请问怎样去设计一种基于51单片机的数字电流电压表

怎样去设计一种基于51单片机的数字电流电压表的硬件部分？
怎样去设计一种基于51单片机的数字电流电压表的软件部分？

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王雷

2021-9-15 16:38:04

　　1.简述
　　本文介绍了基于STC89C52单片机为核心，分别以ACS712-05芯片和串联分压电路为为电流检测和电压检测电路，并通过AD0809数模转换芯片对电压信号进行采集和转换，传输给单片机进行处理，最后将处理后的电压值和电流值通过LCD1602显示屏显示出来。
　　2.硬件设计
　　本设计的硬件主要分为5部分，分别为：单片机最小系统、电流信号采样电路、电压信号采集电路、ADC转换电路、LCD1602显示屏电路。硬件框图如图：
　　

　　（1）电流信号采集电路
　　电流信号采集电路采用了ACS712-05芯片，该芯完全基于霍尔感应的原理设计，由一个精确的低偏移线性霍尔传感器电路与位于接近IC表面的铜箔组成、，电流流过铜箔时，产生一个磁场，霍尔元件根据磁场感应出一个线性的电压信号，经过内部的放大、滤波、斩波与修正电路，输出一个电压信号，该信号从芯片的第七脚输出，直接反应出流经铜箔电流的大小。具体电路如图：
　　

　　ACS712根据尾缀的不一样，量程分为三个规格：±5A、±20A、±30A，此次使用的量程为 ±5A，由于ADC转换芯片只能识别正压信号，所以电流的量程为0~5A。ACS712-05电流电压对应关系如下图，Ip=0A即没有输入电流的时候，对应输出电压为2.5V.精确度为185mV/A即为图中斜线的斜率。取VCC=5V，计算公式为：
　　Vout = 2.5 + 0.185*Ip
　　

　　（2）电压信号采集电路
　　电压信号采集电路相对简单，主要使用了两个电阻作为串联分压电路，分压比为3。比如当检测表笔检测15V的电压时，由于分压比为3，R3端的电压为5V。如果需要提高测试电压的量测，可以更改分压比。（注意：在选用分压电阻时，尽量选择阻值大一点的电阻，不然电阻过小会导致输入电流过大；此电路也只适用于测试输入阻抗较大的电路上的电压，不然测试出来的误差较大）；电路如图：
　　

　　（3）ADC转换电路
　　本次ADC转换电路采用了PCF8591芯片，该芯片是一个单电源低功耗的8位CMOS数据采集器件，即分辨率为256，具有4路模拟输入，1路模拟输出和一个串行I2C总线接口用来与单片机通信。此电路将电流信号和电压信号进行转换后传送给单片机。电路如图：
　　

　　（4）总体电路
　　

　　3.软件设计
　　软件流程相对简单，当单片机上电后，程序对各个模块进行初始化后，进入循环，定时检测电流及电压值，并将最新的数据显示在显示屏上。程序流程如图：
　　（1）主函数
　　void main （void）
　　{
　　unsigned char midvolt，midcur; //电压电流中间变量值
　　Init_Timer0（）; //定时器0初始化
　　UART_Init（）; //串口初始化
　　LCD_Init（）; //初始化液晶
　　DelayMs（20）; //延时有助于稳定
　　LCD_Clear（）;
　　sprintf（dis0，“My Designer！！ ”）;//打印
　　LCD_Write_String（0，0，dis0）;//显示第一行
　　sprintf（dis0，“V：%3.2fv A：%3.2fA”，Volt，Acurrent）;//打印电压电流值
　　LCD_Write_String（0，1，dis0）;//显示第二行
　　uartSendStr（“reday ok！！”，10）;
　　while （1） //主循环
　　{
　　midvolt=ReadADC（1）; //读取AD检测到的电压值
　　DelayMs（50）; //延时有助于稳定
　　midcur=ReadADC（0）; //读取电流转化后的电压值
　　Volt=（float）midvolt*5.13/255*3; //计算出电压 *3表示分压值
　　Acurrent=（float）midcur*5.13/255; //计算出电流
　　if（Acurrent》2.62） //如果电流转换后的电压值超过2.62
　　{
　　Acurrent=（Acurrent-2.62）/0.185; //电流模块电压转换计算
　　}
　　else
　　{
　　Acurrent=0;
　　}
　　sprintf（dis0，“V：%3.2fv A：%3.2fA”，Volt，Acurrent）;//打印电压电流值
　　LCD_Write_String（0，1，dis0）;//显示第二行//
　　uartSendStr（dis0，16）; //串口上报//
　　uartSendStr（“n”，1）; //换行
　　DelayMs（500）; //延时有助于稳定
　　}
　　}
　　详细完整的程序，可下载源码。

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李继明

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