西华大学电气信息学院智能化测控应用系统设计报告样本.doc

目 录1 前言 12 总体方案设计 22.1 方案比较 22.1.1 方案一 22.1.2 方案二 32.1.3 方案三 32.2 方案论证 42.3 方案选取 43 单元模块设计 53.1 各单元模块功能简介及电路设计 53.2 各单元模块 53.2.1 电压电流采样模块设计 53.2.2 按键和复位模块设计 63.2.3 数码显示电路模块设计 73.2.4 电源电路设计 83.2.5 基准电压电路设计 93.3 电路参数计算及元件选取 93.4 特殊器件简介 103.4.1 TL431芯片简介 103.4.2 STC12C52A06S2单片机简介 104 软件设计 124.1 阐明软件设计原理及所用工具 124.2 软件设计构造及其功能 124.3 软件设计流程框图 135 系统调试 155.1 调试环境 155.2 硬件调试 156 系统功能、指标参数 166.1 系统能实现功能 166.2 系统指标参数测试 166.3 系统功能及指标参数分析 167 结论 188 总结与体会 199 谢辞 2010 【参照文献】 21附录1 系统原理电路图 22附录2 系统PCB图 24附录3 设计实物图 25附录4 程序代码 261.前言当今时代，电子器件广泛应用于各行各业，功率作为表征电信号能量基本参数，对其测量非常重要，当前市面上也有诸多测量功率仪器。

作为电气专业咱们，更是要掌握功率测量办法，因而，咱们选取了直流功率计设计随着单片机在各个领域广泛应用，许多用单片机作控制测量系统也应运产生，本课程制作就是运用宏晶公司STC系列单片机STC12C5A32S2编程控制LED七段数码管完毕功率大小计算和动态显示，设计中咱们通过电阻分压采样负载两端电压，通过在被测点串联一种很小电阻测其两端电压，间接进行电流采样，将所采集电压通过恰当放大后送入单片机，然后由程序控制单片机计算出被测电路直流输入功率并显示在数码管上，且能用键盘切换显示负载电压和被测点电流此外在单片机工作过程中，工作电压有变化，因此额外加入一种基准电压，以保证所采样电压精确这个功率计能测量被测负载电压不超过25V，被测电流不超过2A直流电路输入功率（精准到小数点后6位），能在两个四位七段LED数码管上直观动态显示出功率大小，并能通过键盘切换显示被测负载电压和电流大小通过本次直流功率计设计，使我更加熟悉关于单片机开发设计原理及办法，并能使自己加深了对单片机理解和运用以及掌握了单片机与外围接口办法和技巧，这些重要体当前如下方面：1. 学会了单片机总线控制方式运用，懂得了运用单片机内部A/D转化简化外部电路，节约成本，同步在此基本上扩展了某些实用性强外围电路。

2. 可以理解到LED显示屏构造、工作原理以及这种显示屏接口实例3. 如何扩展显示接口、如何驱动外围元件等4. 理解了通过电压间接测电流和电流电压同步采样办法2总体方案设计通过查阅大量有关技术资料，并结合自己实际知识，咱们重要提出了三种技术方案来实现系统功能下面我将一方面对这三种方案构成框图和实现原理分别进行阐明，并分析比较它们特点，然后阐述我最后选取方案因素2.1方案比较2.1.1方案一本方案整体思路是：依照功率计算公式，要计算功率咱们需要懂得负载电压和电流，因而一方面对电路中被测负载进行电压采样和电流采样，将采样电压送入单片机，由单片机内部集成A/D转换电路对采样进行模数转换，然后通过编写程序让单片机计算出功率并将功率大小显示在LED数码管上，且能通过按键切换显示负载电压和被测电流，由于在单片机实际工作过程中，电压有也许发生变化，为保证采集电压精确性，因而额外提供了一种基准电压方案一整体构造框图如图2-1-1所示： 被测负载电压采样电流采样 单片机 键盘显示复位晶振基准电压 图2-1-1 方案一系统构造框图2.1.2 方案二方案二总体思路是：在被测电路中进行电压采样和电流采样后，先由外部器件进行A/D转换，再送入单片机计算和显示，这里单片机只需要普通不自带A/D转换单片机就行了。

系统框图如图2-1-2所示： 被测负载电压采样电流采样 单 片 机 显示复位晶振A/D转换A/D转换键盘 图2-1-2 方案二系统构造框图2.1.3 方案三方案三总体思路就是用一种功率传感器，直接采集被测电路功率送入单片机，由单片机控制LED数码管显示出功率大小系统框图如图2-1-3所示：数码管显示被测电路功率传感器51单片机 图2-1-3 方案三框图2.2方案论证方案一电压和电流采样后采用单片机自带A/D转换器进行A/D转换，节约了成本，简化了外围电路，并且方案一外加了基准电压，使电路进行A/D转换时有基准，克服了单片机实际工作时电压不稳定状况，使测量成果更加精确，方案二采用外接A/D转换器进行数模转换，提高了成本，也使外围电路复杂化了，方案三虽然简朴，但是传感器价格昂贵，并且方案三没有起到通过这次课程设计让咱们对所学知识进行实际应用能力2.3方案选取本设计是运用单片机测量被测负载直流输入功率，并规定显示，通过以上对三个方案论证，方案一既能相对精确测量功率，还能将咱们所学知识进行实际运用，是咱们对所学知识进一步掌握，并且成本低，电路简洁明了，符合设计规定；方案二相对方案一成本较高，电路叫复杂；方案三成本高。

