數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)

1、 課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 單片機(jī)原理與應(yīng)用 課題名稱 數(shù)字電壓表 專 業(yè) 自動(dòng)化 班 級(jí) 1002 學(xué) 號(hào) 姓 名 指導(dǎo)教師 林國漢、王迎旭、李 曉 秀 、汪超、周向紅等 2013年6月7日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課程名稱 單片機(jī)原理與應(yīng)用 課 題 數(shù)字電壓表 專業(yè)班級(jí) 自動(dòng)化1002 學(xué)生姓名 肖鳳 學(xué) 號(hào) 201001020206 指導(dǎo)老師 林國漢 審 批 任務(wù)書下達(dá)日期 2013年 6 月 7日任務(wù)完成日期 2013年 6 月 21日設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：對(duì)多路模擬電壓進(jìn)行采集并進(jìn)行顯示。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括(1) 利用多通道A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)多路電壓進(jìn)行采集，循環(huán)顯示采集到的電

2、壓值及通道號(hào)，顯示精度精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位；(2) 采用LED進(jìn)行顯示(3) *能通過按鍵選擇所采樣的通道(4) *采用LCD(1602或者12864)進(jìn)行顯示設(shè)計(jì)要求：1）確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案； 2）進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，并用PROTEL軟件繪制詳細(xì)完整的電路圖*；3）完成必要的參數(shù)計(jì)算與元器件選擇；4）完成應(yīng)用程序設(shè)計(jì)及系統(tǒng)PROTEUS仿真；5）進(jìn)行軟硬件調(diào)試；主 要 設(shè) 計(jì) 條 件1、 單片機(jī)開發(fā)實(shí)驗(yàn)臺(tái)/PROTEUS軟件/單片機(jī)開發(fā)板2、 PC機(jī)3、 萬用表說 明 書 格 式1. 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2. 目錄3. 系統(tǒng)總體方案選擇與說明4. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理5. 各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方

3、法6. 軟件設(shè)計(jì)與說明（包括流程圖）7. 調(diào)試結(jié)果與必要的調(diào)試說明8. 使用說明9. 程序清單10、總結(jié)11、參考文獻(xiàn)附錄附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 程序清單進(jìn) 度 安 排設(shè)計(jì)時(shí)間為兩周第一周星期一、上午：布置課題任務(wù)，講課及課題介紹 下午：借閱有關(guān)資料，總體方案討論星期二、確定總體設(shè)計(jì)方案星期三、硬件模塊方案設(shè)計(jì)星期四、軟件模塊方案設(shè)計(jì)星期五、各硬件模塊設(shè)計(jì)第二周星期一、各硬件模塊設(shè)計(jì)星期二、各軟件模塊設(shè)計(jì)星期三、各軟件模塊設(shè)計(jì)星期四、寫說明書星期五、上午：寫說明書，整理資料下午：交設(shè)計(jì)資料，答辯參 考 文 獻(xiàn)1、單片機(jī)原理及應(yīng)用李建忠 編 西安電子科技大學(xué)出版社2、單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技

4、術(shù) 高峰 編 電子工業(yè)出版社3、單片機(jī)應(yīng)用新技術(shù)教程鄒逢興 編 高等教育出版社4、16位微型計(jì)算機(jī)原理接口及其應(yīng)用 朱宇光 編 電子工業(yè)出版社5、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) 吳秀清 編 中國科學(xué)技術(shù)出版社6、微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù) 鄧亞平 編 清華大學(xué)出版社7、單片機(jī)原理及及應(yīng)用 王迎旭 編 機(jī)械工業(yè)出版社目錄第1章系統(tǒng)總體方案選擇與說明11.1 方案選擇11.2 說明1第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理22.1 系統(tǒng)框圖22.2 工作原理2第章各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法33.1A/D轉(zhuǎn)換電路33.2 顯示電路43.3 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路43.3 顯示數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)5第4章 軟件設(shè)計(jì)與說明64.1主程

