单片机课程设计电压表.docx
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单片机课程设计电压表
单片机原理及接口技术
课程设计报告
设计题目：
电压表设计
学号：
姓名：
指导教师：
信息与电气工程学院
二零一四年六月
电压表设计
本文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。
该设计主要由A/D转换模块、数据处理模块及显示模块。
A/D转换模块主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量，然后再传送到数据处理模块。
数据处理模块则由芯片AT89C51来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外，它还控制着ADC0809芯片的工作。
该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。
此数字电压表可测量模拟输入电压值，并通过12864液晶显示出来。
电压表的设计是采用数字化的测量技术，把连续的模拟量转换成不连续的离散的数字形式并加以显示的仪表。
传统的指针式电压表功能单一，精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由于精度高，抗干扰能力强，可扩展性强，集成方便，还可与PC进行实时通信。
数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础。
以数字电压表为核心可以扩展成各种通用数字仪表，专用数字仪表及各种非电量的数字化仪表。
目前，由各种单片A/D转换器构成的数字电压表已被广泛的用于电子及电工的测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，展示出强大的生命力。
新型数字电压表以其高准确度、高可靠性、高分辨率、高性价比等优良特性备受人们的青睐。
数字电压表作为数字化仪表的基础与核心，已被广泛的用于电子及电工的测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域。
它把连续的模拟量转换成不连续的离散的数字形式并加以显示，有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。
目前，数字万用表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度，本设计A/D转换器对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。
1.设计任务
结合实际情况，基于AT89C51单片机设计一个电压表。
应满足的功能要求为：
按键换量程（小数点的位置），使用ADC0809，串行静态显示（十进制），数值转换（小数运算BCD转换）。
主要硬件设备：
单片机实验开发系统：
矩阵键盘，开关量输入模块，液晶显示器，ADC0809模数转换芯片
2.整体方案设计
电压表设计以AT89C51单片机作为整个系统的控制核心，应用其强大的接口功能，构成整个硬件系统。
该系统主要由时钟电路复位电路ADC0809模块和12864液晶模块等几部分组成。
各模块的主要功能如下：
（1）时钟电路的功能是为单片机提供时钟信号
（2）复位电路的功能是使单片机处于某种确定的初始状态
（3）A/D转换器的功能是把需要测量的模拟电压信号转换成0~255的数字电压信号，然后送入单片机。
系统的整体设计方案设计图如图2-1所示。
图2-1系统的整体方案设计图
3.系统硬件电路设计
3.1时钟电路
AT89S51单片机各功能部件的运行都以时钟控制为基准，有条不紊、一拍一拍地工作。
因此，时钟频率直接影响单片机的速度，时钟电路的质量也直接影响单片机系统的稳定性。
单片机时钟信号产生有两种方式：
一是内部时钟电路，二是外部时钟电路，本设计使用内部时钟电路，在单片机的XTAL1和XTAL2引脚接石英晶体，作为单片机内部振荡电路的负载，构成中自激振荡器，可在单片机内部产生时钟脉冲信号，C3和C4可以稳定振荡频率，并使快速起振。
本电路选用晶振12MHz，C1=C2=30pF。
晶体的频率越高，系统的时间频率越高，单片机的运行速度也就越快。
其与单片机的接口电路如图3-1所示。
图3-1时钟电路
3.2复位电路
复位是单片机的初始化操作，只需给AT89S51的复位引脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就可使AT89S51复位。
AT89S51的复位是由外部的复位电路实现的。
复位电路通常采用上电自动复位和按钮复位两种方式。
本设计采用的是上电复位电路。
上电自动复位电路是通过外部复位电路给电容C充电加至RST引脚一个短的高电平信号，信号随着Vcc对电容C的充电过程而逐渐回落，即RST引脚上的高电平持续时间取决于电容C的充电时间。
因此，为了保证系统可靠的复位，RST引脚上的高电平必须维持足够长的时间。
如图3-2
图3-2复位电路
3.3ADC0809模块
本设计所用A/D转换电路采用通用的ADC0809模数转换芯片，它是一种8位数字输出的逐次逼近式A/D转换器件，由单一的+5V电源供电。
