【正文】 電流測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)交直流數(shù)字電流表設(shè)計(jì)畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II1 引言 1 課題研究問題 1 課題背景及意義 12 背景知識(shí)介紹 3 單片機(jī)發(fā)展詳細(xì)介紹 3 單片機(jī)的工作原理 4 單片機(jī)的基本特點(diǎn) 5 A/D轉(zhuǎn)換器的介紹 6 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 6 A/D轉(zhuǎn)換器的基本特點(diǎn) 73系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8 8 9 12 14 16 194系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 20 21 225測(cè)量結(jié)果顯示 236調(diào)試與總結(jié) 23致 謝 24附錄 251 引言隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，特別是單片機(jī)的出現(xiàn)，正引起測(cè)量、控制儀表領(lǐng)域新的技術(shù)革命。采用單片機(jī)作為測(cè)量?jī)x器的主控制器，這種以單片機(jī)為主體的新型智能儀表將計(jì)算機(jī)與測(cè)量控制技術(shù)結(jié)合在一起，在測(cè)量工程自動(dòng)化，測(cè)量結(jié)果所舉處理以及功能的多樣化方面取得了巨大的進(jìn)步?；趩纹瑱C(jī)的智能綜合儀表是基于智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、新一代智能儀表的設(shè)計(jì)理念，采用智能調(diào)理、靈巧總線、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)、液晶顯示、電子儲(chǔ)存技術(shù)、綜合指示儀表、調(diào)節(jié)儀表、計(jì)算儀表與記錄儀表功能。具有高測(cè)量控制精度、工可靠性穩(wěn)定性的特點(diǎn)。通過數(shù)字電流表的設(shè)計(jì)方案,掌握了C語(yǔ)言的編程方法， 并熟練的運(yùn)用AT89C52單片機(jī)定時(shí)器以及ADC0808模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬電流量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量然后在液晶顯示屏上直接顯示數(shù)字的電流值。 課題研究問題設(shè)計(jì)一個(gè)電流測(cè)量模塊，可對(duì)直流或交流的電流大小進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量范圍為010A，測(cè)量結(jié)果可顯示或以標(biāo)準(zhǔn)接口方式輸出。主要技術(shù)指標(biāo)：供電電壓：220V（+_10%）測(cè)量范圍：0—10A設(shè)計(jì)擬采用電流耦合器，把大電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏?，然后再?duì)其采樣?？刂破骺刹捎闷渌麬T89C52單片機(jī)或其它高級(jí)處理器。 課題背景及意義85C1電流表經(jīng)過多年來的發(fā)展，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成完整成熟的產(chǎn)業(yè)鏈，上下游廠家近萬家。對(duì)85C1的生產(chǎn)和發(fā)展提供了良好的氛圍。據(jù)目前統(tǒng)計(jì)來看國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家有近千家，大都完成了技術(shù)改造。由單一走向全面。CS5460A是美國(guó)Crystal公司推出的一款用于測(cè)量電壓、電流、功率、能量的集成芯片，該芯片的主要特點(diǎn)是精度高、性能強(qiáng)、成本低且無需微控制器也可獨(dú)立運(yùn)行，它是CS5460的增強(qiáng)版。C8051F310是美國(guó)Silicon Labs公司推出的一款具有8051內(nèi)核的高性能單片機(jī)，它的運(yùn)行速度為普通8051單片機(jī)的12倍，主要特點(diǎn)是高速率、低功耗、外圍器件少、可靠性高。直流大電流測(cè)量技術(shù)的意義直流大電流測(cè)量技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和科研實(shí)驗(yàn)中有著較廣泛的應(yīng)用,如:在地鐵和電氣化鐵道等直流牽引系統(tǒng)中。電力工業(yè)中的高壓直流輸電系統(tǒng)也有直流大電流的測(cè)量問題。在核物理、大功率電子學(xué)等科研實(shí)驗(yàn)中常常涉及到大電流測(cè)量問題。對(duì)于測(cè)量到的大電流,也有計(jì)量、監(jiān)視、控制及保護(hù)等不同的用途,它們對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度指標(biāo)的要求也不完全一致。對(duì)于計(jì)量用的測(cè)量互感器的準(zhǔn)確度要求最高,對(duì)保護(hù)和控制用的互感器要求次之,對(duì)監(jiān)視用的互感器要求最低。直流大電流的測(cè)量,已成為電磁測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域中不可缺少的獨(dú)立部分。2 背景知識(shí)介紹 單片機(jī)發(fā)展詳細(xì)介紹1946年第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生至今，依靠微電子技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，從電子管——晶體管——集成電路——大規(guī)模集成電路，使得計(jì)算機(jī)體積更小，功能更強(qiáng)。特別是近20年時(shí)間里，計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得飛速的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在工農(nóng)業(yè)，科研，教育，國(guó)防和航空航天領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)是一個(gè)國(guó)家現(xiàn)代科技水平的重要標(biāo)志。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代，象Fairchild公司研制的F8單片微型計(jì)算機(jī)。