5、序設(shè)計(jì)64.2 A/D轉(zhuǎn)換程序74.3 LCD顯示程序7第章調(diào)試8.軟件調(diào)試8.仿真9第6章 使用說明9第7章 總結(jié)10附錄A 系統(tǒng)原理圖11附錄B 程序清單1219第1章系統(tǒng)總體方案選擇與說明1.1 方案選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用ADC0809實(shí)現(xiàn)對(duì)8路數(shù)據(jù)采集，LCD1602顯示。單片機(jī)P1與ADC0809相連，P0與LCD1602連接。模擬信號(hào)通過IN0IN7輸入到ADC0809中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，P1獲得此值后，經(jīng)過處理得到每位的數(shù)據(jù)后，通過P0口寫數(shù)據(jù)到LCD屏上。1.2 說明ADC0809是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址

6、碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點(diǎn)，而且不需要外加驅(qū)動(dòng)電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中最常用的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個(gè)字符。第2章 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖與工作原理2.1 系統(tǒng)框圖 P0 P1 P2 P3LCD顯示時(shí)鐘電路A/D轉(zhuǎn)換電路路復(fù)位電路模擬量輸入圖1 系統(tǒng)框圖 2.2 工作原理+5V模擬電壓信號(hào)通過變

7、阻器RV分壓后由ADC08008的IN通道進(jìn)入，經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字量經(jīng)過其輸出通道D0-D7傳送給AT89C51芯片的P1口，AT89C51負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)字量經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，產(chǎn)生正確的二進(jìn)制數(shù)碼經(jīng)過算法轉(zhuǎn)化成十六進(jìn)制數(shù)，然后將數(shù)據(jù)送往顯示緩沖區(qū)，最后單片機(jī)通過調(diào)用LCD顯示子程序，進(jìn)行循環(huán)顯示；同時(shí)它還通過其它的I/O口P3.0控制LCD寄存器選擇信號(hào)，P2.7控制LCD讀/寫選擇信號(hào)，P3.1控制LCD使能信號(hào)。此外，AT89C51還控制ADC0809的工作。其中，單片機(jī)AT89C51通過P2.4發(fā)正脈沖啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，P2.3檢測A/D轉(zhuǎn)換是否完成。轉(zhuǎn)換完成后，AD0809的

8、EOC口置高，通過查詢的方式P2.3口是否為低電平，若轉(zhuǎn)化完成從P口讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果送給LCD顯示出來。該電路采用8路模擬量輸入，通過模擬的電位器的控制改變，能夠測量0-5V之間的直流電壓值。電壓顯示用LCD顯示，至少能夠顯示兩位小數(shù)。硬件電路設(shè)計(jì)由6個(gè)部分組成; A/D轉(zhuǎn)換電路，AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)，LCD顯示系統(tǒng)、時(shí)鐘電路、測量電壓輸入電路。硬件電路設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。這里選用的8051單片機(jī)集成了并行I/O口、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、片內(nèi)RAM、和片內(nèi)ROM以及一些功能部件。第章各單元硬件設(shè)計(jì)說明及計(jì)算方法3.1A/D轉(zhuǎn)換電路集成摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809實(shí)現(xiàn)的A/D轉(zhuǎn)換電路如圖

9、5所示，被測信號(hào)由ADC0809模擬輸入端輸入，完成A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)，經(jīng)相應(yīng)處理后送出顯示。圖2 A/D轉(zhuǎn)換電路3.2 顯示電路如圖所示： RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器,由單片機(jī)P3.0口控制。RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)，由單片機(jī)P2.7口控制。EN端為使能端，當(dāng)EN端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令，由單片機(jī)P3.1口控制。D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線 ,單片機(jī)P0口輸入，經(jīng)過

