基于STC89C52单片机的数字电流电压表设计

CHANBAEK 2023-03-31 3363

描述

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：

采集电路

（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：

采集电路

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

采集电路

（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：

采集电路

（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：

采集电路

（4）总体电路

采集电路

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：

采集电路

（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
    DelayMs(500);          //延时有助于稳定
  }
}

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