数字电流表的设计与仿真-毕业设计-
数字电流表的设计与仿真-毕业设计-
xxxx⼤学毕业设计
数字电流表的设计与仿真
学⽣姓名X X
院系名称⼯学院
专业名称xxx
班级20XX级X班
学号X
指导教师XX
完成时间20XX年X⽉X⽇
数字电流表的设计与仿真
学⽣姓名：XX 指导教师：XX
内容摘要:
本设计主要采⽤CC7106双积分A/D变换器设计⽅案来完成⼀个简易的数字电流表，其实是⼀个电压表进⾏改装得到的，将电压表能够对输⼊的0～5 V的模拟直流电压进⾏测量，并通过⼀个4位⼀体的7段LED数码管进⾏显⽰，测量误差约为0.1 V。该电压表的测量电路主要由三个模块组成：A/D转换模块、数据处理模块及显⽰控制模块。A/D转换主要由芯⽚CC7106来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量再传送到数据处理模块。数据处理则由芯⽚CD331来完成，其负责把
CC7106传送来的数字量经⼀定的数据处理，产⽣相应的显⽰码送到显⽰模块进⾏显⽰；另外它还控制着CC7106芯⽚的⼯作。显⽰模块主要由LCD液晶数码管及相应的驱动芯⽚)组成，显⽰测量到的电流值。关键词：简易数字电流表 LCD液晶数码管 CC7106
⽬录
引⾔ (1)
1系统的⼯作原理 (2)
1.1数字电流表的⼯作原理 (2)
1.2过流、防反接保护 (2)
1.3放⼤器 (3)
1.4 AD转换器及外围电路计 (3)
1.4.1 A/D转换器概述 (3)
1.4.2 内部结构 (3)
1.4.3 引脚功能（外部特性） (3)
1.4.4 通道选择 (4)
1.4.5 极限参数 (4)
1.4.6 ADC0808的输出端注意 (4)
1.4.7 外围电路设计 (5)
1.5量程选择及量程显⽰ (6)
1.6 LED显⽰ (6)
2测量系统的总体结构设计 (8)
2.1系统的组成框图 (8)
2.2 硬件图 (9)
2.3 软件流程图 (10)
2.4 程序代码及说明 (11)
3实验结果 (16)
4仿真图 (17)
5设计总结 (19)
参考⽂献 (20)
致谢
引⾔
传统的电⽹电流表⼀般都采⽤指针式表头，且都存在着测量范围⼩，稳定性差，精度低，表头指针指⽰不便于读数且误差⼤等缺点，已经不适应社会发展的需要。⽽随着智能化测控技术的迅速发展.以双积分AD 转换器为核⼼的数字电表的优势已⼗分明显。智能综合仪表是基于智能化、数字化新⼀代智能仪表的设计理念，采⽤灵巧总线、⼯业⽹络、液晶显⽰、电⼦储存技术、调节仪表与记录仪表功能．具有⾼测量控制精度、⾼可靠性稳定性的特点。芯⽚负责采集数据，给出了⼀款性价⽐⾼、抗⼲扰能⼒强、测量精度很的电⽹电流表的设计⽅法。
1系统的⼯作原理
1.1数字电流表的⼯作原理
⽤单⽚机及其扩展的外部电路先做成⼀个理想电压表[3]，图1中⽤G表⽰。由于通常所说的电流表是指灵敏电流计其量程太⼩，不能直接测量电流，仅⽤于检测有⽆电流和电流的⽅向，所以要想得到⼀个有多量程或量程较⼤的电流表需要将⼀个理想电压表改装⽽成。本设计是⽤⼀个内阻视为⽆穷⼤的电压表并联分流电阻⽽成的数字电流表。待测电流I随搬动开关K的位置⽽流过R1或R2，因⽽本电流表的
两个量程就取决于G的满量程电压和R1、R2的阻值，记G的满量程电压为Ug，根据欧姆定律Ug=RgIg，若Ug和Rg已知则Ig就是电流表的满量程电流。
图1 电流表原理图
1.2过流、防反接保护
⽤熔断器及过流保护⼆极管做防反接保护。如图2所⽰。当通过电流过⼤时，熔断器中保险丝烧断；当电路反接时，电流⽆法通过⼆极管，从⽽保护电流表。
图2 防反接保护电路图
1.3 放⼤器
放⼤部分的电路采⽤如图3电路，并在串⼀级低通滤波:
图3 放⼤器电路图
1.4 AD转换器及外围电路计
1.4.1 A/D转换器概述
A/D转换部分本系统采⽤了ADC0808芯⽚. ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进⾏模/数转换的器件。其内部有⼀个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输⼊信号中的⼀个进⾏A/D 转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。⼀般在硬件仿真时采⽤ADC0808进⾏A/D转换，实际使⽤时采⽤ADC0809进⾏A/D转换。
.1.4.2 内部结构
ADC0808是CMOS单⽚型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、⽐较器、8位开关树型A/D转换器。
1.4.3 引脚功能（外部特性）
ADC0808芯⽚有28条引脚，采⽤双列直插式封装，如右图所⽰。各引脚功能如下：
1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模拟量输⼊端。
8、14、15和17～21：8位数字量输出端。
22（ALE）：地址锁存允许信号，输⼊，⾼电平有效。
6（START）：A/D转换启动脉冲输⼊端，输⼊⼀个正脉冲（⾄少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
7（EOC）：A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出⼀个⾼电平（转换期间⼀直为低电平）。
