電流檢測電路設(shè)計

1、課程設(shè)計報告題 目：電流檢測電路設(shè)計課程名稱：電子信息工程課程設(shè)計學(xué)生姓名：焦道楠學(xué)生學(xué)號：年 級： 2013 級專 業(yè)：電子信息工程班 級：(1)班指導(dǎo)教師：王留留電子工程學(xué)院制2016年3月1 緒論 2 設(shè)計的任務(wù)與要求課程設(shè)計的任務(wù)課程設(shè)計的要求3 設(shè)計方案制定設(shè)計的原理設(shè)計的技術(shù)方案4 設(shè)計方案實施單片機模塊 傳感器模塊 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 LCD12864點陣液晶顯示模塊 5各模塊PCB圖單片機模塊 傳感器模塊 6 系統(tǒng)的程序設(shè)計7 心得體會 參考文獻 電流檢測電路設(shè)計學(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)中的測量技術(shù)涉及的范圍非常廣，廣泛應(yīng)用于學(xué)校、

2、工業(yè)、工廠、科研等各種領(lǐng)域，供實驗室和工業(yè)現(xiàn)場測量使用。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、電流測量系統(tǒng)中占有非常重要的位置。我們在分析和總結(jié)了單片機技術(shù)的發(fā)展歷史及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上， 以實用、 可靠、 經(jīng)濟的設(shè)計原則為目標，設(shè)計出全數(shù)字化測量電壓電流裝置。系統(tǒng)主要以 AT89C5俾片機為控制核心，整個系統(tǒng) 由中央控制模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊組成?？蓪崿F(xiàn)對待測電壓、電流的測量， 在數(shù)碼管上顯示。本次課程設(shè)計我所做的項目是基于單片機的電流檢測系統(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方面。各

3、種類型的單片機也根據(jù)社會的需求而相繼開發(fā)出來。單片機是一個器件級的計算機系統(tǒng)，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(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器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)的擦除多次，該器件采用ATMELS密度非易失性存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)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，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。2 設(shè)計的任務(wù)與要求課程設(shè)計的任務(wù)利用單片機及其相關(guān)知識，設(shè)計一個電流檢測電路。課程設(shè)計的要求（ 1）畫出相

4、應(yīng)電流檢測電路的原理圖，并進行檢測，生成PCBfe;（ 2）編寫程序，實現(xiàn)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(shè)計方案制定設(shè)計的原理本設(shè)計采用AT89C51單片機芯片配合ADC0804莫/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成一個簡易的電流 檢測電路。電路通過 ADC08045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 DAD7傳送給AT89C51芯片的P3 口。AT89C51負責(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。同時它還通過I/O 口、產(chǎn)生位選信號，控制數(shù)碼管的 亮

5、滅。另外AT89C51還控制ADC0804勺工作；和共同控制 ADC0804勺地址鎖存端（ALE） 和啟動端（START）;控制ADC08041勺轉(zhuǎn)換結(jié)束信號（EOC）。因為需要采集的數(shù)據(jù)是直流 電流，由于ADC08041逐次比較型8位串行A/D轉(zhuǎn)換器，只能輸入電壓信號，故在數(shù)據(jù) 采集之前先要把直流電流信號轉(zhuǎn)化為直流電壓信號。通過適當(dāng)?shù)耐鈬娐肪涂梢詫崿F(xiàn)了。輸入電壓經(jīng)過ADC08041行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集，采集結(jié)果為 8位二進制數(shù)，為了方便 分析，也可以看成是16進制數(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勺數(shù)據(jù)采集和AT89C51管理都

6、需要在51單片機中 編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制。設(shè)計的技術(shù)方案直流電流傳感器LCD12864模擬ADC0804數(shù)據(jù)號 AT89C51四工電林檢測電路工作潞程圖轉(zhuǎn)換信由于AT89C51片內(nèi)沒有A/D轉(zhuǎn)換，向系貧的設(shè)計要求，需要在片外擴展 A/D轉(zhuǎn)換 接口。系統(tǒng)選用 ADC0804 ADC0804勺DBwDB7分另接單片機的，AGND DGNDCS VIN-接地，RD WR別接單片機的RD WFRS,中斷請求INTR接單片機的口，VIN+接采 集信號輸入。調(diào)整變阻器HAUBLAN20做輔助參考端VREF卻得到標準電壓。在CLKIN CLKOUT設(shè)計RC®蕩電路，由于ADC08041率限制在1

7、00Hz1460kHz,通過對頻率公式F=1/的計算，選擇電阻R=20k,電容C=200pF即可得到符合設(shè)計要求的頻率。？系統(tǒng)由一個主控系統(tǒng)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(yīng)，將被測電流轉(zhuǎn)換成 05V的DC模擬信號，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從ADC080俅集來的數(shù)據(jù)進行處理，完成對二進制 數(shù)據(jù)BC則的轉(zhuǎn)換，并且通過P1 口輸出顯示，P1 口德低四位輸出BCM,高四位為數(shù) 碼管的片選信號。ADC0804W AT89C51的連接采用循環(huán)掃描方式。當(dāng) A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后， ADC080狗CPU®出一個信號，CPU對轉(zhuǎn)

