基于8255的LCD显示简易电压表设计说明.docx
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基于8255的LCD显示简易电压表设计说明
2013/2014学年第一学期
课程设计II实验报告
模块名称关于51单片机设计(proteus)
专业通信工程
学生班级
学生学号
学生姓名
指导教师
设计题目
基于8255的LCD显示简易电压表设计
任务要求
数字电压表(AC/DC)设计
基本要求:
了解电压表的工作原理。
设计一个直流电压测量器,测量围0.01V-3V,
用LED数码管/LCD屏显示测量值,显示精度0.001
用键盘选择测量围(分档)
发挥部分:
交流电压测量,被测频率1KHz-10KHz(0.1-3V)
考虑交流测量的附加电路。
显示格式:
LED数码管/LCD屏显示参数
基于8255口是指显示和键盘都由8255的IO口控制
实验设备及软件
PC机,proteus
同组人员学号及
参考文献
[1]胡健.单片机原理及接口技术[M].:
机械工业,2004年10月
[2]王毓银.数字电路逻辑设计[M].高等教育,2005年12月
[3]于殿泓、王新年.单片机原理与程序设计实验教程[M].电子科技大学,2007年5月
[4]维成、加国.单片机原理与应用及C51程序设计实例[M].电子工业,2006年3月
[5]广弟.单片机基础[M].航空航天大学,2007年5月.
报告容
第一部分实验目的和要求
本课程设计是在理论课程的基础上,重点培养学生的动手能力,通过理论计算、实际编程、调试、测试、分析查找故障,解决在实际设计中的问题,使设计好的电路能正常工作,为下一部结合实际的硬件系统设计准备条件。
实验要求:
数字电压表(AC/DC)设计
基本要求:
了解电压表的工作原理。
设计一个直流电压测量器,测量围0.01V-3V,
用LED数码管/LCD屏显示测量值,显示精度0.001
用键盘选择测量围(分档)
发挥部分:
交流电压测量,被测频率1KHz-10KHz(0.1-3V)
考虑交流测量的附加电路。
显示格式:
LED数码管/LCD屏显示参数
基于8255口是指显示和键盘都由8255的IO口控制
根据提供的参考工程,在proteus平台自己重新画出实验所需要的电气原理图,并在此基础上编写相对应的程序,实现其功能,学习proteus软件的使用,其中包括原理图器件的选取、原理图的电气连接、程序的编写编译以及运行,并能查出其错误等。
第二部分实验工具及实验器件
1.Proteus软件
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路及单片机系统设计与仿真软件。
Proteus可以实现数字电路、模拟电路及微控制器系统与外设的混合电路系统的电路仿真、软件仿真、系统协同仿真和PCB设计等功能。
Proteus是目前唯一能对各种处理器进行实时仿真、调试与测试的EDA工具,真正实现了在没有目标原型时就可对系统进行调试、测试和验证。
Proteus软件大大提高了企业的产品开发效率,降低了开发风险。
由于Proteus软件逼真、真实的协同仿真功能,它也特别适合于作为配合单片机课堂教学和实验的学习工具。
Proteus软件提供了30多个元器件库、7000余种元器件。
元器件涉及电阻、电容、二极管、三极管、变压器、继电器、各种放大器、各种激励器、各种微控制器、各种门电路和各种终端等。
Proteus软件还提供有交直流电压表、逻辑分析仪、示波器、定时/计数器和信号发生器等测试信号工具用于电路测试。
KeilC51是美国KeilSoftware公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统,与汇编相比,C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势,因而易学易用。
Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在的完整开发方案,通过一个集成开发环境(uVision)将这些部分组合在一起。
运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。
如果你使用C语言编程,那么Keil几乎就是你的不二之选,即使不使用C语言而仅用汇编语言编程,其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。
应用Keil进行软件仿真开发的主要步骤为:
编写源程序并保存—建立工程并添加源文件—设置工程—编译/汇编、连接,产生目标文件—程序调试。
Keil使用“工程”(Project)的概念,对工程(而不能对单一的源程序)进行编译/汇编、连接等操作。
工程的建立、设置、编译/汇编及连接产生目标文件的方法非常易于掌握。
首先选择菜单File-New…,在源程序编辑器中输入汇编语言或C语言源程序(或选择File-Open…,直接打开已用其它编辑器编辑好的源程序文档)并保存,注意保存时必须在文件名后加上扩展名.asm(.a51)或.c;然后选择菜单Project-NewProject…,建立新工程并保存(保存时无需加扩展名,也可加上扩展名.uv2);工程保存后会立即弹出一个设备选择对话框,选择CPU后点确定返回主界面。
这时工程管理窗口的文件页(Files)会出现“Target1”,将其前面+号展开,接着选择SourceGroup1,右击鼠标弹出快捷菜单,选择“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”,出现一个对话框,要求寻找并加入源文件(在加入一个源文件后,该对话框不会消失,而是等待继续加入其它文件)。