9（OE）：数据输出允许信号，输⼊，⾼电平有效。当A/D转换结束时，此端输⼊⼀个⾼电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
10（CLK）：时钟脉冲输⼊端。要求时钟频率不⾼于640KHZ。
12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输⼊端
11（Vcc）：主电源输⼊端。
13（GND）：地。
23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输⼊线，⽤于选通8路模拟输⼊中
的⼀路
1.4.4 通道选择
通道的选择如图4所⽰
图4 通道选择图
1.4.5 极限参数
电源电压（Vcc）：6.5V
控制端输⼊电压：-0.3V～15V
其它输⼊和输出端电压：-0.3V～Vcc+0.3V
贮存温度：-65℃～+150℃
功耗（T=+25℃）：875mW
引线焊接温度：①⽓相焊接（60s）：215℃；②红外焊接(15s)：220℃
抗静电强度：400V
1.4.6 ADC0808的输出端注意
out8为最低位-out1为最⾼位，out8-out1分别接单⽚机的P0.0到P0.7端。
1.4.7外围电路设计
图5 A/D 转换器及外围电路图
其中液晶显⽰采⽤EDS801，将其各数码的字段及公共端与ICL7106相应端接。OSC1、OSC2和OSC3是内部时钟的外接电阻和电容引脚；TEST 是数字逻辑地端；VRH 和VRL 是参考电压的输⼊端，参考电压决定着AD 转换器的灵敏度，它是由UDD 分压⽽来，调节P R 分压⽐可调节灵敏度（调满）；两个CR 脚是基准电容的外接引脚；COM 端是模拟信号公共端；AZ 、
BUF 和INT 分别是⾃动调零端缓控制端和积分器输出端；U+和U-为电源端；IN+和IN-为待测信号输⼊
端。R1、C1分别为振荡电阻与振荡电容。R2与电位器RP 构成基准电压分压器，RP 宜采⽤精密多圈电位器，调整RP 使UREF ＝UM/2＝100.0mV ，满量程即定为200mV ，⼆者呈1∶2的关系。R3、C3为模拟输⼊端⾼频阻容式滤波器，以提⾼仪表的抗⼲扰能⼒。C2、C4分别为基准电容和⾃动调零电容。R4、C5依次为积分电阻和积分电容。仪表采⽤220V 叠层电池供电，测量速率约50次／秒。IN-端、UREF －端与COM 端互相短接。
对于CC7106，OSC1⾄OSC2为时钟振荡器的引出端，主振频率OSC f 由外接
11
R C 的值决定，即11f 0.45/OSC R C =，CC7106计数器的时钟脉冲CP f 是主振频率
OSC f 经4÷分频后得到的，因此11110.45f f 44CP OSC R C ==?
，设CC7106⼀次A/D 转换所需时钟脉冲总数N 为200，⽽⼀次转换所需时间T=1/50次=0.02s 。则时钟脉冲频率CP f 由
T=N/CP f =4N/OSC f 式可得CP f =N/T ≈10Khz ，因⽽主振频率为
OSC f =4CP f =40Khz ，因此可以算出1R 、1C 的值。若取1C =100pF ，则流程图转换为ns图
1R =(50/1C )OSC f ≈112.5k Ω，取标称值120k Ω。
积分元器件4R 、5C 及⾃动调零电容4C 的取值分别为
4R =56k Ω5C =0.22F µ，4C =0.47F µ。2R 和RP 组成基准电压的分压电路。其
中，RP ⼀般采⽤精密多圈电位器。改变RP 的值可以调节基准电压
REF
V 的值。
3R 、3C 为输⼊滤波电路。电源电压取+220V ，2C 取0.1F µ。
1.5量程选择及量程显⽰
本系统量程的选择通过按键来实现:
图6 量程电路图
通过判断按键的次数来选择量程，以及通过实现发光⼆极管来显⽰当前量程。
1.6 LED 显⽰
本系统测量结果⽤4个数码管显⽰
图7 数码管⽰图
2测量系统的总体结构设计
2.1系统的组成框图
图8 系统的组成框图
2.2 硬件图
图9 系统硬件电路图
N
图10软件流程图
2.4程序代码及说明
ORG 0000H
SJMP START
ORG 0080H
LED0 EQU 40H
LED1 EQU 41H
LED2 EQU 42H
LED3 EQU 43H ；存放四个数码管的段码
ADC EQU 45H ；存放转AD换后的数
STR BIT P3.0
OE BIT P3.1
EOC BIT P3.2
START: MOV LED0,#00H ；清零
MOV LED1,#00H
MOV LED2,#00H
MOV LED3,#00H
MOV P1,#00H
MOV P2,#0F1H
MOV P3,#9FH
MOV R1,#00H
MOV DPTR,#TABLE ；送段码⾸地址到DPTR WAIT: CLR STR SETB STR
CLR STR ；产⽣下降沿启动AD转换 JNB EOC,$ ；等待转换结束SETB OE ; 允许输出转换结果
MOV ADC,P0 ；存储转换结果
CLR OE
MOV A,ADC
MOV R2,#00H
CLR C
RLC A
JNC GO
MOV R2,#01H
GO: MOV B,#51 ；数据送显⽰前的处理 DIV AB
CJNE R2,#01H,MEI

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