智能化儀器課程設計報告

1、智能化儀器課程設計總結(jié)報告測控0710730221124 方晶晶1 .課程設計的目的和任務本次課程設計是以 AT89C51單片機為核心，設計一個具有實時時鐘功 能和直流電壓測量功能的智能化測量儀器。要求具有實時時鐘顯示和校時 功能，電壓測量顯示功能等。可作為通用的二次儀表使用，根據(jù)電壓與被 測物理量的關系顯示被測物理量，應用于多種測量場合。通過課程設計進 一步熟悉并掌握單片機的編程，對智能化儀器的設計思路和步驟等有一定 的了解。并為將來的畢業(yè)設計打下扎實的基礎。硬件部分主要包括 DS12887實時時鐘電路、AD轉(zhuǎn)換器ICL7135、8 只共陰LED數(shù)碼管及相應的顯示控制和驅(qū)動電路、 鍵盤電路等

2、。要求掌握 電路的原理和各部分功能的實現(xiàn)過程，重點是與單片機的連接上。軟件部分要求編寫相關匯編程序，實現(xiàn)對ICL7135的控制和讀數(shù)，經(jīng)運算后得到測量電壓值；編程并控制DS12887芯片，獲得日期和時間值；利用按鍵可實現(xiàn)日期和時間初值的設置，以及時間、日期和測量值的顯示 切換功能；根據(jù)輸入電壓與被測物理量的關系顯示被測物理量。并完成軟 硬件的聯(lián)機調(diào)試。完成圖1系統(tǒng)設計結(jié)構(gòu)圖2 .系統(tǒng)設計的基本原理結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心，實現(xiàn)一個能顯示和設置時間日期值，測量電壓值的小型系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的設計結(jié)構(gòu)如圖1所示。3 .硬件電路設計及組成該系統(tǒng)的硬件電路主要包含了89C51單片機、ICL

3、7135四位半A/D轉(zhuǎn)換器、DS12887實時時鐘芯片、8個共陰LED數(shù)碼管顯示器和按鍵等。其 硬件組成框圖如圖 2。LED數(shù)碼管顯示器在目前的大多數(shù)智能儀器設計中，往往需要記錄測量的日期和時間信 息，以及自動完成設定時間的自動測量和控制等，這就要求在儀器中帶有 實時時鐘。由于利用單片機直接編程實現(xiàn)實時時鐘，編程復雜而且還要考 慮后備電源供電等問題，因此，選用自帶后備電池的實時時鐘芯片，應用 它，可以自動實現(xiàn)時間和日期的處理，單片機只要利用 DS12887的秒更新，每秒讀一次時鐘數(shù)據(jù)即可。為了實現(xiàn)電壓測量功能，選用了A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135 ,該芯片集成了一個四位半的雙斜積分式 A/D轉(zhuǎn)換器

4、，精度高、抗干擾能力強，能滿足一般測 量的精度要求。器件在雙極性輸入的情況下，測量速度可達3次/S以上，在單極性輸入的情況下，測量速度可達25次/S左右，適用于一般的直流信號和慢速變化信號的測量。根據(jù)ICL7135的積分特性及其與 BUSY信號之間的時序關系，利用89C51單片機的計數(shù)器，通過對BUSY信號高電平 期間的時鐘脈沖進行計數(shù)的方法實現(xiàn)電壓測量，以簡化電路連接。時序關 系圖如圖3。積分器輸出反向積分最大計數(shù)值20001自動校零信號積分10001計數(shù)值1000a十數(shù)值滿度測量計數(shù)值40002BUSY信號3 ICL7135積分輸出與BUSY信號的關系圖設計中應用了 8個LED共陰數(shù)碼管作

5、為輸出結(jié)果的顯示，利用2個擴 展I/O 口、控制段碼和位碼輸出，實現(xiàn)動態(tài)掃描顯示。設置了4個按鍵，用于時間顯示、日期顯示和測量值顯示的切換，時間和日期的設置等。4 .軟件設計4. 1軟件的總體設計思路方法和流程圖圖4程序的總體流程圖該儀器的主要功能是實現(xiàn)電壓測量和時間日期的顯示。結(jié)合硬件電路設計，軟件實現(xiàn)的主要任務是： 控制A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果,經(jīng)運算處理后，顯示電壓值，設置和讀取實時時鐘芯片DS12887中的時間和日期信息并輸出顯示等。系統(tǒng)軟件主要由1個主程序和3個中斷服務子程序及若干輔助功能子 程序組成。程序的總體流程圖如圖4。主程序完成對 DS12887芯片的初始設置