加入文件后点close返回主界面,展开“SourceGroup1”前面+号,就会看到所加入的文件,双击文件名,即可打开该源程序文件。
紧接着对工程进行设置,选择工程管理窗口的Target1,再选择Project-OptionforTarget‘Target1’(或点右键弹出快捷菜单再选择该选项),打开工程属性设置对话框,共有8个选项卡,主要设置工作包括在Target选项卡中设置晶振频率、在Debug选项卡中设置实验仿真板等,如要写片,还必须在Output选项卡中选中“CreatHexFi”;其它选项卡容一般可取默认值。
工程设置后按F7键(或点击编译工具栏上相应图标)进行编译/汇编、连接以及产生目标文件。
成功编译/汇编、连接后,选择菜单Debug-Start/StopDebugSession(或按Ctrl+F5键)进入程序调试状态,Keil提供对程序的模拟调试功能,建一个功能强大的仿真CPU以模拟执行程序。
Keil能以单步执行(按F11或选择Debug-Step)、过程单步执行(按F10或选择Debug-StepOver)、全速执行等多种运行方式进行程序调试。
如果发现程序有错,可采用在线汇编功能对程序进行在线修改(Debug-InlineAssambly…),不必执行先退出调试环境、修改源程序、对工程重新进行编译/汇编和连接、然后再次进入调试状态的步骤。
对于一些必须满足一定条件(如按键被按下等)才能被执行的、难以用单步执行方式进行调试的程序行,可采用断点设置的方法处理(Debug-Insert/RemoveBreakpoint或Debug-Breakpoints…等)。
在模拟调试程序后,还须通过编程器将.hex目标文件烧写入单片机中才能观察目标样机真实的运行状况。
在PROTEUS绘制好原理图后,调入已编译好的目标代码文件:
*.HEX,可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。
2.51单片机AT89C51
51单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。
该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机,后来随着Flashrom技术的发展,8031单片机取得了长足的进展,成为目前应用最广泛的8位单片机之一,其代表型号是ATMEL公司的AT89系列,它广泛应用于工业测控系统之中。
目前很多公司都有51系列的兼容机型推出,在目前乃至今后很长的一段时间将占有大量市场。
51单片机是基础入门的一个单片机,还是应用最广泛的一种。
需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。
当前常用的51系列单片机主要产品有:
*Intel的:
80C31、80C51、87C51,80C32、80C52、87C52等;
*ATMEL的:
89C51、89C52、89C2051等;
89C51单片机的部结构为:
单一+5V电源供电;
CPU:
由运算和控制逻辑组成,同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器;
RAM:
用以存放可以读写的数据,如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据;
ROM:
用以存放程序、一些原始数据和表格;
I/O口:
四个8位并行I/O口,既可用作输入,也可用作输出;
T/C:
两个定时/记数器,既可以工作在定时模式,也可以工作在记数模式;
五个中断源的中断控制系统;
一对全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口,用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信;
片振荡器和时钟产生电路,石英晶体和微调电容需要外接。
最高振荡频率为12M。
3.LCD液晶显示器件LM016L
LM016L是一个2*16的点阵式字符液晶显示模块,每个字符由5*7个点组成的;
部带有HD44780控制器;
采用5V电源供电; 建有192个字符,8个用户自建字符。
4.可编程并行I/O接口芯片8255A
8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片,有3个8位并行I/O口。
具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片(40引脚)。
其各口功能可由软件选择,使用灵活,通用性强。
8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。
8255作为主机与外设的连接芯片,必须提供与主机相连的3个总线接口,即数据线、地址线、控制线接口。
同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。
由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分,因而8255部结构分为3个部分:
与CPU连接部分、与外设连接部分、控制部分。
特点:
(1)一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口.
