1、課程設計報告題 目： 電流檢測電路設計 課程名稱： 電子信息工程課程設計 學生姓名： 焦道楠 學生學號： 1314020114 年 級： 2013級 專 業： 電子信息工程 班 級： （1）班 指導教師： 王留留 電子工程學院制2016年3月 目 錄1 緒論12 設計的任務與要求12.1 課程設計的任務12.2 課程設計的要求13 設計方案制定13.1 設計的原理13.2 設計的技術方案24 設計方案實施34.1 單片機模塊34.2 傳感器模塊44.3 A/D轉換模塊54.4 LCD12864點陣液晶顯示模塊65 各模塊PCB圖75.1 單片機模塊75.2 傳感器模塊76 系統的程序設計97

2、心得體會10參考文獻10 電流檢測電路設計學 生：焦道楠指導教師：王留留電子工程學院電子信息工程專業1 緒論 在電學中的測量技術涉及的范圍非常廣，廣泛應用于學校、工業、工廠、科研等各種領域，供實驗室和工業現場測量使用。隨著電子技術的不斷發展，在數字化和智能化不斷成為主體的今天，電壓、電流測量系統中占有非常重要的位置。我們在分析和總結了單片機技術的發展歷史及發展趨勢的基礎上，以實用、可靠、經濟的設計原則為目標，設計出全數字化測量電壓電流裝置。系統主要以AT89C51單片機為控制核心，整個系統由中央控制模塊、A/D轉換模塊、LED顯示模塊組成。可實現對待測電壓、電流的測量，在數碼管上顯示。本次課程

3、設計我所做的項目是基于單片機的電流檢測系統，主要用到A/D轉換和數碼管顯示。近幾年來，單片機已逐步深入應用到工農業生產各部門以及人們生活的各個 方面。各種類型的單片機也根據社會的需求而相繼開發出來。單片機是一個器件級的計算機系統，實際上它是一個微控制器或微處理器。由于它功能齊全，體積小，成本低，因此它可以應用到所有的電子系統中。AT89C51是一種帶4K字節閃存的可編程可插除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復的擦除多次，該器件采用ATMEL高密度非易失性存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能的8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，A

4、TMEL的AT89C51是一種高效微控制器。2 設計的任務與要求2.1 課程設計的任務利用單片機及其相關知識，設計一個電流檢測電路。2.2 課程設計的要求（1）畫出相應電流檢測電路的原理圖，并進行檢測，生成PCB板；（2）編寫程序，實現電流檢測功能；（3）情況允許的情況下，做出實物，并估算其成本。3 設計方案制定3.1 設計的原理本設計采用AT89C51單片機芯片配合ADC0804模/數轉換芯片構成一個簡易的電流檢測電路。電路通過ADC0804芯片調理電路輸入口IN0輸入的05 V的模擬量電壓，經過模/數轉換后，產生相應的數字量經過其輸出通道D0D7傳送給AT89C51芯片的P3口。AT89C

5、51負責把接收到的數字量經過數據處理，產生正確的7段數碼管的顯示段碼，并通過其P0口傳送給數碼管。同時它還通過I/O口P2.0、P2.1、P2.2、P2.3產生位選信號，控制數碼管的亮滅。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)和啟動端(START)； P1.2控制ADC0804的轉換結束信號(EOC)。因為需要采集的數據是直流電流，由于ADC0804是逐次比較型8位串行A/D轉換器，只能輸入電壓信號，故在數據采集之前先要把直流電流信號轉化為直流電壓信號。通過適當的外圍電路就可以實現了。輸入電壓經過ADC0804進行數據轉換和

6、數據采集，采集結果為8位二進制數，為了方便分析，也可以看成是16進制數。最后應用程序把相應字符傳輸給AT89C51管理芯片并通過數碼管顯示數據。其中ADC0804的數據采集和AT89C51管理都需要在51單片機中編程實現數據傳輸和控制。3.2 設計的技術方案直流電流傳感器LCD12864模擬量數據轉換信號ADC0804AT89C51圖1電流檢測電路工作流程圖由于AT89C51片內沒有A/D轉換，根據系統的設計要求，需要在片外擴展A/D轉換接口。系統選用ADC0804，ADC0804的DB0DB7分別接單片機的P0.0P0.7，AGND、DGND、CS、VIN-接地，RD、WR分別接單片機的RD