10、阻值為1K的上拉電阻連接。 圖3 顯示電路3.3 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的，在單片機(jī)的XTAL1和XYAL2兩個(gè)管腳接一只晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，電路中電容器和對(duì)振蕩頻率有微調(diào)作用，通常取(30±10)pF石英晶體選擇6MHz或12MHz都可以。時(shí)鐘電路如圖4上所示。 單片機(jī)的RST管腳為主機(jī)提供了一個(gè)外部復(fù)位信號(hào)輸入口。復(fù)位信號(hào)是高電平有效，高電平有效的持續(xù)時(shí)間為2個(gè)機(jī)器周期以上。單片機(jī)的復(fù)位方式可由手動(dòng)復(fù)位方式完成。復(fù)位電路如圖4下所示。圖4 時(shí)鐘電路和復(fù)位電路3.3 顯示數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)從IN輸入的模擬量經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后的到的

11、是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)我們無法知道實(shí)際電壓是多少。于是需要我們轉(zhuǎn)換成實(shí)際模擬電壓值并顯實(shí)出來便于記錄。由于ADC0809是8位AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成的二進(jìn)制最大為11111111，又因ADC0809的基準(zhǔn)電壓我設(shè)計(jì)的是5V?？捎萌缦鹿奖硎灸M量與AD轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)的關(guān)系：=將公式的右邊換成十進(jìn)制數(shù)：=將得到的十進(jìn)制各位分離開。待顯示字符的ASCII碼=二進(jìn)制轉(zhuǎn)化后的十進(jìn)制+0x30將得到的ASSCII碼值存放在數(shù)組中，便于LCD調(diào)用顯示。第4章 軟件設(shè)計(jì)與說明將系統(tǒng)軟件按照功能劃分為6個(gè)模塊，分別是主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LCD顯示模塊、初始化模塊、延時(shí)模塊、中斷服務(wù)程序模塊。 4.1主程序設(shè)計(jì)圖5

12、主程序流程圖主程序主要負(fù)責(zé)調(diào)用各模塊程序，完成整個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。流程圖如圖5。4.2 A/D轉(zhuǎn)換程序A/D轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置好后，單片機(jī)掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳P2.3的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序流程圖如圖6所示。開始設(shè)置模擬輸入口啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換完輸出數(shù)值處理圖6 A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖4.3 LCD顯示程序LCD顯示程序的功能是顯示轉(zhuǎn)換的模擬值，單片機(jī)處理完轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后，主程序調(diào)用LCD顯示程序顯示出數(shù)值。程序流程圖如圖所示。開始初始化寫指令寫數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否全部寫入返回圖7 LCD顯示程

13、序流程圖第章調(diào)試.軟件調(diào)試軟件調(diào)試的主要任務(wù)是排查錯(cuò)誤，錯(cuò)誤主要包括邏輯和功能錯(cuò)誤，根據(jù)錯(cuò)誤提示，找到出錯(cuò)的地方排錯(cuò)。也可以根據(jù)錯(cuò)誤代號(hào)在網(wǎng)上很快找到解決辦法。.仿真電路圖的仿真用的是Proteus軟件。Proteus可以完成單片機(jī)系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB設(shè)計(jì)，更為顯著點(diǎn)的特點(diǎn)是可以與Keil工具軟件結(jié)合進(jìn)行編程仿真調(diào)試。在Keil軟件中將編譯好的程序生成文件，將其寫入到單片機(jī)中。仿真電路圖如圖8所示。圖8 仿真電路圖第6章 使用說明 此數(shù)字電壓表，設(shè)有復(fù)位按鍵。仿真開始，LCD輪流顯示八路轉(zhuǎn)換通道號(hào)和電壓值。當(dāng)需要重啟時(shí)，只需按下復(fù)位鍵便可重新開始測量。第7章 總結(jié) 在這幾個(gè)星期的設(shè)計(jì)過程

