單片機(jī)數(shù)字電流表設(shè)計(ATmega16單片機(jī))

1、 1.1設(shè)計要求 完成一臺數(shù)字電流表 采用ATmega16作為主控芯片， 并用數(shù)碼管顯示結(jié)果電流表量程為0A1A測量結(jié)果用四位數(shù)字顯示， 如 0123測量結(jié)果超限（大于等于1A）時， 數(shù)碼管顯示EEEE 1.2 課程設(shè)計目的 （1）通過本次課程設(shè)計加深對單片機(jī)課程的全面認(rèn)識和掌握。 （2）掌握了通用I/O口輸出結(jié)構(gòu)的設(shè)置和數(shù)碼管顯示器的應(yīng)用。 （3） 通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的完整過程， 使自身了解開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過程， 強(qiáng)化鞏固所學(xué)知識， 為以后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。 (4)進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。 （5）鍛煉團(tuán)隊分工合作與協(xié)調(diào)能力。 （6） 通過這次課程設(shè)計

2、， 掌握以單片機(jī)為核心的電路設(shè)計的基本方法和技術(shù)。 （7）通過實際程序的設(shè)計和調(diào)試， 逐步掌握模塊化程序設(shè)計的方法和調(diào)試技術(shù)。 2.1系統(tǒng)硬件框圖 2.2 電流表工作原理 由于通常所說的電流表是指靈敏電流計， 其量程太小不能直接測量電流。 所以要想得到一個量程較大的電流表需要將一個理想電壓表改裝而成。 用一個內(nèi)阻無窮大的電壓表并聯(lián)分流電阻， 待測電流流過電阻R， R和U即為已知， 則根據(jù)歐姆定律 U=I R， I就是電流表測得的電流值， 電壓值通過AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號， 傳送到ATmega16中， 單片機(jī)輸出到LED數(shù)碼管顯示讀數(shù)。 2.3 LED動態(tài)顯示器接口及顯示方式

3、 單片機(jī)中通常使用7段LED構(gòu)成字型“8”， 另外， 還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管， 以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點。 這種顯示器有共陰極和共陽極兩種， 如圖。 發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器， 陰極連在一起稱為共陰極顯示器。 一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成， 其中， 7個發(fā)光二極管構(gòu)成字型8的各個筆畫， 另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。 當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時， 該段筆劃即亮；不加電壓則暗。 為了保護(hù)各段LED不被破壞， 需外加限流電阻。 以共陰極LED為例， 如圖， 各LED公共陰極K0接地。 若向各控制端a、bg、dp順次送入11100001信號， 則該顯示7字型。 在

4、多位LED顯示時， 為了簡化電路， 降低成本， 將所有位的段選線并聯(lián)在一起， 由一個8位 I/O口控制。 而共陰（共陽）極公共端K分別由相應(yīng)的I/O線控制， 實現(xiàn)各位的分時選通。 如14圖所示為5位共陰極動態(tài)顯示接口電路。 其一個顯示正負(fù)， 其余四個顯示電流值。 五位LED動態(tài)顯示接口電路 由于4位LED所有段選線皆由一個8位控制， 因此， 在每一瞬間， 4位LED會顯示相同的字符。 要想每位顯示不同的字符， 就必須采用掃描方法輪流點亮各位LED， 即在每一瞬間只使某一位顯示字符。 在此瞬間， 段選控制口輸出相應(yīng)字符段選碼， 而位選則控制口在該顯示位送入選通電平為共陰， 故應(yīng)送低電平。 以保證

5、該位應(yīng)顯示相應(yīng)字符。 如圖為ATmega16控制的4位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。 LED結(jié)構(gòu)圖 八段LED數(shù)碼管字符型字段編碼表2.4 ATmega16單片機(jī) ATmega16系列單片機(jī) VCC 電源正GND 電源地端口A(PA7.PA0) 端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。 端口A 為8 位雙向I/O 口， 具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性， 可以輸出和吸收大電流。 作為輸入使用時， 若內(nèi)部上拉電阻使能， 端口被外部電路拉低時將輸出電流。 在復(fù)位過程中， 即使系統(tǒng)時鐘還未起振， 端口A 處于高阻狀態(tài)。 端口B(PB7.PB0) 端口B 為8 位雙向I/O

