毕业论文_单片机AT89S52设计的数字万用表.doc

目 录题目1数字电压表11设计要求及技术指标11.1设计要求11.2技术指标12系统的硬件设计12.1系统的论证及选择12.1.1主控芯片12.1.2显示芯片22.2原理框图22.3单元电路设计32.3.1主控模块32.3.2显示模式53实验调试及结果83.1调试过程83.2调试结果94参考文献105元件清单116附录a 软件编程117附录b 电路原理图20天津职业技术师范大学课程设计题目 数字电压表1 设计要求及技术指标1.1 设计要求1、题目：数字电压表2、利用单片机at89s52与adc0809设计一个数字电压表，能够测量05v之间的直流电压值，电流值及电阻值，lcd液晶显示相应数据。1.2 技术指标1、单片机的定时中断技术2、数字芯片a/d转换技术3、单片机的数据处理技术4、单片机控制的lcd液晶显示技术2 系统的硬件设计2.1 系统的论证及选择2.1.1 主控芯片 方案1：选用专用电压转换芯片inc7107实现电压的测量和现实。缺点是精度比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制。优点是价格低廉。方案2：选用单片机at89s52和a/d转换芯片adc0809实现电压的转换和控制，用液晶显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵。优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。基于课程设计的要求，我们优先选用了：方案2。2.1.2 显示芯片 方案1：选用4个单体的共阳数码管，将ah全部连接起来，然后接到单片机口的i/o上进行控制。缺点是焊接时比较麻烦，容易出错。优点是价格比较便宜。方案2：选用译码芯片74ls47和74ls138配合一个四联的共阳数码管显示。缺点是价格较贵，焊接麻烦，单片机控制时比较麻烦。优点是有效的节约了单片机的i/o口资源，适用于单片机i/o口不够用的情况下。方案3：方案三：采用lcd液晶显示器显示。而lcd液晶显示则耗能少，能够显示万用表、电压、电流、电阻等汉字，在显示方面更加灵活，而且改变显示时只要改变软件设计就可以，不用改变硬件电路的设计，易于电路的功能扩展。电路的软件设计也很简单。另外，这种设计硬件更加简洁。采用lcd液晶显示方案的缺点是在显示位数比较少时，价格略显昂贵。基于以上方案和课程设计的要求，我们优先选用了：方案3。2.2 原理框图at89s52 adc080912864lcd74hc74adc0809图2-2 原理框图2.3 单元电路设计2.3.1 主控模块1、at89s52是一种低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k在系统可编程flash存储器，32位i/o口线，三个16位定时器/计数器，另外，at89s52可降至0hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。2、引脚结构及作用at89s52管脚结构vcc : 电源gnd: 地p0口：p0口是一个8位漏极开路的双向i/o口。作为输出口，每位能驱动8个ttl逻辑电平。对p0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入，当访问外部程序和数据存储器时，p0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，p0具有内部上拉电阻。在flash编程时，p0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。p1口：p1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p1输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p1端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。此外，p1.0和p1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（p1.0/t2）和定时器/计数器2的触发输入（p1.1/t2ex）。 p2口：p2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p2端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行movx dptr）时，p2口送出高八位地址。在这种应用中，p2口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如movx ri）访问外部数据存储器时，p2口输出p2锁存器的内容。在flash编程和校验时，p2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。p3口：p3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2输出缓冲器能驱动4个ttl逻辑电平。对p3端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（iil）。p3口亦作为at89s52特殊功能（第二功能）使用，在flash编程和校验时，p3口也接收一些控制信号。rst: 复位输入。晶振工作时，rst脚持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，rst脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能无效。disrto默认状态下，复位高电平有效。ale/prog：地址锁存控制信号（ale）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（prog）也用作编程输况下，ale以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ale脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作将无效。这一位置 “1”，ale仅在执行movx或movc指令时有效。否则，ale将被微弱拉高。这个ale使能标志位（地址为8eh的sfr的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。psen:外部程序存储器选通信号是外部程序存储器选通信号。当at89s52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，psen将不被激活。ea/vpp:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000h到ffffh的外部程序存储器读取指令，ea必须接gnd。为了执行内部程序指令，ea应该接vcc。在flash编程期间，ea也接收5伏的电压。xtal1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。xtal2:振荡器反相放大器的输出端。2.3.2 显示模式12864lcd工作原理在数字电路中，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15。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。