(2)具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口,PB口和PC口.它们又可分为两组12位的I/O口,A组包括A口及C口(高4位,PC4~PC7),B组包括B口及C口(低4位,PC0~PC3).A组可设置为基本的I/O口,闪控(STROBE)的I/O闪控式,双向I/O3种模式;B组只能设置为基本I/O或闪控式I/O两种模式,而这些操作模式完全由控制寄存器的控制字决定.
RESET:
复位输入线,当该输入端处于高电平时,所有部寄存器(包括控制寄存器)均被清除,所有I/O口均被置成输入方式。
CS:
芯片选择信号线,当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中,允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.
RD:
读信号线,当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息,即CPU从8255读取信息或数据。
WR:
写入信号,当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。
D0~D7:
三态双向数据总线,8255与CPU数据传送的通道,当CPU执行输入输出指令时,通过它实现8位数据的读/写操作,控制字和状态信息也通过数据总线传送。
PA0~PA7:
端口A输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入锁存器。
PB0~PB7:
端口B输入输出线,一个8位的I/O锁存器一个8位的输入输出缓冲器。
PC0~PC7:
端口C输入输出线,一个8位的数据输出锁存器/缓冲器,一个8位的数据输入缓冲器。
端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口,每个4位的端口包含一个4位的锁存器,分别与端口A和端口B配合使用,可作为控制信号输出或状态信号输入端口。
'
A1,A0:
地址选择线,用来选择8255的PA口,PB口,PC口和控制寄存器.
当A1=0,A0=0时,PA口被选择;
当A1=0,A0=1时,PB口被选择;
当A1=1,A0=0时,PC口被选择;
当A1=1.A0=1时,控制寄存器被选择.
5.8位A/D转换器TLC549
TLC549是TI公司生产的一种低价位、高性能的8位A/D转换器,它以8位开关电容逐次逼近的方法实现A/D转换,其转换速度小于17us,最大转换速率为40000HZ,4MHZ典型部系统时钟,电源为3V至6V。
它能方便地采用三线串行接口方式与各种微处理器连接,构成各种廉价的测控应用系统。
TLC549引脚图
REF+:
正基准电压输入2.5V≤REF+≤Vcc+0.1。
REF-:
负基准电压输入端,-0.1V≤REF-≤2.5V。
且要求:
(REF+)-(REF-)≥1V。
VCC:
系统电源3V≤Vcc≤6V。
GND:
接地端。
/CS:
芯片选择输入端,要求输入高电平VIN≥2V,输入低电平VIN≤0.8V。
DATAOUT:
转换结果数据串行输出端,与TTL电平兼容,输出时高位在前,低位在后。
ANALOGIN:
模拟信号输入端,0≤ANALOGIN≤Vcc,当ANALOGIN≥REF+电压时,转换结果为全“1”(0FFH),ANALOGIN≤REF-电压时,转换结果为全“0”(00H)。
I/OCLOCK:
外接输入/输出时钟输入端,同于同步芯片的输入输出操作,无需与芯片部系统时钟同步。
TLC549器件工作时
当/CS变为低电平后,TLC549芯片被选中,同时前次转换结果的最高有效位MSB(A7)自DATAOUT端输出,接着要求自I/OCLOCK端输入8个外部时钟信号,前7个I/OCLOCK信号的作用,是配合TLC549输出前次转换结果的A6-A0位,并为本次转换做准备:
在第4个I/OCLOCK信号由高至低的跳变之后,片采样/保持电路对输入模拟量采样开始,第8个I/OCLOCK信号的下降沿使片采样/保持电路进入保持状态并启动A/D开始转换。
转换时间为36个系统时钟周期,最大为17us。
直到A/D转换完成前的这段时间,TLC549的控制逻辑要求:
或者/CS保持高电平,或者I/OCLOCK时钟端保持36个系统时钟周期的低电平。
由此可见,在自TLC549的I/OCLOCK端输入8个外部时钟信号期间需要完成以下工作:
读入前次A/D转换结果;对本次转换的输入模拟信号采样并保持;启动本次A/D转换开始。
第三部分实验原理图及程序代码
1.硬件部分电路设计
本次试验要求设计简易电压表,因此用一个滑动变阻器代替被测电阻,由滑动变阻器的组织改变,加一个能够测量实际电压的电压表测量其电压。
电阻电压经过TLC549模数转换为数字信号----电流大小,送至51单片机,51单片通过检查相应的档位是否在合法围,如果在合法围,则通过8255A芯片显示在LCD上,右侧图为要求的4X4小键盘用来改变档位。
2.实验原理图如下:
2.软件部分设计
在程序中后面注释了我对程序功能的理解,所以就没有分块分析。
下面是整个设计代码和我对设计的认识和理解。
#include
#include
#include
/************************************************宏定义**************************************************/
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
/*******************************************芯片端口地址定义*********************************************/
#defineCOM8255XBYTE[0X7FFF]//8255的命令口
#definePA8255XBYTE[0X1FFF]//8255的PA
#definePB8255XBYTE[0X3FFF]//8255的PB