综合考虑咱们选取了方案一3单元模块设计3.1各单元模块功能简介及电路设计本系统重要分为电压采样，电流采样，按键复位及档位选取，数码显示，电源电路设计等模块各单元模块功能及有关电路详细阐明如下3.2 各单元模块3.2.1 电压电流采样模块设计电压和电流需要同步采样，采样方式有诸多，本次设计中咱们采用电阻分压采样电压，对于电流采样，咱们通过电压进行间接采样，详细方式是在电路中串联一种很小电阻，通过测这个很小电阻两端电压，依照得到电路电流，这个小电阻咱们运用3个和一种电阻并联得到，采样所得电压也许很小要通过恰当放大再送入单片机电路中运放OP07采用外接双电源供电电压电流采样电路如图3-2-1所示电压电流采样电路如图3-2-1所示图3-2-1 电压电流采样电路3.2.2 按键和复位模块设计单片机采用总线控制方式，由单片机P2.7、P2.6和P2.5作片选控制信号，通过74HC138译码器来选通74HC138是一种3-8译码器74HC138A、B、C与单片机P2.5、P2.6和P2.7相连通，咱们可以通过程序控制P2.5、P2.6、P2.7输出进而控制3-8译码器输出，从而达到选位目其选通状况如表3-2-2，位选电路如图3-2-2(a)。

表3-2-2P2.7 P2.6 P2.5C B A选位状况0 0 10 0 1Y1输出低电平即第1位被选中0 1 10 1 1Y3输出低电平即第3位被选中1 0 01 0 0Y4输出低电平即第4位被选中图3-2-2(a) 位选电路 当和CS3任一位为低电平时输入缓冲器74HC541工作，此时按键有效，键盘分为8个独立按键，一端与74HC541D1-D8引脚及10K上拉电阻相连，另一端接地，当任一按键按下时，D1-D8低电平有效相应Q1-Q8输出就可以对单片机P0口输入信号进行相应控制，例如KEY4可以切换数码管显示功率、电压和电流模仿量输入就是把采样电压输入单片机A/D转换引脚电路图如图3-2-2(b)所示：图3-2-2(b) 按键和复位电路3.2.3数码显示电路模块设计本设计制作中选用两个四位共阳极数码管作为显示模块，由和共同控制74HC573作为段锁存器，当她们低电平时，74HC573工作，由和共同控制75HC573作为位锁存器，位锁存器连接驱动芯片ULN2803，驱动数码管工作显示连接电路图如图3-2-3所示： 图3-2-3 数码管显示电路3.2.4电源电路设计在电路中由于咱们所用OP07运算放大器需要9V双电源供电，由于咱们测量需要稳定供电而USB供电不稳定，因此咱们自制+5V电源供电，电源电路图如图3-2-4：图3-2-4 电源电路3.2.5基准电压电路设计咱们用单片机自带AD进行A/D转换，而单片机实际工作时电压会发生变化，因此在单片机AD检测时外加TL431作为基准源，当输出电压变化时，P1.7口电压保持恒定。

电路图如图3-2-5：图3-2-5 基准电压3.3电路参数计算及元件选取由于咱们要测量范畴是，负载电压不超过25V，电流不超过2A，而单片机可以接受电压不大于5V，因此咱们电压采样时，用和电阻分压方式，这样就算电压得到25V时，咱们所采电压也只有3.261V，单片机也能正常工作，电压采样后通过一种电压跟随器，减少输出阻抗，电流采样时，通过电压间接采样，由于咱们所串联电阻很小，由3个和一种电阻并联，所采得电压也很小，通过放大单片机辨认更精确，因此放大26倍后再送入单片机3.4 特殊器件简介3.4.1 TL431芯片简介TL431是一种有良好热稳定性能三端可调分流基准电压源它输出电压用两个电阻就可以任意地设立到从Vref（2.5V）到36V范畴内任何值TL431特点： •可编程输出电压为36V •电压参照误差：±0.4％ ，典型值@25℃（TL431B） •低动态输出阻抗，典型0.22Ω •负载电流能力1.0mA to 100mA •等效全范畴温度系数50 ppm/℃典型 • 温度补偿操作全额定工作温度范畴 •低输出噪声电压TL431引脚图:图3-4-1 TO92 封装引脚3.4.2 STC12C52A06S2单片机简介STC12C5A60S2系列单片机是由宏晶科技生产单时钟/机器周期（1T）单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰新一代8051单片机，指令代码完全兼容老式8051单片机，但速度要快8—12倍，内部集成8路高速10位A/D转换（250K/S）。

STC12C5A60S2单片机管脚图如图3-4-2图3-4-2 STC12C5A60S2单片机引脚图4 软件设计4.1 阐明软件设计原理及所用工具本系统程序设计使用Keil uVision3软件进行编写，编译，链接，软件调试等目的单片机型号为STC12C5A32S2，该单片机具备完全兼容51单片机，功耗小，内部资源丰富，价格便宜等长处；本设计应用单片机内部自带A/D完毕电压、电流样本采集该系统程序重要功能是对电压、电流信号和基准电源进行同步采集，然后依照采样比例计算出实际电压、电流和功率，再转换成相应显示码，由8位数码管显示出成果功率或者电压和电流显示通过按键进行切。