数字冲击电流计设计-毕业设计

I数字冲击电流计设计学生：指导教师：内容摘要：本设计是基于51系列的单片机进行的数字电流表设计，可以进行电流的数字计数，并在液晶显示器上显示。数字电流表的设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件部分主要由AT89C51单片机，TLC549模数转换器，液晶显示器电路，以及电流采样电路等组成。程序采用C语言编写，可移植性强。本电流表各模块之间使用标准信号进行传输的，这些标准信号都符合国际标准。国际电工委员会在1973年四月第65次技术委员会通过的标准规定了国际统一信号标准，过程控制系统的模拟直流信号为4到20MA，模拟直流电压信号为1到5伏，我国的DDZ-3型电动单元组合仪表采用了国际的信号标准。关键词：电流采样A/D转换器放大器AT89C51单片机IIDigitalDesignquantometerAbstract:Thisdesignisbasedonthedesignofdigitalammeter51seriesMCUcanbecurrentdigitalcount,anddisplayedontheLCDmonitor.Thedesignprocessofdigitalammeterconcurrentdesignofhardwareandsoftware.ThehardwarepartismainlycomposedofAT89C51microcontroller,TLC549ADC,LCDcircuits,andcurrentsamplingcircuit.ProgramusingClanguage,portability.EverypartofthedigitalammeterusesthestandardsignalwhichisinlinewiththeInternationalStandardsfortransmission.TheIECmadetheInternationalStandardsfortheunitedtransportedsignalonthe65thtechnologycommitteeinApril,1973.TheSimulationofDCsignalofsystemofprocessioncontrolisbetween4MAand20MA.TheSimulationofDCvoltagesignalisbetween1Vand5V.SingalofthedomesticDDZ-3ElectricunitofCombinationofinstrumentsusestheInternationalStandards.Keywords:CurrentsamplingA/DconverteramplifierAT89C51microcontroller.III目录前言.....................................................................11选题背景...............................................................11.1电流计的分类....................................................11.1.1圈转电流计..........................................11.1.2冲击电流计..........................................21.1.3光电放大式电流计....................................31.2电流计的灵敏度..................................................31.3电流计的运动特性................................................31.4冲击电流计的工作原理............................................31.5设计要求........................................................42设计原理与结构框图....................................................52.1设计原理........................................................52.2结构框图........................................................53硬件电路设计方案......................................................53.1I/U转换电路原理.................................................53.2AT89C51单片机....................................................63.3TLC549模数转换芯片..............................................83.4内接时钟部分....................................................93.5显示部分........................................................93.6上拉电阻部分...................................................104仿真电路图...........................................................115