所謂單片機(jī)是利用大規(guī)模集成電路技術(shù)把中央處理單元(Center Processing Unit,也即常稱的CPU)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、程序存儲(chǔ)器(ROM)及其他I/O通信口集成在一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，而現(xiàn)代的單片機(jī)則加上了中斷單元，定時(shí)單元及A/D轉(zhuǎn)換等更復(fù)雜、更完善的電路，使得單片機(jī)的功能越來越強(qiáng)大，應(yīng)用更廣泛。20世紀(jì)70年代，微電子技術(shù)正處于發(fā)展階段，集成電路屬于中規(guī)模發(fā)展時(shí)期，各種新材料新工藝尚未成熟，單片機(jī)仍處在初級(jí)的發(fā)展階段，元件集成規(guī)模還比較小，功能比較簡(jiǎn)單，一般均把CPU、RAM有的還包括了一些簡(jiǎn)單的I/O口集成到芯片上，象Fairchild公司就屬于這一類型，它還需配上外圍的其他處理電路方才構(gòu)成完整的計(jì)算系統(tǒng)。類似的單片機(jī)還有Zilog公司的Z80微處理器。1976年INTEL公司推出了MCS48單片機(jī)，這個(gè)時(shí)期的單片機(jī)才是真正的8位單片微型計(jì)算機(jī)，并推向市場(chǎng)。它以體積小，功能全，價(jià)格低贏得了廣泛的應(yīng)用，為單片機(jī)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，成為單片機(jī)發(fā)展史上重要的里程碑。在MCS48的帶領(lǐng)下，其后，各大半導(dǎo)體公司相繼研制和發(fā)展了自己的單片機(jī)，象Zilog公司的Z8系列。到了80年代初，單片機(jī)已發(fā)展到了高性能階段，象INTEL公司的MCS51系列，Motorola公司的6801和6802系列，Rokwell公司的6501及6502系列等等,此外,日本的著名電氣公司NEC和HITACHI都相繼開發(fā)了具有自己特色的專用單片機(jī)。80年代，世界各大公司均競(jìng)相研制出品種多功能強(qiáng)的單片機(jī)，約有幾十個(gè)系列，300多個(gè)品種，此時(shí)的單片機(jī)均屬于真正的單片化，大多集成了CPU、RAM、ROM、數(shù)目繁多的I/O接口、多種中斷系統(tǒng)，甚至還有一些帶A/D轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)，功能越來越強(qiáng)大，RAM和ROM的容量也越來越大，尋址空間甚至可達(dá)64kB，可以說，單片機(jī)發(fā)展到了一個(gè)新的平臺(tái)。單片機(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。 （Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)。“創(chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計(jì)算機(jī)完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展道路上，Intel公司功不可沒。 （Micro Controller Unit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴(kuò)展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時(shí)，對(duì)象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對(duì)象的智能化控制能力。它所涉及的領(lǐng)域都與對(duì)象系統(tǒng)相關(guān)，因此，發(fā)展MCU的重任不可避免地落在電氣、電子技術(shù)廠家。從這一角度來看，Intel逐漸淡出MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展MCU方面，最著名的廠家當(dāng)數(shù)Philips公司。 Philips公司以其在嵌入式應(yīng)用方面的巨大優(yōu)勢(shì)，將MCS51從單片微型計(jì)算機(jī)迅速發(fā)展到微控制器。因此，當(dāng)我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時(shí)，不要忘記Intel和Philips的歷史功績(jī)。 (System On Chip)，單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計(jì)、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)有較大的發(fā)展。因此，對(duì)單片機(jī)的理解可以從單片微型計(jì)算機(jī)、單片微控制器延伸到單片應(yīng)用系統(tǒng)。 單片機(jī)的工作原理單片機(jī)由運(yùn)算器、控制器、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備構(gòu)成。 單片機(jī)自動(dòng)完成賦予它的任務(wù)的過程，也就是單片機(jī)執(zhí)行程序的過程，即一條條執(zhí)行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機(jī)執(zhí)行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設(shè)計(jì)人員賦予它的指令系統(tǒng)所決定的，一條指令對(duì)應(yīng)著一種基本操作；單片機(jī)所能執(zhí)行的全部指令，就是該單片機(jī)的指令系統(tǒng)，不同種類的單片機(jī)，其指令系統(tǒng)亦不同。為使單片機(jī)能自動(dòng)完成某一特定任務(wù)，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機(jī)能識(shí)別和執(zhí)行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預(yù)先存放在具有存儲(chǔ)功能的部件——存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器由許多存儲(chǔ)單元（最小的存儲(chǔ)單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執(zhí)行就像大樓房的每個(gè)房間的被分配到了唯一一個(gè)房間號(hào)一樣，每一個(gè)存儲(chǔ)單元也必須被分配到唯一的地址號(hào)，該地址號(hào)稱為存儲(chǔ)單元的地址，這樣只要知道了存儲(chǔ)單元的地址，就可以找到這個(gè)存儲(chǔ)單元，其中存儲(chǔ)