毕业答辩演讲稿---电流检测与显示系统设计课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,毕业答辩,题目:,电流检测与显示系统设计,答辩人：侯君言,指导老师:钮王杰 王新海,毕业答辩题目:电流检测与显示系统设计,1,2 方案设计,2.1 方案比较与选择,2.1.1 系统方案的选择,方案一：采用数字电路来搭建，可选用CPLD等可编程逻辑器件。这种方案电路复杂，灵活性不高，效率低，不利于系统的扩展，对传送的信号处理比较困难。,方案二：采用AT89S51单片机作为系统的控制单元，通过A/D转换将被测值转换为数字量送入单片机中，再由单片机来送显。此方案各类功能易于实现，能很好的满足题目的设计与要求，而且成本低、功耗低。,综上所述，本设计采用第二种方案。,2 方案设计2.1 方案比较与选择2.1.1 系统方案的,2,2.1.2 电流检测电路的选择,方案一：电阻检测法。在电流路径中以串联的方式插入一个低阻值的检测电阻会形成一个小的电压降，该压降可被放大从而被当做一个正比于电流的信号。但是，利用电阻检测电流的需要根据具体应用环境和检测电阻的位置，这种技术将对检测放大器造成不同的挑战。而且在实际电路设计时，特别在设计大功率、大电流电路时采用电阻检测的方法并不理想，检测电阻损耗大。,方案二：电流互感器检测法。电流互感器的作用是把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。,实际应用中在大功率电路检测电流时实用的是电流互感器。电流互感器检测在保持良好波形的同时还具有较宽的带宽，电流互感器还提供了电气隔离，并且检测电流小，损耗也小，检测电阻可选用稍大的值，如20欧的电阻。所以本设计中选用电流互感器检测法。,2.1.2 电流检测电路的选择方案一：电阻检测法。在电流路,3,2.1.3 A/D转换器的选择,方案一：选用AD574。AD574的数字量位数可设成8位也可以设为12位，且无需外接CLOCK时钟，转换时间达到25s，输出模拟电压可以是单极性的0-10V或0-20V，也可以是双极性的5V或10V之间。AD574精度高，但与8位的单片机接口较复杂，且价格昂贵，考虑到体温计是对温度的测量，其响应时间的要求不高，故不选用此方案。,方案二：选用ICL7135。这类芯片比较适合于低速测量仪器，适用于精度高、速度要求不高的系统设计中。ICL7135的输出为动态扫描BCD码，与单片机的接口较复杂，且它的满量程输入为2V，如在本设计中使用要进行衰减，较难保证转换精度，故不用此方案。,方案三：选用MCP3204。MCP3204使用SPI协议兼容的简单串行端口与器件通信。器件的转换速率可高达100ksps。MCP3204器件具有2.7V至5.5V的宽工作电压范围。低电流设计使它仅消耗500nA和320A的典型待机电流和工作电流。但价格较高且不宜购买。,。,2.1.3 A/D转换器的选择方案一：选用AD574。AD,4,方案四：选用A/D0809。ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码 器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1）。多路开关可选通8个模拟通道，许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。且价格低廉，在实验中应用较多便于购买,综上所述，AD0809DE功耗、成本和精度各方面符合本设计要求，本设计采用A/D0809作为A/D转换器,方案四：选用A/D0809。ADC0809 是8 位逐次逼近,5,2.1.4 显示器件的选择,方案一：采用LED液晶显示屏，液晶显示屏的显示功能强大，可显示大量文字、图形，显示多样，清晰可见，但是价格昂贵，需要的接口线多，所以在此设计中不采用LED液晶显示屏。,方案二：采用LED数码管动态扫描，LED数码管价格适中，对于显示数字最合适，而且采用动态扫描法与单片机连接时，占用的单片机口线少。所以采用了LED数码管作为显示。,2.1.4 显示器件的选择方案一：采用LED液晶显示屏，液,6,2.2 设计方案,本设计采用互感器电流检测法，电流互感器将待测大电流通过变比转换为数值较小的电流，再通过电流互感器的副级检测电阻转化为电压，取样回来的电压经过二极管和电容组成的峰值检波电流送入A/D转换为数字量，数字信号被单片机识别后进行数据处理转换为实际电流值，并将实际电流值送数码管显示。温度的检测是通过DS18B20温度传感器来实现。同时本设计还增加了掉电存储功能。系统设计框图如图2-1所示。,2.2 设计方案本设计采用互感器电流检测法，电流互感器将待,7,温度传感器,单片机,电流互感器,峰值检波,A/D转换,显示,报警,EEPROM,继电器,温度传感器电流互感器峰值检波A/D转换显示报警EEPROM继,8,3 系统硬件设计,3.1 电流检测电路,3.1.1 电流互感器工作原理,在测量交变电流的大电流时，为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流（我国规定电流互感器的二次额定为5A或1A），另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将高电流按比例转换成低电流，电流互感器原边接在一次系统，副边接测量仪表、继电保护等。,电流互感器工作原理、等值电路与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，与电流互感器副边负载无关,3 系统硬件设计3.1 电流检测电路3.1.1 电流互感,9,电流互感器工作原理、等值电路与一般变压器相同，只是其原边绕组串联在被测电路中，且匝数很少；副边绕组接电流表、继电器电流线圈等低阻抗负载，近似短路。原边电流（即被测电流）和副边电流取决于被测线路的负载，与电流互感器副边负载无关。,原边只有1到几匝，导线截面积大，串入被测电路。副边匝数多，导线细，与阻抗较小的仪表(电流表/功率表的电流线圈)构成闭路。