基于AVR单片机的电压电流测量.doc

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. 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： 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51系列单片机作为系统控制器。51系列单片机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。 按键选择： 方案一：采用普通按键实现电压电流测量