单片机测电压电流

设计要求:1、用单片机测30-36V的直流电压，0-10A的直流电流；       

    2、用单片机测30-36V交流电压有效值、平均值、交流电压的频谱分析；

           3、用单片机测0-10A交流电流的有效值、平均值、峰值。

一、设计思路

用调理电路电路将电压和电流采入AD转换器，AD转换器将电压电流转化为数字信号，使用单片机与AD进行数据传输,在单片机的内部进行处理后,在LED或者LCD上进行显示。可设计出一个选择开关,选择是进行电压还是电流的测量.可测电压电流的范围和精度取决于AD的精度,分辨率越高，精度越高.

调理电路

单片机

显示电路

AD转换器

总体框图

二、设计方案选择

1、主控芯片

方案1：选用专用转化芯片INC7107实现电压和电流的测量和实现，用四位数码管显示出最后的转换电压和电流的结果。缺点是精度比较低，内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。

方案2：选用单片机MSC80C51和A/D转换芯片ADC0809实现电压和电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵；优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。

  基于课程设计的要求选用方案2.   

ADC0809的精度不高，不是很好用，初级用户才用。

2、显示部分

方案1：选用2个单体的共阴极数码管。优点是价格比较便宜；可以实现电路要求。

方案2：选用一个并联在一起的共阴极数码管，外加两个三极管驱动。因为还需要驱动，相对方案一有些复杂，且价格有点贵。

故基于课程设计的要求选用方案1。

三、电路设计原理

模拟电压和电流经调理电路电路筛减调理电路后，经隔离干扰送到A/D转换器进行A/D转换。然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LED中显示。同时通过串行通讯与上位通信。硬件电路及软件程序。而硬件电路又大体可分为调理电路电路、A/D转换电路、LED显示电路，各部分电路的设计及原理将会在硬件电路设计部分详细介绍； 

一般I/O接口芯片的驱动能力是很有限的，在LED显示器接口电路中，输出口所能提供的驱动电流一般是不够的尤其是设计中需要用到多位LED，此时就需要增加LED驱动电路。驱动电路有多种，常用的是TTL或MOS集成电路驱动器，在本设计中采用了74LS244驱动电路。

   本实验采用MSC80D51单片机芯片配合ADC0809模/数转换芯片构成一个简易的数字电表。电路通过ADC0809芯片调理电路输入口IN0输入的0～5 V的模拟量电压，经过模/数转换后，产生相应的数字量经过其输出通道D0～D7传送给80C51芯片的P0口。80C51负责把接收到的数字量经过数据处理，产生正确的7段数码管的显示段码，并通过其P1口传送给数码管。同时它还通过I/O口P2.5、P2.6产生位选信号，控制数码管的亮灭。另外80C51还控制着ADC0809的工作；P2.7和P3.6共同控制ADC0809的地址锁存端(ALE)和启动端(START)；P3.7和P2.7控制ADC0809的输出允许端(OE)；P3.2控制ADC0809的转换结束信号(EOC)。

1、模数转换

三个地址位ADDA,ADDB,ADDC均接P2.0,P2.1,P2.2，根据测量需要由单片机送入P2口数据，从而选通对应的通道，由于ADC0809在进行A/D转换时需要有CLK信号，利用80C51的定时中断产生一个500KHZ的脉冲，由P2.4口送给ADC0809的时钟端，送START一高脉冲，START的上升沿使逐次逼近寄存器复位，下降沿来临时即可立即启动A/D转换，并使EOC信号为低电平。

2、 数据处理及控制

A/D转换完毕后，单片机的P2.7和读信号同为低电平OE置1，ADC0809的三态输出锁存器被打开，转换完的数字信号经过与D0~D7相连的P0口进入80C51。80C51内经过程序转换和处理将信号分别通过P1口输出到LED上。 

四、部分电路介绍

1、直流电压调理电路

通过电阻R1、R2、R3对直流电压进行降压使其符合A/D转换器的量程，取电阻R3的电压，通过电压跟随器将电压取出，然后输入到A/D转换器中。

对这三个电阻有什么要求，用滑动电阻可不可以？

2、直流电流调理电路

输入直流电流经电阻R1、R2转换成电压通过电压跟随器取出电压，为100毫伏，将电压输入到反馈放大电路中，放大倍数为1+R5/R4，从而达到A/D转换器所能输入的量程。

    因为电流比较大，所以R1、R2要选组织比较小的电阻，否则加在电阻上的功率太大。考虑多大的电阻，对于要求的电流

3、交流电压调理电路

 如直流电压一样，先经过电阻的降压，由电压跟随器取出电压，之后加一个偏置电压，将电压抬高使其变成直流，然后又有一个限幅电压，将高于4V的电压都滤去，再经过电容滤波，就得到比较稳定的直流电压。

4、交流电流调理电路

    前面与直流电流一样，先将电流转换为小电压，然后放大，经过偏置电压和限幅电压的处理，再经电容的滤波就可以的得到稳定的符合A/D转换器量程的电压。

5、单片机

MSC8051功能简单容易操作，且可以实现该设计功能，价格也比较便宜，故选用该单片机，如图

内部有ROM和RAM，不需要外部扩展，有4个I/O接口，但P3一般不用做I/O接口，通常都是用它的第二功能；有4个中断，INT0外部中断0，INT1外部中断1，定时/计数器T0中断，定时/计时器T1中断；两个串行口，RXD串行口输入端，TXD串行口输出端；WR是写功能，RD是写功能；ALE在不访问片外程序存储器期间可作为对外输出的时钟脉冲；RST是复位端；XTAL1、2用于接晶振。

1〉、晶振电路

接12MHz晶振，根据芯片手册，适合并联30pf微调电容，从而构成并联谐振，帮助和稳定输出波形。

2〉、复位电路

80C51单片机要求至少两个高电平，以便单片机做好准备工作。当上电时，由于电容的电压不能突变，会输出高电平，当电容充电到一定程度，就会输出低电平，单片机利用输出高电平的这段时间复位。电阻和电容的值选择要合适。

6、ADC转换器

  ADC0809的转换精度和转换速度都可以达到实验要求，且与单片机80C51速度上相匹配，价格又便宜，故选用，如图

ADC0809的量程为0~5V，是8位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成，IN0–IN7是模拟信号输入通道，ADDA、B、C是选通输入通道的，

如下表:

7、单片机与ADC0809的连接

8、显示电路

用于显示输入的电流和电压的数值，则LED数码管就可以实现，选用共阴极的数码管，采用动态显示方式。

总电路图

对交流电压信号的频谱分析没有考虑？以后把同组人的名字写在上面。