8、換后的數(shù)字量進行處理，使數(shù)碼管顯示當(dāng)前的 電流值。4 設(shè)計方案實施單片機模塊模塊介紹AT89C51單片機是美國Atmel公司生產(chǎn)低電壓，高性能 CMOS 8a單片機，片內(nèi)含 4k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（EPROM和128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲 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)，兼容標準MCS-5甘旨令系統(tǒng),片內(nèi)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(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。單片機電路圖圖 2 單片機模塊電路圖傳感器模塊電流傳感器的工作原理磁補償式的工作原理是磁

9、場平衡，即主回路電流IP 在聚磁環(huán)所產(chǎn)生的磁場，通過一個次級線圈的電流產(chǎn)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(tài)，具體工作過程為：當(dāng)主回路有一電流通過時，在導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場被聚磁環(huán)聚集，感應(yīng)霍爾器件使之有一個信號輸出，這一信號驅(qū)動相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一補償電流IS 。這一電流通過多匝繞組產(chǎn)生的磁場與被測電流產(chǎn)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(dāng) IP 與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場與IS 與匝數(shù)相乘所產(chǎn)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(dāng)有變化時， 平衡受到破壞，霍爾器件就有信號輸出，即重復(fù)過

10、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(jīng)放大后，立即有相應(yīng)的電流流過次級繞組，對失衡的磁場進行補償。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(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Q ，具有較低的功耗。流經(jīng)銅制電流通路的電流所產(chǎn)生的磁場，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。通過將磁性信號盡量靠近霍爾可以消除芯片由于溫度傳感器來 實現(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BiCMOS1爾集成電路提供，該集成電路在出廠時

11、已經(jīng)進行了精確的編程。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電源電壓傳感器電路圖圖3傳感器模塊電路圖A/D轉(zhuǎn)換模塊ADC0804簡述ADC080隹一個早期的A/D轉(zhuǎn)換器，因其價格低廉而在要求不高的場合得到廣泛應(yīng) 用。ADC080見一個8位、單通道、低價格的 A/D轉(zhuǎn)換器。主要特點是：(1)模數(shù)轉(zhuǎn)換時間大約100us；(2)方便的TTL或CMO標

12、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(nèi)含時鐘發(fā)生器；(6)單電源工作時輸入信號范圍是 0V5V;(7)不需要調(diào)零等。ADC0804弓|腳結(jié)構(gòu)ADC080軌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(zhuǎn)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(zhuǎn)換)；(9) EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出弓I腳，開始轉(zhuǎn)換時

13、為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平；(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時鐘信號輸入端(一般為 500KHZ;(12) A、B、C:地址輸入線。LCD12864點陣液晶顯示模塊接口定義說明(1)接口 J901的PIN01PIN08弓I腳，輸入/U出8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

14、接液晶的讀引腳；(7)電位器W901可調(diào)節(jié)液晶顯示對比度。功能描述本模塊中選用的液晶為12X64像素?zé)o字庫液晶，控制器為 KS108B或兼容芯片。液 品行向為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液晶接口定義編R符號引腳說明編R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(shù)據(jù)/命令選才1端（H/L）14DB7Date I/O5R/W讀寫控制暗號（H/L）15CS1片選IC1信號6E使能信號16CS2片選IC2

15、信號7DB0Date I/O17RST復(fù)位端（H:正常工作，L:復(fù)位）8DB1Date I/O18VEELCD驅(qū)動負壓輸出（-5V）9DB2Date I/O19BLA背光源正極10DB3Date I/O20BLK背光源負極液晶顯示電路圖圖4 LCD12864點陣液晶顯示電路圖5各模塊PCB圖單片機模塊圖5單片機模塊PCB圖傳感器模塊圖6傳感器模塊PCB圖元件列表表3元器件價格清單名稱單價/元數(shù)量AT89C511電阻100電阻（A09-221）1電角單電容120極性電容1肖特基二極管20DB15® 頭一套（公頭、母頭）晶振1LED60標頭-21標頭-31ACS7121ADC08041I

16、SP芯片1LCD128641撥碼開關(guān)(2位)1總計6系統(tǒng)的程序設(shè)計主程序主程序用來調(diào)用上述子程序，包括初始化單片機、初始化 ADC080存#includeu8 ADCResultfloat Currentu16 CurIntvoid PowerOnlnirial(void) ADC0804Initial()?基于線性光耦的電流檢測電路設(shè)計J.水雷戰(zhàn)與艦船防護.2013(01)2許小麗，馮全源.？ 一種新型低電壓極限電流檢測電路J. 微電子學(xué)2010(02)3李群芳.單片機原理、接口及應(yīng)用M.北京：清華大學(xué)出版社，20054林偉，付昌偉.？?nA級電流檢測電路和抗干擾技術(shù)研究J.微納電子技術(shù)2008(07)5彭為等.單片機典型系統(tǒng)設(shè)計實例精講M.北京：電子工業(yè)出版社,20066段俊萍