14、中我感觸頗深。我對(duì)單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用有了更深的認(rèn)識(shí)，對(duì)單片機(jī)的理論知識(shí)有了更深的理解，動(dòng)手能力明顯提高。最初老師布置任務(wù)的時(shí)候我一片茫然，不知道具體是要做什么，沒半點(diǎn)主意。后來通過在網(wǎng)上查閱資料，我的思路逐漸清晰。首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求畫出了電路圖，接下來最關(guān)鍵的就是寫程序了。我通過參考書本和網(wǎng)上查閱資料，學(xué)習(xí)了LCD1602，ADC080芯片的結(jié)構(gòu)及功能。看著網(wǎng)上各種版本長長的模塊程序，還真有點(diǎn)暈，沒辦法，只能硬著頭皮看下去。理解之后覺得其實(shí)也沒那么長，沒那么難懂。融會(huì)貫通之后，很快寫了完程序，可是編譯的時(shí)候還是有各種各樣的錯(cuò)誤。消滅完錯(cuò)誤，我迫不及待的把程序下載到proteus中仿真，結(jié)果并不讓人

15、很滿意，LCD沒有顯示通道號(hào)和電壓值。我通過反復(fù)的修、調(diào)試，終于都顯示了，可問題是電壓值沒有改變。這是我已經(jīng)一個(gè)頭兩個(gè)大了，實(shí)在想不出哪里還有問題，只能求助林老師。很快林老師給我解決了，我再回過頭來看，發(fā)現(xiàn)我忽略了一些細(xì)節(jié)問題，以后一定要多注意。在設(shè)計(jì)中暴露出我們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)中所存在的問題，有些理論知識(shí)還處于一知半解的狀態(tài)。通過課程設(shè)計(jì)我們加深了對(duì)這些知識(shí)的理解，提高了動(dòng)手能力。特別是在排查電路，程序問題時(shí)，使我們熟練掌握了一些處理電路故障程序的方法。雖然兩周的課程設(shè)計(jì)很短，但是鞏固了我們的基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)能力，。 另外我對(duì)PROTUES和KEIL軟件的使用更加熟練了。付出越多

16、，收獲越多，在我們努力想辦法解決問題的時(shí)候就已經(jīng)收獲了。我們要不怕困難，迎難而上。附錄A 系統(tǒng)原理圖附錄B 程序清單#include<reg51.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P30;sbit EN=P31; sbit RW=P32;sbit ADA=P20;sbit ADB=P21;sbit ADC=P22;sbit EOC=P23;sbit CLK=P24;sbit START=P25;sbit OE=P26;uchar tab1=0,0x2

17、E,0,0,0x56;uchar tab3="TONGLU:"uchar tab4="DIANYA:"uchar tab5="12345678"uchar num,m=0,getdata=0 ,i=0;uint temp=0;void delay(uchar t)uchar x,y;for(x=t;x>0;x-)for(y=100;y>0;y-);void delayl(uchar ltime)uchar i;for(i=ltime;i>0;i-)delay(255);void write_com(uchar com

18、)RS=0;P0=com;delay(10);EN=1;delay(10);EN=0;void write_data(uchar date)RS=1;P0=date;delay(10);EN=1;delay(10);EN=0;void disp(uchar h,l,uchar *p)write_com(0x80+h*0x40+l);while(*p!='0')write_data(*p); p+; void LcdInit()RW=0;delay(5);EN=0; write_com(0x38);write_com(0x0c);write_com(0x06);write_com

19、(0x01);write_com(0x80);delayl(20);void TimeInit() TMOD=0x10; TH1=(65536-200)/256; TL1=(65536-200)%256; EA=1; ET1=1; TR1=1;void ad0809(bit X,Y,Z,uchar channel ) ADA=Z; ADB=Y;ADC=X;START=0;OE=0;START=1;START=0; delay(5);while(EOC=0);OE=1;getdata=P1;temp=getdata*1.0/255*500;OE=0;tab10=temp/100+0x30; tab12=(temp%100)/10+0x30; tab13=(temp%100)%10+0x30; write_com(0x80+0x07); write_data(tab5ch