7、、WR端，中斷請求INTR接單片機的P2.0口，VIN+接采集信號輸入。調整變阻器HAUBLAN20K，使輔助參考端VREF腳得到2.56V標準電壓。在CLKIN、CLKOUT端設計RC振蕩電路，由于ADC0804頻率限制在100Hz1460kHz，通過對頻率公式F=1/(1.1RC)的計算，選擇電阻R=20k，電容C=200pF，即可得到符合設計要求的頻率。 系統由一個主控系統和一個檢測模塊組成。被測電流通過ACS712芯片時，該芯片利用霍爾效應，將被測電流轉換成05V的DC模擬信號，該模擬量經過A/D裝置變成數字量。A/D采樣處理模塊主要是對從ADC0804采集來的數據進行處理，

8、完成對二進制數據BCD碼的轉換，并且通過P1口輸出顯示，P1口德低四位輸出BCD碼，高四位為數碼管的片選信號。ADC0804與AT89C51的連接采用循環掃描方式。當A/D轉換結束后，ADC0804向CPU發出一個信號，CPU對轉換后的數字量進行處理，使數碼管顯示當前的電流值。4 設計方案實施4.1 單片機模塊4.1.1 模塊介紹AT89C51單片機是美國Atmel公司生產低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（EPROM）和128 bytes的隨機存取數據存儲器(RAM)，器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存取技術生產，兼容標準MCS-5

9、1指令系統，片內置通用8位中央處理器（CPU）和Flash 存儲單元，功能強大。AT89C51單片機可提供許多高性價比的應用場合，可靈活應用于各種控制領域。4.1.2 單片機電路圖圖2 單片機模塊電路圖4.2 傳感器模塊 4.2.1 電流傳感器的工作原理 磁補償式的工作原理是磁場平衡，即主回路電流IP在聚磁環所產生的磁場，通過一個次級線圈的電流產生的磁場進行補償，使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態，具體工作過程為：當主回路有一電流通過時，在導線產生的磁場被聚磁環聚集，感應霍爾器件使之有一個信號輸出，這一信號驅動相應的功率管導通，從而獲得一補償電流IS。這一電流通過多匝繞組產生的磁場與被測電流產

10、生的磁場正好相反，因而補償了原來的磁場，使霍爾器件的輸出逐漸減小，當IP與匝數相乘所產生的磁場與IS與匝數相乘所產生的磁場相等時，IS不再增加，霍爾器件起到指示零磁通的作用。此時可以通過IS來測IP，當有變化時，平衡受到破壞，霍爾器件就有信號輸出，即重復過程重新達到平衡。被測電流的任何變化都會破壞這一平衡，一旦磁場失去平衡，霍爾器件就有信號輸出，經放大后，立即有相應的電流流過次級繞組，對失衡的磁場進行補償。 4.2.2 ACS712簡述 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。被測電流流經的通路（引腳1和2,3和4之間的電路）的內電阻通常是1.2m,

11、具有較低的功耗。流經銅制電流通路的電流所產生的磁場，能夠被片內的霍爾IC感應并將其轉化為比例的電壓。通過將磁性信號盡量靠近霍爾可以消除芯片由于溫度傳感器來實現器件精確度的最優化。精確的成比例的輸出電壓由穩定斬波型低偏置BiCMOS霍爾集成電路提供，該集成電路在出廠時已經進行了精確的編程。穩定斬波技術是一種新技術，它給片內霍爾器件和放大器提供最小的偏置電壓，該技術幾乎可以消除由溫度所產生的誤差。表1 ACS712器件的引腳及功能引腳名稱功能及描述1和2IP+被測電流輸入或輸出3和4IP-被測電流輸入或輸出5GND信號地6FILTER外接電容7VIOUT模擬電壓輸出8VCC電源電壓4.2.3 傳感

12、器電路圖圖3 傳感器模塊電路圖4.3 A/D轉換模塊 4.3.1 ADC0804簡述 ADC0804是一個早期的A/D轉換器，因其價格低廉而在要求不高的場合得到廣泛應用。ADC0804是一個8位、單通道、低價格的A/D轉換器。主要特點是: （1）模數轉換時間大約100us； （2）方便的TTL或CMOS標準接口；（3）可以滿足差分電壓輸入； （4）具有參考電壓輸入端； （5）內含時鐘發生器； （6）單電源工作時輸入信號范圍是0V5V；（7）不需要調零等。4.3.2 ADC0804引腳結構 ADC0804采用的是雙列直插封裝，各腳功能如下： （1）D7-D0：8位數字量輸出引腳；（2）IN0-I

