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基于AVR单片机的电压电流测量.pdf
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电压电流测量
摘要:
本产品以 AVR 系列单片机 ATMEGA16 为控制核心,采用自带的 AD
模数转换器,按键控制电压电流测量转换,四位 LED 数码管显示。
关键词:
ATMEGA16,ADC,LED
Abstract:
This design, with the ATMEGA16 of the avr sery
singlechip as the controling core, uses the own analog-digital
converter. A key alternates the voltage and electric current
measurement. What’s more, four-byte Leds display the measurement
result.
Keywords:
ATMEGA16, ADC,LED
一、总体任务分析与系统设计
1、 设计任务
设计一个电压电流的测量装置。
2、系统设计
AD 转换器将电压电流转化为数字信号,使用单片机与 AD 进行数据传输,在单片机的内
部进行处理后,在 LED 或者 LCD 上进行显示。可设计出一个选择开关,选择是进行电压还是
电流的测量.可测电压电流的范围和精度取决于 AD 的精度,分辨率越高,精度越高.
电压或电流 单片机 显示电路
按键控制
1.2.1 总体框图
二、方案论证
根据本题目要求,我们对本产品各个部分进行设计论证如下:
1、 控制器模块方案选择:
方案一:采用凌阳公司生产的 SPEC061A 单片机。单片机算术运算能力强,
软件编程灵活,自由度大,可用软件编程实现各种算法和逻辑控制功耗小,技术
比较成熟,成本较低,I/O 口较多容易实现外扩,响应速度完全达到系统要求。
但是根据本题目的实际要求,使用 61 单片机过于浪费资源,而且增加成本。
方案二:采用传统的 8 位的 51 系列单片机作为系统控制器。P89C51RD2 单
片机是一款具有 ISP/IAP 功能的单片机,它的片内具有 64K 字节 Flash 程序存储
器、1K 字节数据存储器、3 个 16 位定时/计数器,6 个中断、1 个全双工串行口
等资源。从内部构造还是编程方面 51 系列单片机都相对简单,容易掌握和使用,
价格也相对低廉。但是使用 51 单片机的话还需要外界的 ADC。
方案三,采用 PIC18F4620 单片机,PIC18F4620 采用哈佛结构,以及 RISC
指令系统单片机,其具有 1K RAM,64K FLASH,丰富的 I/O 口资源,内置 A/D,
内置 EEPROM,看门狗电路,倍频电路等丰富的外围模块,一个指令周期是四个
机器周期,运算速度快,完全能够满足我们的系统要求。但由于其不是主流单片
机,价格比较高,购买不方便,使用不广泛,放弃此方案。
方案四,周立公开发的 ARM 单片机,拥有强大的 32 位接口,但是要想很
好的运用 ARM,需要对其充分的了解,由于时间和精力,我们没有去研究那方
面的内容,而且现在市场上 ARM 比较少见,价格也比较昂贵。
方案五:ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控制器。
由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间,ATmega16 的数据吞吐率高
达1 MIPS/MHz,从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。ATMEGA16单片
机自带ADC模数转换器,方便使用。AVR系列单片机容易掌握和使用,JTAG等方便
容易上手。
经过各种方案论证和取材的方便程度,我们选择了ATMEGA16作为控制核心。
2、电压电流测量模块选择:
方案一:选用外部ADC,如AD0809,AD574等,测量精度和位数等可以选择,
分辨率、串行并行可以选择各种芯片。A/D转换器按照输出代码的有效位数分为
4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位和BCD码输出的3位、4位、5位等多种;
按照转换速度可以分为超高速(转换时间≤1ns)、高速(转换时间≤1us)、中速
(转换时间≤1ms)、低速(转换时间≤1s)等几种不同转换速度的芯片;为适应
系统集成的需要,有些转换器还将多路转换开关、时钟电路、基准电压源、二/
十进制译码器和转换电路集成在一个芯片内,超越了单纯的A/D转换功能。
方案二:ATmega16有一个10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模
拟多路复用器连接,能对来自端口A 的8 路单端输入电压进行采样。单端电压
输入以0V (GND) 为基准。器件还支持16 路差分电压输入组合。两路差分输入
(ADC1、ADC0 与ADC3、ADC2)有可编程增益级,在A/D 转换前给差分输入电
压提供0dB(1x)、20dB(10x) 或46dB(200x)的放大级。七路差分模拟输入通道共
享一个通用负端(ADC1), 而其他任何ADC 输入可做为正输入端。如果使用1x
或10x 增益,可得到8 位分辨率。如果使用200x 增益,可得到7 位分辨率。ADC
包括一个采样保持电路,以确保在转换过程中输入到ADC 的电压保持恒定。使
用方便,功能强大。
经过选择,在精度要求不高的情况下,采用自带的ADC。
3、显示器模块方案选择:
方案一:使用液晶显示屏显示键盘输入及计算结果。液晶显示屏(LCD)具有
轻薄短小,耗电量低,无辐射危险,平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势,
可视面积大,画面效果好,分辨率高,抗干扰能力强和显示形式灵活等优点。只
是编程工作量较大,控制其占用资源较多,而且成本较高。
方案二:采用 LED 显示,是由发光二极管构成的最为常用的显示器件,数
字 LED 显示器利用 7 个发光二极管显示数字,另外还有一个圆点发光二极管,
用于显示小数点。利用多个数字 LED 显示器可以显示多位数字,其优点是编程
简单,显示数字方便。数码管(LED)对环境因素要求较低,显示明亮,采用
BCD 编码显示数字。完全能够满足本实验的要求。
因此,经过选择,显示器模块选用方案二。
4、 按键选择
:
方案一:采用普通按键实现电压电流测量转换,按下即松,但是编程时比较
麻烦。
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