基于單片機的數(shù)字安時表設計

基于單片機的數(shù)字安時表設計

0安時表顯示電路時間表是湖南省電氣工業(yè)中的一個特殊機器，用于衡量工作量和勞動時間的累積。電化學領域的工作電流雖然是直流電流,但電流的大小卻在不同的工作時間區(qū)域內變化,因此不能簡單的由通電的時間和電流的乘積獲得累計安時值,要想計量或控制安時量,就必須使用安時表。安時表的主要功能是通過直接計量累積的電量來間接控制電池的充放電時間或金屬鍍層的厚度。由于行業(yè)特點,安時表的使用環(huán)境相對比較復雜,故對安時表的設計有嚴格的要求,尤其在抗干擾能力、可靠性及安全性等方面要求較高。采用集成電路和單片機設計了具有現(xiàn)時電流顯示、累積安時顯示及預置安時值等功能的安時表,在可靠性、安全性及抗干擾性能等方面都很優(yōu)良。該安時表主要包括電流采樣放大電路、電流測量顯示電路、A/D轉換電路、單片機、計數(shù)顯示電路。首先由電流采樣電路得到與工作電流成正比的電壓量,對此電壓量進行線性放大,分別送給電流測量顯示電路和A/D轉換電路,由電流測量顯示電路讀出現(xiàn)時的電流值;同時,由A/D轉換電路得到頻率與輸入電壓量成正比的脈沖信號,再輸入到單片機內經(jīng)過編程實現(xiàn)安時值,然后再通過脈沖信號計數(shù)顯示便得到了累積的安時值。1安時顯示模塊安時表的設計共分為三個模塊:模數(shù)轉換模塊、單片機控制模塊、LED顯示模塊。系統(tǒng)結構如圖1所示。利用模數(shù)轉換將模擬量轉換為數(shù)字量,單片機控制模塊實現(xiàn)所需安時功能,再把實現(xiàn)的安時值用顯示模塊顯示出來。對應的硬件電路如圖2所示,其中AT89C51作為控制器,以控制其余兩個模塊,模擬電流送入ADC0809中轉換成二進制的數(shù)字信號送入AT89C51的P2口中,經(jīng)過軟件編程實現(xiàn)安時功能,再把所計算出來的安時值通過四位共陽數(shù)碼管顯示出來。2軟件方案的設計2.1主要模塊的軟件設計Protues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的EDA工具軟件,它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真單片機及外圍器件。Proteus從原理圖布圖、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真,一鍵切換到PCB設計,真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品地完整設計,是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺。其處理器模型支持8051、HC11PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等,2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器,并持續(xù)增加其他系列處理器模型。Protues軟件具有其他EDA工具軟件(例:multisim)的功能。這些功能是:(1)原理布圖;(2)PCB自動或人工布線;(3)SPICE電路仿真。PROTUES不僅可將許多單片機實例功能形象化,也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果,后者則是實物演示實驗難以達到的效果。KeilC51是美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng),與匯編相比,C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢,因而易學易用。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具,全Windows界面。KeilC51生成的目標代碼效率非常高,多數(shù)語句生成的匯編代碼緊湊,容易理解,在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。C51與ASM-51相比,有如下優(yōu)點:對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解,僅要求對8051的存貯器結構有初步了解;寄存器分配、不同存貯器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可由編譯器管理;程序有規(guī)范的結構,可分成不同的函數(shù),這種方式可使程序結構化;具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力,改善了程序的可讀性;提供的庫包含許多標準子程序,具有較強的數(shù)據(jù)處理能力;由于具有方便的模塊化編程技術,使已編好的程序很容易地移植。2.2adc模塊的管腳和采樣軟件部分包括初始化程序、延時子程序、A/D轉換子程序、LED顯示子程序四部分。系統(tǒng)初始化包括ADC初始化、LED顯示初始化,默寫參數(shù)的設定等。對ADC0809和單片機以及LED顯示的引腳進行定義,從而確定從ADC0809的OUT0～OUT7輸出送到單片機的P2.0～P2.7,再從單片機的P0.0～P0.7輸出到LED顯示器顯示出來。設置單片機和ADC0809的某些特殊管腳,如:有的管腳接地或接電源要特別注意,單片機的晶振和復位一定也要接好,以保證它們能正常運行。ADC模塊要注意設置它的采樣速率,還要判斷它的轉換是否完成,根據(jù)要求設置1s采樣一次,采樣完后將采樣值轉換成所需值由數(shù)碼管顯示出來,否則,繼續(xù)等待。根據(jù)上面的設計思想,整體設計程序流圖如圖3所示。3電流15a時,運行1h的安時數(shù)仿真實驗模擬輸入不同的電流值,根據(jù)不同的運行時間測出相應的安時數(shù)。圖4顯示的是電流15A時,運行1h的安時數(shù)。表1顯示了不同電流值與運行時間所得到的安時值。通過表中的實驗結果可以看出,設計的安時表能夠準確地測量安時量,系統(tǒng)誤差小于1%。4仿真實驗和結果設計了以80C51、ADC0809為核心的數(shù)