片内带有锁存功能的8路选1的模拟开关，有CBA的编码来决定所选的通道。
ADC0809完成一次转换需100us左右，它具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到AT89C51单片机的数据总线上。
通过适当的外接电路，ADC0809可对0~5V的模拟信号进行转换。
ADC0809应用说明：
ADC0809内部带有输出锁存器，可以与ＡＴ８９Ｃ５１单片机直接相连。
初始化时，使ＳＴ和ＯＥ信号全为低电平。
在ＳＴ端给出一个至少有１００ｎｓ宽的正脉冲信号。
是否转换完毕我们根据ＥＯＣ信号来判断。
当ＥＯＣ变为高电平时，这时给ＯＥ为高电平，转换的数据就输出给单片机了。
其与单片机的接口电路如图3-3所示。
图3-3ADC0809与单片机的接口电路
3.412864液晶显示模块
（1）汉字和英文显示原理
在数字电路中，所有的数据都是以0和1保存的，对LCD控制器进行不同的数据操作，可以得到不同的结果。
对于显示英文操作，由于英文字母种类很少，只需要8位（一字节）即可。
而对于中文，常用却有6000以上，于是我们的DOS前辈想了一个办法，就是将ASCII表的高128个很少用到的数值以两个为一组来表示汉字，即汉字的内码。
而剩下的低128位则留给英文字符使用，即英文的内码。
那么，得到了汉字的内码后，还仅是一组数字，那又如何在屏幕上去显示呢？
这就涉及到文字的字模，字模虽然也是一组数字，但它的意义却与数字的意义有了根本的变化，它是用数字的各位信息来记载英文或汉字的形状，如英文的'A'在字模的记载方式如图1所示
而中文的“你”在字模中的记载却如图2所示：
根据芯片的不同取模的方式不同，有多种取模方式：
单色点阵液晶字模，横向取模，字节正序，单色点阵液晶字模，横向取模，字节倒序，单色点阵液晶字模，纵向取模，字节正序，单色点阵液晶字模，纵向取模，字节倒序等等。
而PROTUES中的AMPIRE12684为纵向取模，字节倒序液晶
（2）图形显示
先设页地址再设列地址
页地址范围0xb8~0xbf
列平地址范围0x40~0x7f
绘图RAM的地址计数器（AC）只对列地址自动加一,当列地址=0x7F时会重新设为0
DDRAM的坐标地址与资料排列顺序如下图：
本实验所用12864液晶显示器
4.系统程序设计
4.1主程序流程图
系统主程序流程图如图4-1所示。
图4-1主程序流程图
5.系统调试
5.1Proteus软件仿真调试
（1）调试过程
启动计算机，打开Proteus仿真软件，进入仿真环境。
将写好的程序存入单片机中，点击运行。
即可观察程序运行情况，也可以通过暂停键暂停程序，通过结束键随时结束程序。
（2）调试时遇到的问题及解决方法
1）在第一次调试时，我忘记了给ADC0809的CLK引脚提供时钟信号，结果ADC输出的值都是0，然后我找到ADC0809的时序图进行分析，最终，我发现了我所忽视的问题，然后在proteus的元件库中找到了一个信号发生器用来给ADC0809提供时钟信号。
ADC0809输出正常。
2）在第一次调试时，我们的液晶屏显示全部是黑屏，经过仔细排查，最终确定是元件电路图出现的问题，最终我将液晶的数据口的标号去掉，用导线一根一根的与单片机的I/O口相连，才使液晶屏显示正常。
原来是我的标号使用错误导致的液晶屏显示不正常。
3）在ADC0809采集正常、12864液晶显示正常以后，我们发现ADC0809采集的数据不正常，会出现大幅度波动，并且显示的测得电压有时候不正确。
这是因为ADC0809是逐次比较型AD，所以它的精度是不准确的，一般情况下逐次比较型AD是不能用作仪表用AD的，仪表级运放一般都是运用双积分型AD。
但是因为硬件外设的限制，我们只能用ADC0809。
因此，我们在算法上进行了优化，采用连续取样三次取平均的平均值算法。
在我们采用了平均值算法以后，ADC的采样值稳定了许多也准确了许多。
（3）调试运行结果
档位4
档位3
档位2
档位1
5.2硬件调试
（1）调试过程
安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，插上仿真器电源插头。
将写好的.C文件通过Keil软件生成.hex文件。
打开STC-ISP软件，打开程序文件，改变和电脑相适应的COM口，点击下载，将hex文件考入单片机中。
观察测试结果。
（2）调试时遇到的问题及解决方法
1）在我们连接好硬件线路开始硬件仿真时，发现液晶屏没有显示，于是开始排查软件问题，结果调试了很久还是没有显示，这时才怀疑是硬件问题，我们将实验箱提供的12864的例程烧写进去，结果还是没有显示。
我们才知道原来是液晶坏了，于是我们换了一个实验箱，液晶才显示正常。
2）这个实验箱的P0口没有接上拉电阻，所以不能当做通用I/O使用，于是我们自行焊接了一个上拉电阻，接在了P0口上。
在我们连接好硬件线路开始硬件仿真后，我们的ADC输出全为0，于是我编写了一个用P0口驱动LED灯的小程序来测试经过我们上拉以后的P0口的推动能力，我们用电压表测量了P0口的输出，发现P0口输出的低电平正常，为0.07V，而P0口的高电平只能上拉到0.5V。
所以我们怀疑由于P0口的其他连线，将P0口的输出拉低了，所以我们放弃了P0口，将P3口进行分时复用，既作为ADC0809的数据输入口，又作为12864液晶屏的数据口。