6、口， 具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性， 可以輸出和吸收大電流。 作為輸入使用時， 若內(nèi)部上拉電阻使能， 端口被外部電路拉低時將輸出電流。 在復(fù)位過程中， 即使系統(tǒng)時鐘還未起振， 端口B 處于高阻狀態(tài)。 端口B 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口C(PC7.PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口， 具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性， 可以輸出和吸收大電流。 作為輸入使用時， 若內(nèi)部上拉電阻使能， 端口被外部電路拉低時將輸出電流。 在復(fù)位過程中， 即使系統(tǒng)時鐘還未起振， 端口C 處于高阻狀態(tài)。 如果JTAG接口使能， 即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC

7、5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。 端口C 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口D(PD7.PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口， 具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動特性， 可以輸出和吸收大電流。 作為輸入使用時， 若內(nèi)部上拉電阻使能， 則端口被外部電路拉低時將輸出電流。 在復(fù)位過程中， 即使系統(tǒng)時鐘還未起振， 端口D 處于高阻狀態(tài)。 端口D 也可以用做其他不同的特殊功能. RESET 復(fù)位輸入引腳。 持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。 門限時間見P36Table 15。 持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XT

8、AL1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時鐘操作電路的輸入端。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。 不使用ADC時， 該引腳應(yīng)直接與VCC連接。 使用ADC時應(yīng)通過一個低通濾波器與VCC 連接。 AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 3、 主程序及相應(yīng)模塊主程序代碼void main(void)DDRA=0x0f;PORTA=0x0f;DDRC=0xff;PORTC=0x00;TCCR0=0x0B;TCNT0=0x00;OCR0=0x7C;TIMSK=0x02;ADMUX=0x47;SFIOR&=0x1F;SFIOR|=0x60;DSCSRA=

9、0xAD;#asm("sei") /使能全局中斷while(1)if(time_2ms_ok)display();time_2ms_ok=0;主流程圖子程序代碼unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;子程序流程圖 六、參考文獻(xiàn)1AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實踐M， 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2007.10.2 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽系統(tǒng)設(shè)計M， 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2006.6.3 李廣弟， 朱月秀， 王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)M， 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2001

10、.7.4 趙曙光， 郭萬有， 楊頌華.可編程邏輯器件原理開發(fā)與應(yīng)用M,西安：西安電子科技大學(xué)， 2000.5 譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計（第二版）M， 北京：清華大學(xué)出版社， 1991.6手把手教你學(xué)AVR單片機(jī)C程序設(shè)計M， 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2009.4.7、 附錄# include <avr/io.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intflash unsigned char ledshow11=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x5F,0x

11、79;flash unsigned char position6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;/數(shù)碼管位選unsigned char dis_buff4=0,0,0,0,posit;bit time_2ms_ok;void adc_to_disbuffer(unsigned int adc)unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;/AD轉(zhuǎn)換中斷interrupt TIM0_COMP void timer0_comp_isr(void)time_2ms_ok=1;/定時器中斷interruptADC_IN

12、Tvoid adc_isr(void)unsigned int adc_data,adc_i;adc_data =ADCW;adc_i=(unsigned long)adc_data*1000/1024;/換算成電流值adc_to_disbuffer(adc_v);/AD轉(zhuǎn)換/數(shù)碼管顯示void display(void)if(adc_i>=1)PORTA|=0x0f;PORTC=ledshow11;elsePORTA|=0x0f;PORTC=ledshowdis_buffposit;if(posit=3)PORTC|=0x80;PORTA&=positionposit;if(+posit>=4)posit=0;/主程序void main(void)DDRA=0x0f;PORTA=0x0f;DD