6、，定時器 T0、T1的初始化， 中斷系統(tǒng)的初始化設置等功能。4. 2各主要功能模塊的設計方法和流程圖1)時鐘芯片 DS12887的設計由于時鐘芯片 DS12887的中斷請求信號與 89C51的INTO相連，在主 程序中對DS12887進行初始化設置，寫入初始狀態(tài)的時間和日期值，再設置秒更新中斷允許，CPU每秒響應一次中斷，讀取當前的時鐘和日期信息， 經(jīng)拆字處理后放入緩存地址中，再根據(jù)切換狀態(tài)要求顯示的內(nèi)容，在顯示 中斷中可直接調(diào)用相關的處理函數(shù)輸出時間或日期顯示。時鐘流程圖如圖 5所示。INT0中斷圖5時鐘流程圖2) ICL7135的設計將ICL7135的BUSY信號口與 89C51的INT1

7、相連，根據(jù)ICL7135的 積分特性及其與 BUSY信號之間的時序關系，利用89C51單片機的計數(shù)器 T1計數(shù)，記錄BUSY信號高電平期間ICL7135的時鐘脈沖個數(shù) N,將N 減去10000后即可獲得測量電壓值。由于獲得的電壓值是十六進制形式的，在這過程中必須轉(zhuǎn)化成十進制，所以調(diào)用一個十六進制轉(zhuǎn)十進制的函數(shù)， 將得到的值轉(zhuǎn)換成五位的十進制，在萬位加小數(shù)點后經(jīng)拆字處理后放入緩 存地址等待顯示。最后得到的結(jié)果是-1.9999到1.9999的電壓值。A/D流程圖如圖6所示。圖6 A/D流程圖3）顯示的設計8個LED數(shù)碼管顯示器采用動態(tài)掃描顯示方式，段碼和位碼分別由一個擴展的輸出口控制，其中段碼口地

8、址為 0BFFFH ,位碼口地址為0DFFFH。 由于在顯示中要切換顯示的內(nèi)容，在程序中采用定時器T0進行定時中斷，每隔一段時間中斷一次更新顯示的內(nèi)容。在中斷的最開始判斷顯示的內(nèi)容，再根據(jù)要求調(diào)用不同的顯示內(nèi)容，讀取緩存地址用于顯示。另外在顯示程 序中加了一個閃爍位的判斷，在鍵盤設置中需要在設置的位上進行閃爍方 便于觀看，原理是針對要求閃爍的位置減少動態(tài)顯示的次數(shù)，以區(qū)別于其 它位。顯示流程圖如圖 7所示。7 顯示流程圖4）按鍵的設計4 個按鍵直接連到 P1 口的低 4 位，功能如下：S1 顯示切換鍵，用于切換當前顯示的內(nèi)容為測量值或日期或時 間；S2設置鍵，用于進入/退出日期設置、時間設置或

9、儀表常數(shù)等的設 置狀態(tài)；S3右移鍵，用于右移選擇當前設置數(shù)據(jù)的位置；S4加1鍵，用于當前設置內(nèi)容加1;在具體的設計中，先判斷是否有鍵按下，延時去抖動，再進行一次判斷，如果確實有鍵按下，判斷鍵是否彈起，在鍵彈起之后執(zhí)行相應的鍵功能。切換鍵是所有中最簡單的一個鍵，建立一個顯示標志符就行，根據(jù)標志符判斷要顯示的內(nèi)容。設置鍵按下之后停止時鐘芯片工作，進入設置狀態(tài)，使當前顯示內(nèi)容的第一個低位閃爍。右移鍵使閃爍位右移三位，使當前顯示內(nèi)容的第二個低位閃爍。加 1 鍵是最煩瑣的鍵，首先要判斷當前顯示內(nèi)容為時間還是日期，再判斷閃爍位的位置，讀取閃爍位進行相應內(nèi)容加 1 處理，將加 1 后的內(nèi)容重新保存到時間日期

10、的顯示緩存區(qū)。特別注意的是日的設置中大小月的處理， 在加 1 的過程中， 大月可以加到 31 日， 而小月只是 30 日， 所以在這過程中， 對日的加 1 處理我對十二個月分開進行判斷處理。對于閏年，我這里就沒再考慮。5個人總結(jié)通過兩個多星期的學習，并學到了很多實際操作的知識，提高了動手能力，并在老師的幫助下順利完成了整個課程設計的任務。在功能模塊中我實現(xiàn)了時間日期值的顯示和設置、電壓量的測量，并能切換三者的顯示，基本上達到了課程的要求。此次設計性實驗，將匯編及單片機等已學課程進行一次在學習的良好機會。通過這次再學習，無疑進一步提高了自己的專業(yè)技能，為今后踏足社會，在該領域上發(fā)揮自己的特長，以及就業(yè)打下了堅實的基礎。在上個學期單片機課程的基礎上，根據(jù)系統(tǒng)功能指標的要求制定總體的設計方案。在這期