最终我们的液晶屏的显示和ADC0809的采集全部正常，完美地完成了所有功能。
6.程序清单
#include
#include"ascii.h"
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineNULL0
#defineLCD_DATAP3
sbitRS=P2^2;
sbitRW=P2^1;
sbitLCD_EN=P2^0;
sbitLCD_CS1=P2^5;
sbitLCD_CS2=P2^4;
sbitCLK=P1^4;
sbitST=P1^5;
sbitOE=P1^6;
sbitEOC=P1^0;
sbitSW1=P2^6;
sbitSW2=P2^7;
voiddelay（unsignedchartime）//延时
{
unsignedchari,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<110;j++）;
}
voidinit（）
{
//P2=0xff;
EA=1;//开总中断
TMOD=0x02;//设定定时器T0工作方式
TH0=0xd8;//利用T0中断产生CLK信号
TL0=0xd8;//定时40us频率25K
TR0=1;//启动定时器T0
ET0=1;
ST=1;
OE=1;
//P1=0x06;
}
uintadin0（）
{
uintvalue;
OE=1;
ST=1;
P1&=0xf1;
P1|=0x06;
delay
（1）;
ST=0;
delay
（1）;
ST=1;
while（!
EOC）;
delay
（1）;
OE=0;
delay
（1）;
P0=0xff;
Value=P0;
OE=1;
returnvalue;
}
uintadin1（）
{
uintvalue;
OE=1;
EOC=1;
ST=1;
P1&=0xf1;
P1|=0x00;
delay
（1）;
ST=0;
delay
（1）;
ST=1;
while（!
EOC）;
delay
（1）;
OE=0;
delay
（1）;
P0=0xff;
Value=P0;
OE=1;
returnvalue;
}
ucharSW（）
{
ucharflag=0;
if（SW1==0）
{
if（SW2==0）
Flag=1;
else
Flag=2;
}
if（SW1==1）
{
if（SW2==0）
Flag=3;
else
Flag=4;
}
returnflag;
}
unsignedcharLCD_CheckBusy（void）;
voidlcd_delay（void）
{
unsignedchari=10;
while（i--）;
}
voidLCD_WriteData（unsignedchardat）
{
//while（LCD_CheckBusy（））;
LCD_DATA=dat;
RW=0;
RS=1;
LCD_EN=0;
LCD_EN=1;
//lcd_delay（）;
LCD_EN=0;
RW=1;
RS=1;
}
unsignedcharLCD_ReadData（void）
{
unsignedchardat;
//while（LCD_CheckBusy（））;
LCD_DATA=0xff;
RW=1;
RS=1;
LCD_EN=0;
Dat=LCD_DATA;
LCD_EN=1;
LCD_EN=0;
RW=0;
RS=1;
returnLCD_DATA;
}
voidLCD_WriteCommand（unsignedcharcmd_code）
{
while（LCD_CheckBusy（））;
RW=0;
RS=0;
LCD_DATA=cmd_code;
LCD_EN=0;
LCD_EN=1;
lcd_delay（）;
LCD_EN=0;
//LCD_EN=1;
RW=1;
RS=1;
}
voidKS0108_ChipSelect（unsignedcharpart）
{
if（part==1）
{
LCD_CS1=0;
LCD_CS2=1;
}
else
{
LCD_CS1=1;
LCD_CS2=0;
}
}
unsignedcharLCD_CheckBusy（void）
{
unsignedcharstatus;
LCD_DATA=0XFF;
RW=1;
RS=0;
lcd_delay（）;
LCD_EN=0;
LCD_EN=1;
lcd_delay（）;
LCD_EN=0;
LCD_EN=1;
Status=LCD_DATA;
RW=1;
RS=1;
if（status&0x80）
return1;
else
return0;
}
voidLCD_Init（void）
{
KS0108_ChipSelect
（1）;
LCD_WriteCommand（0x3f）;
KS0108_ChipSelect
（2）;
LCD_WriteCommand（0x3f）;
LCD_WriteCommand（0xc0|0）;//起始行为0
LCD_WriteCommand（0xB8|0）;//起始页为0
}
voidLCD_SetCol（unsignedcharcol）
{
LCD_WriteCommand（0x40|col）;
}
voidLCD_SetPage（unsignedcharpage）
{
LCD_WriteCommand（0xb8|page）;
