51单片机的数字电流表设计+C语言源码+电路图+仿真图(2)
图1 系统基本框图
2. 电流测量系统硬件设计
硬件电路设计大体上分为数据采集电路、A/D转换电路、主控电路、LED显示电路、报警电路等。其中，数据采集电路采用ACS712系列芯片，A/D转换电路选择的芯片是ADC0808，主控电路的核心器件是AT89S51单片机，LED显示电路则采用吹冰位一体的数码管显示，报警电路设计用蜂鸣器。
2.1 数据采集电路设计
在对数据进行采集的时候，首先得把输入的电流信号转化为电压信号，这样才能够进行数据采集。因为在设计中对电压信号的处理，其功耗要比电流信号小很多。针对电压信号的处理也比对电流信号的处理简单许多。因此在集成电路的设计中，绝大多数芯片都是以电压信号为对象进行处理的。在传统的数字电流表设计中，在进行电流转换为电压的这一过程时，一般是设计一个转换电路，比较复杂，同时由于元器件本身性能的关系也会造成转换过程中的精度降低，数据不准确的缺点。本系统设计为解决这些问题，选用了一种能够将电流转换为电压的芯片—ACS712电流测量芯片，它能够将输入的电流转化为相应精确比例的电压，使电流表设计更加简单化、高精度化。
2.1.1 ACS712电流芯片介绍
ACS712电流测量芯片内部有精确度非常高的霍尔传感电路，此电路具有低偏置线性等特性，同时它有用铜制成的电流路径靠近晶片的表面[1]。被测电流在通过该电流路径后，会变成能够令晶片感应到并且具有与被测电流有着非常准确比例的电压。安置在电流电路里的电阻特别的小，故该电流测量芯片的功率损耗比较低。同时特别值得注意的有，由于铜线的粗细使得器件在比较大的电流流过的时候，其性能不受影响，因此该芯片可以测量较大范围的电流。ACS712电流测量芯片有三种型号,根据其能够测量的电流范围等指标进行分类。第一种为ACS712 ELCTR-5B-T,该芯片能够测量的电流范围是-5A~+5A，第二种型号是ACS712 ELCTR-20A-T，此测量芯片的最大测量电流为20A，最后一类电流测量芯片能够测量的范围最大，可测得-30A~30A的电流。这三种芯片的在零下40度到85度的温度内都能正常工作，芯片性能受温度变化的影响不大。在该数字电流表的设计中，所选用的电流测量芯片是最后一类芯片—ACS712 ELCTR-30A-T，除了该芯片能够测量的电流范围最大这个优点外，该芯片的温控性能最好，几乎不受外界温度变化的影响，同时该芯片还具有输出灵敏度高的特点。
图2 输出电压与检测电流的函数关系特性曲线
ACS712 ELCTR-30A-T测量芯片的输出电压与检测电流的函数关系特性曲线如图2所示。在该特性曲线中我们可以看出，芯片输出电压Vout与需要检测的电流Ip成比例，并且可以看出看出电流转换为电压后的最大输出电压为4.5V，最小输出电压为0.5V，即量程为4V。
2.1.2 ACS712硬件设计说明
ACS712 ELCTR-30A-T硬件电路图如图3所示。为了使该芯片能够承受最大的电流，该芯片在此电路图中已将1、2(IP+)端口和3、4端口（IP-）分别短接在一起，即图中的1/2(IP+)端口和3/4(IP-)端口，然后将两端口短接在一起，作为被测电流的输入端口[2]。同时给该芯片的端口5接地，端口8接电源，端口6串接一个1 nF的电容，增加电容不仅能增加频带的宽度，还能增加该芯片的抗干扰能力。