13、N7：8位模擬量輸入引腳； （3）VCC：+5V工作電壓；（4）GND：地；（5）REF（+）：參考電壓正端；（6）REF（-）：參考電壓負端； （7）START：A/D轉換啟動信號輸入端； （8）ALE：地址鎖存允許信號輸入端（以上兩種信號用于啟動A/D轉換）； （9）EOC：轉換結束信號輸出引腳，開始轉換時為低電平，當轉換結束時為高電平；（10）OE：輸出允許控制端，用以打開三態數據輸出鎖存器； （11）CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）； （12）A、B、C：地址輸入線。4.4 LCD12864點陣液晶顯示模塊4.4.1 接口定義說明（1）接口J901的PIN01PIN08引腳

14、，輸入輸出8位數據，連接液晶的8位數據口；（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可調節液晶顯示對比度。4.4.2 功能描述本模塊中選用的液晶為12X64像素無字庫液晶，控制器為KS108B或兼容芯片。液晶行向為128個像素，列向為64個像素；行向分成兩個完全相同的左右分頁屏，兩個分頁屏的顯示通過CS1和CS2來選擇。表2 液

15、晶接口定義編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地11DB4Date I/O2VDD電源正極（+5V）12DB5Date I/O3VOLCD偏壓輸入13DB6Date I/O4RS數據/命令選擇端（H/L）14DB7Date I/O5R/W讀寫控制信號（H/L）15CS1片選IC1信號6E使能信號16CS2片選IC2信號7DB0Date I/O17RST復位端（H: 正常工作，L: 復位）8DB1Date I/O18VEELCD驅動負壓輸出（-5V）9DB2Date I/O19BLA背光源正極10DB3Date I/O20BLK背光源負極4.4.3 液晶顯示電路圖圖4 LCD12864點

16、陣液晶顯示電路圖5 各模塊PCB圖5.1 單片機模塊圖5 單片機模塊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 元器件價格清單名稱單價/元數量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標頭-25.91標頭-39.631ACS7129.51ADC08049.41ISP芯片16.01LCD1286423.41撥碼開關（2位）1.491總計102.246 系統的程序設計主程序 主程序用來調用上述子程序，包括初始化單片機、初

17、始化ADC0804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() /初始化上電默認狀態 while(1) Current = ACS712ReadCurrent(ADCResult) CurInt = Current*100 /電流值乘以100以便顯示 DisplaySevenSegment(CurInt)

18、/顯示電流值 ADC0804的啟動、讀取程序如下： #include”public.h” void ADC0804Start(void) iADC0804WR = 0 iADC0804WR = 1 /上升沿啟動ADC0804轉換 void ADC0804Initial(void) iADC0804WR = 1 iADC0804RD = 1 /初始化狀態為WR，RD均為高電平 u8 ADC0804ReadADResult(void) u8 ADTemp iADC0804RD = 0 /低電平為度數狀態 ADTemp = iADC0804DATA /讀取數據口 iADC0804RD = 1 ret

19、urn ADTemp /返回ADC轉換結果 7 心得體會通過這一階段的不斷的學習，查找相關資料，最后終于完成了本次設計，本次課程設計終于告一段落，我體會很多。從剛開始的選題到選題論證、從查找借鑒資料到自主設計、從本學科基礎知識到其它學科知識、從自己思考到和老師同學交流，我從中學到了很多以前理論知識學習中所學不到的東西。 課程設計之前一直只是理論知識的學習，在課程設計階段，我不但重新學習的51單片機課本的相關章節，而且還在圖書館借來書籍閱讀和參考。在遇到問題的時候，積極與身邊的同學交流經驗，實在弄不懂的地方就請教老師。特別是在程序設計階段，雖然程序不是很復雜，但是由于是第一次接觸，總感覺無從下手，最后通過查閱資料和反復試驗最終把程序設計了出來。 這次課程設計鞏固了我以前所學過的知識，知識學得更深、更透徹