#definePC8255XBYTE[0X5FFF]//8255的PC
/***************************************
按键编码查表,可得到键值
***************************************/
constunsignedcharKey_code[]={0xee,0xed,0xeb,0xe7,
0xde,0xdd,0xdb,0xd7,
0xbe,0xbd,0xbb,0xb7,
0x7e,0x7d,0x7b,0x77
};
uchardeda;
ucharflang,jishu,num;
unsignedcharKeyValue=0;
uchardisplay_data_1[]="Gear:
X2.0V\0";
uchardisplay_data_2[]="Voltage:
0.000V\0";
bitdone;
bitxianshi;
uintdianya;
uintsheding=2000;
ucharflag_v=20;
/************************************************系统引脚定义********************************************/
sbitRS=P3^0;//1602的数据/命令控制口口
sbitRW=P3^1;//1602的读写控制端
sbitEN=P3^2;//1602的使能控制端
sbitCLK=P1^5;//7脚
sbitDAT=P1^7;//脚
sbitCS=P1^6;//5脚
unsignedcharTLC549_AD(void)//TLC549转换函数
{
unsignedchari,x;
CLK=0;
DAT=1;
CS=0;
for(i=0;i<8;i++)
{
CLK=1;
x<<=1;
if(1==DAT)x++;
CLK=0;
}
CS=1;
for(i=0;i<8;i++)
_nop_();
return(x);
}
/************************
延时函数
*************************/
staticvoidSoftDelay(unsignedinttime)
{
unsignedcharn;
while(time--)
{
for(n=0;n<50;n++);
}
}
/************************************************延时子程序**********************************************/
voiddelayms(ucharx)//ms延时函数
{
uchary;
for(;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
voiddelayus(uintx)//us延时函数
{
while(x--);
}
/*************************************
按键编码和键值转换函数
*************************************/
unsignedcharKey_code_value(unsignedcharkey_code)
{
unsignedchari;
for(i=0;i<16;i++)
{
if(Key_code[i]==key_code)
returni;
//returnkey_code;
}
return0xff;
}
/**************************************
按键扫描程序,返回按键键值,采用翻转法
**************************************/
unsignedcharKey_Scan(void)
{
unsignedchartemp;
temp=PC8255;
temp&=0x0f;
//Set8255_Mode(0x90);//模式0,PA口输入,下PC口输出(PA为矩阵键盘的行,下PC口为列)
COM8255=0x82;
PB8255=0x0f;//
PC8255=temp;
temp|=(PB8255<<4);//形成按键编码,PA(低位)值为高4位,PC(低位)值为低4位
return(Key_code_value(temp));
}
/*****************************************
功能:
判断是否有键按下,如有返回键值
******************************************/
unsignedcharKeyRead(void)
{
//Set8255_Mode(0x81);//模式0,PA口输出,下PC口输入(PA为矩阵键盘的行,下PC口为列)
COM8255=0x89;
PB8255=0x00;//PA口输出低电平
PC8255=0x0f;//
if((PC8255&&0x0f)!
=0x0f)//读取8255的下PC口,即读取矩阵按键的列状态
{
SoftDelay
(1);//软件延时去抖
if((PC8255&0x0f)!
=0x0f)//如果矩阵按键列状态不为0x0f,则说明有键按下
{
return(Key_Scan());//按键键值扫描
//return5;
}
else
return0xff;
}
else
return0xff;
}
/**********************************************1602液晶驱动程序*******************************************/
//1602写命令程序
voidWriteCom(ucharCOM)
{
RS=0;
EN=0;
PA8255=COM;
delayms(5);
EN=1;
delayms(5);
EN=0;
}
//1602写数据程序
voidWriteData(ucharx,uchary,ucharDATA)
{
if(x==1)
WriteCom(0x80+y-1);
if(x==2)
WriteCom(0x80+0x40+y-1);//向1602写坐标信息
RS=1;
EN=0;
PA8255=DATA;
dela