先对电路中被测负载进行电压采样和电流采样，将采样的电压送入单片机，由单片机内部集成的A/D转换电路对采样进行模数转换，然后通过编写程序让单片机计算出功率并将功率大小显示在LED数码管上，且能通过按键切换显示负载电压和被测电流，由于在单片机实际工作过程中，电压有可能发生变化，为确保采集的电压的准确性，因此额外提供了一个基准电压。方案一整体结构框图如图2-1-1所示： 图2-1-1 方案一系统结构框图 方案二 方案二总体思路是：在被测电路中进行电压采样和电流采样后，先由外部器件进行A/D转换，再送入单片机计算和显示，这里的单片机只需要一般的不自带A/D转换的单片机就行了。系统框图如图2-1-2所示： 图2-1-2 方案二系统结构框图 方案三 方案三的总体思路就是用一个功率传感器，直接采集被测电路的功率送入单片机，由单片机控制LED数码管显示出功率大小。系统框图如图2-1-3所示： 图2-1-3 方案三框图 2.2方案论证 方案一电压和电流采样后采用单片机自带的A