}
voidLCD_DisplayChar（charc,unsignedcharrow,unsignedcharcol）
{
unsignedshorti;
unsignedchartemp;
LCD_SetPage（row）;
LCD_SetCol（col）;
for（i=0;i<8;i++）
{
temp=ascii_table[c][i];
LCD_WriteData（ascii_table[c][i]）;
}
}
voidLCD_ClearAll（void）
{
unsignedcharpage,col;
KS0108_ChipSelect
（1）;
for（page=0;page<8;page++）
{
LCD_SetPage（page）;
LCD_SetCol（0）;
for（col=0;col<64;col++）
{
//LCD_SetCol（col）;
LCD_WriteData（0x00）;
}
}
KS0108_ChipSelect
（2）;
for（page=0;page<8;page++）
{
LCD_SetPage（page）;
LCD_SetCol（0）;
for（col=0;col<64;col++）
{
//LCD_SetCol（col）;
LCD_WriteData（0x00）;
}
}
}
voidLCD_ClearRegion（unsignedcharrow,unsignedcol_start,unsignedcharcol_end）
{
unsignedchari;
if（col_start>=64）
return;
if（col_end>=64）
col_end=63;
LCD_SetPage（row）;
LCD_SetCol（col_start）;
for（i=col_start;i<=col_end;i++）
LCD_WriteData（0x00）;
}
voidLCD_DisplayString（char*s,unsignedcharrow,unsignedcharcol）
{
while（*s）
{
LCD_DisplayChar（（*s）-0x20,row,col）;
col+=8;
if（col>64-8）
{
col=0;
row++;
if（row>=8）
return;
}
s++;
}
}
voidNumtoString（uintin0,uintin1,ucharflag,char*buf,char*buf2,char*buf3）
{
uintdec=0;
uintnum1=0,num2=0,num3=0,num4=0;
*buf2++=（in0/100+0x30）;
*buf2++=（in0%100/10+0x30）;
*buf2++=（in0%10+0x30）;
*buf2='\0';
*buf3++=（in1/100+0x30）;
*buf3++=（in1%100/10+0x30）;
*buf3++=（in1%10+0x30）;
*buf3='\0';
if（in1>in0）
{
*buf++='+';
dec=（in1-in0）*625/32;
num4=dec/1000;
num3=dec%1000/100;
num2=dec%100/10;
num1=dec%10;
if（num4>0&&flag==1）
flag=2;
if（flag==1）
{
*buf++='.';
*buf++=（0x30+num3）;
*buf++=（0x30+num2）;
*buf++=（0x30+num1）;
*buf++='0';
*buf++='0';
*buf++='0';
}
if（flag==2）
{
*buf++=（0x30+num4）;
*buf++='.';
*buf++=（0x30+num3）;
*buf++=（0x30+num2）;
*buf++=（0x30+num1）;
*buf++='0';
*buf++='0';
}
if（flag==3）
{
*buf++='0';
*buf++=（0x30+num4）;
*buf++='.';
*buf++=（0x30+num3）;
*buf++=（0x30+num2）;
*buf++=（0x30+num1）;
*buf++='0';
}
if（flag==4）
{
*buf++='0';
*buf++='0';
*buf++=（0x30+num4）;
*buf++='.';
*buf++=（0x30+num3）;
*buf++=（0x30+num2）;
*buf++=（0x30+num1）;
}
}
if（in0>in1）
{
*buf++='-';
dec=（in0-in1）*625/32;
num4=dec/1000;
num3=dec%1000/100;
num2=dec%100/10;
num1=dec%10;
if（num4>0&&flag==1）
flag=2;
if（flag==1）
{
*buf++='.';
*buf++=（0x30+num3）;
*buf++=（0x30+num2）;
*buf++=（0x30+num1）;
*buf++='0';
*buf++='0';
*buf++='0';
}
if（flag==2）
{
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