基于51單片機(jī)的電流檢測裝置設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)電子儀器的要求也不斷提高。電源作為電路的動(dòng)力源泉更是扮演著越來越重要的角色，不論是學(xué)校實(shí)驗(yàn)室還是維修中心都離不開實(shí)驗(yàn)電流源，然而傳統(tǒng)的電流源不論是在控制精度還是輸出特性上都無法滿足要求。

隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展和D/A，A/D技術(shù)的不斷成熟使得數(shù)控電源成為可能，數(shù)控電流源不論是在控制精度還是在可操作性上都有傳統(tǒng)電源無法比擬的優(yōu)勢。

下面是一款簡單的基于51單片機(jī)的電流檢測裝置

1 設(shè)計(jì)方案

圖 1 所示為本系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖。結(jié)合實(shí)際需求，該系統(tǒng)由以單片機(jī)為核心的主控模塊和功率放大模塊、顯示模塊及測幅測頻模塊等構(gòu)成。主控部分接收、處理由測幅模塊提供的數(shù)據(jù)，并將分析結(jié)果通過顯示模塊呈現(xiàn)，保證使用者可隨時(shí)查看系統(tǒng)電流的大小。

1.1 主控模塊

主控模塊使用貼片式增強(qiáng)型 STC15 系列單片機(jī)，具有功耗低、內(nèi)部自帶高速 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，寬電壓和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 功率放大電路

功率放大的主要作用是對(duì)設(shè)備采集的微小電流信號(hào)進(jìn)行放大。攻率放大模塊是基于 TDA2030 的功率放大模塊，性能優(yōu)良，被廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄音機(jī)、中功率音箱等設(shè)備。該模塊具有體積小、輸出功率大、失真小等特點(diǎn)，由電容、電阻、TDA2030 芯片和其外圍電路組成。功率放大電路原理如圖 2 所示。

1.3 測幅和測頻電路

系統(tǒng)使用測頻電路和測幅電路來準(zhǔn)確測量電路電流的頻率和幅度。測頻電路由電壓比較器構(gòu)成（文中采用 LM393 作為電壓比較器芯片）。測幅電路選用半波整流電路。由于二極管存在壓降以及線圈測量信號(hào)較小等問題，故決定采用運(yùn)算放大器擴(kuò)大其信號(hào)倍數(shù)，在加法器輸入端加上二極管的反向壓降，以測量輸入到系統(tǒng)中的小幅電流，之后再加上外圍電路組成測頻電路和測幅電路，原理如圖 3 所示。

1.4 OLED顯示模塊

OLED 顯示模塊由于同時(shí)具備自發(fā)光、無需背光源、對(duì)比度高、厚度薄、視角廣、反應(yīng)速度快、可用于撓曲性面板、使用溫度范圍廣、構(gòu)造及制程較簡單等優(yōu)異特性，被認(rèn)為是下一代平面顯示器的新興應(yīng)用技術(shù)，分辨率比較高，可顯示漢字。我們使用 OLED 顯示屏的 SPI 串口模式顯示被測數(shù)據(jù)。單片機(jī)處理由測量端傳來的微小電流，通過 SPI 總線將二進(jìn)制數(shù)組傳輸?shù)?OLED 液晶顯示屏，顯示屏上可標(biāo)注對(duì)應(yīng)的端口。在 OLED 上對(duì)被測數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)刷新，讓使用者可以清晰觀察到電路中電流的數(shù)據(jù)變化 ［2-3］。OLED 顯示模塊原理如圖 4 所示。

2 軟件設(shè)計(jì)流程

該系統(tǒng)采用模塊化思想，使用 C51 語言在 Keil5 環(huán)境下完成。圖 5 所示為系統(tǒng)流程圖。從圖中可知，程序初始化后調(diào)用 STC15 集成在單片機(jī)內(nèi)部的 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，并將其初始化，同時(shí)初始化 OLED 液晶顯示屏，在主函數(shù)中檢測電路中傳來的電流模擬信號(hào)，通過 I/O 口傳送給單片機(jī)，與此同時(shí)，模擬信號(hào)通過 A/D 轉(zhuǎn)換模塊把信號(hào)的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，通過算法將實(shí)際電流計(jì)算出來，再通過 I/O 口將數(shù)據(jù)傳送給OLED 液晶顯示屏，由 OLED 顯示屏將實(shí)際電路中的電流準(zhǔn)確地顯示在屏幕上 ［4-6］。