电流互感器的运行情况相当于副边短路的变压器，电流互感器原边电流I1与副边电流I2的比，叫实际电流比，且有公式：I1/I2=N2/N1=k。,电流互感器工作原理、等值电路与一般变压器相同，只是其原边绕组,10,3.1.2 LM324简介,LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著的优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流大致为MC1741的静态电流的五分之一（对每一个放大器而言）。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。输出电压范围也包含负电源电压。功能特性如下：,短路保护输出；,真差动输入级；,单电源工作：3.0伏至32伏；,低输入偏置电流：最大100纳安；,每一封装四个放大器；,内部补偿；,共模范围扩展到负电源；,行业标准引脚输出；,在输入端的静电放电箔位增加可靠性而不影响器件的工作。,管脚连接图如图3-1所示。,3.1.2 LM324简介LM324系列器件为价格便宜的带,11,毕业答辩演讲稿-电流检测与显示系统设计课件,12,3.1.3 电流检测电路设计,该部分电路设计如图3-2所示。电流互感器将大电流转换为小电流，由原边电流与副边电流=匝数反比即I1/I2=N2/N1=k得，副边电流I2=N1I1/N2=I1/k，电流经200的采样电阻转换为电压。因为市电为正弦波，所以电压经D1和C1组成的峰值检波电路后得到电压的峰-峰值。电路中LM324和二极管D2组成电压保持电路。该电压值输入A/D转换为数字量。,3.1.3 电流检测电路设计 该部分电路设计如图3-2所示,13,毕业答辩演讲稿-电流检测与显示系统设计课件,14,3.2 A/D转换电路,3.2.1 A/D0809简介,ADC0809 是8 位逐次逼近型A/D转换器。它由一个8路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成（见图1）。多路开关可选通8个模拟通道,允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。,2、AD0809 的工作原理,IN0IN7：8 条模拟量输入通道,ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。,地址输入和控制线：4条,3.2 A/D转换电路3.2.1 A/D0809简介AD,15,ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和C 为地址输入线，用于选通IN0IN7 上的一路模拟量输 入。通道选择表如下表所示。,C B A 选择的通道,0 0 0 IN0,0 0 1 IN1,0 1 0 IN2,0 1 1 IN3,1 0 0 IN4,1 0 1 IN5,1 1 0 IN6,1 1 1 IN7,ALE 为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电,16,数字量输出及控制线：11 条,ST 为转换启动信号。当ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行A/D转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。当EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行A/D 转换。OE为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1，输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出线。,CLK为时钟输入信号线。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，,通常使用频率为500KHZ，,VREF（），VREF（）为参考电压输入。该部分电路设计如图3-4所示。,数字量输出及控制线：11 条,17,毕业答辩演讲稿-电流检测与显示系统设计课件,18,3.3 单片机控制电路,3.3.1 单片机简介,单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域，如温度等物理量的测量、与计算机联网构成二级控制系统、楼宇自动通信呼叫系统、超声诊断设备及病床呼叫系统等。此外，单片机在工商、金融、科研、教育、国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。20世纪80年代初，在MCS-48系列单片机的基础上，Intel公司推出了MCS-51系列8位高档单片机。从系统结构上看，它们不仅具有相同的地址空间和寻址方式，相同的指令系统，甚至连引脚也完全兼容。AT89S51具有价格便宜，性能优良，可在线编程等特点。,AT89S51的性能参数：,兼容MCS-51内核单片机。,4Kbytes可在线编程Flash存储器，可有效擦出/读写1000次。,工作电压范围4.0V5.5V。,完全静态工作：0Hz33MHz。,ROM三级加密模式。,1288bit内置RAM。,3.3 单片机控制电路3.3.1 单片机简介单片机广泛应,19,32位可控I/O引脚。,2个16位的时钟源。,6个中断源。,全双工UART串行接口。,低功耗工作模式。,看门狗计时器。,两个数据指针。,快速编程特性。,ISP在线编程。,AT89S51的内部结构：MCS-51系列单片机都是在8051的基础上增加部分资源，例如程序存储器、数据存储器、I/O口、定时器/计数器及一些其他特殊部件构成的，其一般都含有8051除程序存储器外的其他基本硬件。兼容MCS-51内核系列的单片机一般可寻址64KB程序存储器，或64KB数据存储器，其内部程序存储器一般在032KB之间。AT89S51由CPU内核、程序存储器、数据存储器、I