软件设计.............................................................115.1程序框图.......................................................115.2仿真控制原理及仿真图...........................................126设计结果分析.........................................................127结束语...............................................................13附录1：原件清单.........................................................15附录2：控制系统框图.....................................................16附录3：程序流程图.......................................................17附录4：编写程序.........................................................18IV参考文献：..............................................................19V1数字冲击电流计设计前言随着微电子技术的迅速发展和超大规模集成电路的出现，特别是单片机的出现，正引起测量、控制仪表领域新的技术革命。采用单片机作为测量仪器的主控制器，这种以单片机为主体的新型智能仪表将计算机与测量控制技术结合在一起，在测量工程自动化，测量结果所举处理以及功能的多样化方面取得了巨大的进步。基于单片机的智能综合仪表是基于智能化、数字化、网络化、新一代智能仪表的设计理念，采用智能调理、灵巧总线、工业网络、液晶显示、电子储存技术、综合指示仪表、调节仪表、计算仪表与记录仪表功能。具有高测量控制精度、工可靠性稳定性的特点。通过数字电流表的设计方案,掌握了C语言的编程方法，并熟练的运用AT89C51单片机定时器以及TLC549模/数转换芯片将模拟电流量转变为数字量然后在液晶显示屏上直接显示数字的电流值。1选题背景1.1电流计的分类电流计又称检流计，如图1.1-1所示，指在电磁测量比较法中，用作检查微小电流或微小电压是否存在的指零仪表，或经临时校准后指示其量值的仪表。分为三类：圈转电流计、冲击电流计、光电放大式电流计。图1.1-1电流计1.1.1圈转电流计利用永久磁铁的磁场对载流线圈作用的原理制成的一种电流计。它的主要结构有固定的永久磁铁和活动的线圈。在图1中，动圈由悬丝（或带）悬挂，悬丝除了提供微小2的恢复力矩外，还用作通入动圈电流的引线，动圈的另一引线是下螺旋，在动圈的上端装有反射小镜，利用它对光线的反射来指示活动部分的偏转。在距小镜一定距离处安装一标尺，由小灯产生的狭窄光束投向小镜，经小镜反射到标尺上，形成明晰的光标，以指示活动部分的偏转角。这种电流计的灵敏度很高,但极易受外界振动的影响,使用时应将它固定安装在稳固位置或坚实墙壁上，所以又称为墙式电流计。常用作灵敏电桥和电位计的平衡指示器。一般电桥上装的电流计，实质上是一个下标量值的圈转微安计。圈转电流计示意图如图1.1.1-1所示。图1.1.1-1圈转电流计结构示意图1.1.2冲击电流计它的结构原理与圈转电流计相同，可用来测量微小短暂脉冲电流所迁移的电荷量。它被广泛应用于磁测量中，也可用于测量电容和高电阻等。冲击电流计可动部分的转动惯量较大，其自由振荡周期较长，而脉冲电流通过的时间比电流计的振荡周期短得多，可以认为脉冲电流全部流过电流计后，电流计才开始偏转。结果通过的脉冲电荷量正比于第一次最大的摆角。冲击电流计的技术特性一般用电荷量灵敏度（或电荷量常数，它等于电荷量灵敏度的倒数）和振荡周期来说明。电荷量常数可达10-9库/分度，振荡周期可达20～30秒。冲击电流计如图1.1.2-1所示。3图1.1.2.1冲击电流计1.1.3光电放大式电流计圈转电流计本身的结构特点和空气中布朗运动的影响，限制了灵敏度的提高。采用光电放大原理制成的光电放大式电流计可以使电流灵敏度进一步提高。其电流计常数达10-11安/分度，而且具有稳定可靠、使用方便等优点，目前在精密电测技术中已广泛应用。1.2电流计的灵敏度电流灵敏度通常是以在标准镜尺距下单位被测电流给出的偏转格数来确定的，它说明圈转电流计的技术特性，它的大小与活动线圈所在处的磁场强弱和线圈面积、匝数及悬丝的弹性有关。电流灵敏度的倒数叫做电流计常数。电压灵敏度是指电流灵敏度和全临界电阻的比值。1.3电流计的运动特性电流计的活动部分本身具有一定的惯性，在测量过程中它由运动状态到达最后的稳定位置需要有一个过程，这个过程统称为阻尼运动。在不同的阻尼情况下电流计的活动部分有不同的运动特性,其特性曲线在阻尼很小时，它将围绕最后稳定位置作减幅摆动,经过相当长的时间才逐渐静止在最后稳定位置,称为欠阻尼运动；在阻尼很大时，则电流计活动部分将不摆动而缓慢到达最后稳定位置，这种状态是过阻尼运动；如果阻尼由小增大到某一数值时，活动部分以最短时间趋于终点而不越过终点位置，这种状态称为临界阻尼运动。电流计阻尼作用的强弱是和外接电路的电阻大小有关的，因为动圈在磁场中运动时由于切割磁感应线会产生感应电动势，引起与外接电阻大小有关的电流，它和永久磁铁的磁场相互作用产生阻尼力矩，使电流计正好工作在临界阻尼运动情况下的外接电阻的值，称为外临界电阻。电流计应该运用在临界阻尼或微欠阻尼情况下，否则应接入分流器或附加电阻以相匹配，但灵敏度会有所下降。1.4冲击电流计的工作原理4冲击电流计的结构与灵敏电流计相似，都属于磁电式检流计，它的结构特点，也就是它与一般灵敏电流计的区别在于它的线圈扁而宽或带一圆盘形重物，如