12864是一种图形点阵液晶显示器,它主要由行驱动器/列驱动器及12864全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可以显示84个(1616点阵)汉字。12864lcd的引脚说明如表2-2所示。液晶显示模块的特殊寄存器说明：在使用12864lcd前先必须了解以下功能器件才能进行编程。12864内部功能器件及相关功能如下：1. 指令寄存器(ir)表2-2 液晶模块12864的管脚说明管脚号管脚名称lever管脚功能描述1vss0电源地2vdd+5.0v电源电压3v0-液晶显示器驱动电压4d/i(rs)h/ld/i=“h”，表示db7db0为显示数据d/i=“l”，表示db7db0为显示指令数据5r/wh/lr/w=“h”，e=“h”数据被读到db7db0r/w=“l”，e=“hl”数据被写到ir或dr6eh/lr/w=“l”，e信号下降沿锁存db7db0r/w=“h”，e=“h”ddram数据读到db7db07db0h/l数据线8db1h/l数据线9db2h/l数据线10db3h/l数据线11db4h/l数据线12db5h/l数据线13db6h/l数据线14db7h/l数据线15cs1h/lh:选择芯片(右半屏)信号16cs2h/lh:选择芯片(左半屏)信号17reth/l复位信号,低电平复位18vout-10vlcd驱动负电压19led+-led背光板电源20led-led背光板电源ir是用于寄存指令码，与数据寄存器数据相对应。当d/i=0时，在e信号下降沿的作用下，指令码写入ir。2数据寄存器(dr)dr是用于寄存数据的，与指令寄存器寄存指令相对应。当d/i=1时，在下降沿作用下，图形显示数据写入dr，或在e信号高电平作用下由dr读到db7db0数据总线。dr和ddram之间的数据传输是模块内部自动执行的。3忙标志：bfbf标志提供内部工作情况。bf=1表示模块在内部操作，此时模块不接受外部指令和数据。bf=0时，模块为准备状态，随时可接受外部指令和数据。利用status read指令，可以将bf读到db7总线，从检验模块之工作状态。4显示控制触发器dff此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。dff=1为开显示（display off），ddram的内容就显示在屏幕上，dff=0为关显示（display off）。ddf的状态是指令display on/off和rst信号控制的。5xy地址计数器xy地址计数器是一个9位计数器。高3位是x地址计数器，低6位为y地址计数器，xy地址计数器实际上是作为ddram的地址指针，x地址计数器为ddram的页指针，y地址计数器为ddram的y地址指针。x地址计数器是没有记数功能的，只能用指令设置。y地址计数器具有循环记数功能，各显示数据写入后，y地址自动加1，y地址指针从0到63。6显示数据ram（ddram）ddram是存储图形显示数据的。数据为1表示显示选择，数据为0表示显示非选择。ddram与地址和显示位置的关系见ddram地址表。7z地址计数器z地址计数器是一个6位计数器，此计数器具备循环记数功能，它是用于显示行扫描同步。当一行扫描完成，此地址计数器自动加1，指向下一行扫描数据，rst复位后z地址计数器为0。z地址计数器可以用指令display start line预置。因此，显示屏幕的起始行就由此指令控制，即ddram的数据从哪一行开始显示在屏幕的第一行。此模块的ddram共64行，屏幕可以循环滚动显示64行。8. 字符显示fyd12864-0402b每屏可显示4行8列共32个1616点阵的汉字，每个显示ram可显示1个中文字符或2个168点阵全高ascii码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ascii码字符的显示。fyd12864-0402b内部提供1282字节的字符显示ram缓冲区（ddram）。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示ram实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示cgrom（中文字库）、hcgrom（ascii码字库）及cgram（自定义字形）的内容。三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000006h（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）显示自定义字型，02h7fh显示半宽ascii码字符，a1a0hf7ffh显示8192种gb2312中文字库字形。字符显示ram在液晶模块中的地址80h9fh。字符显示的ram的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如表2-3所示。表2-3 字符显示ram在液晶模块中的地址表80h81h82h83h84h85h86h87h90h91h92h93h94h95h96h97h88h89h8ah8bh8ch8dh8eh8fh98h99h9ah9bh9ch9dh9eh9fh3 实验调试及结果3.1 调试过程首先根据电路原理图焊接出实际电路，然后编写简单的程序进行电路的调试，在实际的电路中，p2.0p2.3接液晶显示器的位进行控制，adc0809的数据输出端接单片机p0口，adc0809的st、oe、eoc、clk分别由p3.3p3.6经过或非门进行控制。现在将在调试过程中的问题总结如下：问题1：在进行液晶显示调节时，发现液晶不正常显示，在确定程序正确的情况下，判定问题出在硬件电路中，仔细检查后发现，电路存在虚焊，用电烙铁焊接后，通电测试，该液晶显示正常。问题2：编写好adc0809的程序，写入单片机，发现显示不对，怀疑是数据输入错误或者数据处理错误，仔细检查程序，发现定义的值太小，改正后，整机电路工作正常，可以实现从0v5v的显示。数字万用表完成的功能主要是对电压、电流、电阻的测量，它主要由分流电阻、分压电阻、51单片机最小系统、显示部分、ad转换和控制部分组成。物理量采集流程：开始被测物理量选择电压，电流，电阻的选择信号转换a/d信号采集转换处理采集信号显示数据返回数据。数字万用表完成的功能主要是对电压、电流、电阻的测量，它主要由分流电阻、分压电阻、51单片机最小系统、显示部分、ad转换和控制部分组，。其它量的测量则要添加扩展功能。图3-1 实物图3.2 调试结果通过以上软硬件电路调试，最终达到了题目的要求，实现了从0v5v的显示，并且精度比较高。电阻是几到几k的测量，电流为1a一下的测量。显示结果如下：图3-2-1显示单片机驱动电压：图3-2-1图3-2-2显示2.7k电阻值：图3-2-2图3-2-3显示电流值：图3-2-34 参考文献1、单片机原理及应用 张毅刚、刘杰 哈尔宾工业大学2、单片机基础第三版 李广弟、朱月秀、冷祖祁 人民邮电3、单片机的c语言应用程序设计 马忠梅、张凯北航大学4、51单片机应用开发案例精选 王为青 人民邮电5、51系列单片机 楼然苗、李光飞 北京航空航天大学5 元件清单元器件名称参数备注单片机at89s52（12mhz）1晶体drystal 12mhz1a/d转换adc08091或非门74hc01分频器74hc741lcd显示模块lcd128641电阻1001电容47f5电容20pf2电容30f1按键button10电阻(上拉电阻)10k20电阻1k5滑动变阻器10k2电阻0.1k106 附录a 软件编程#include /52单片机头文件#include #define uchar unsigned char /宏定义#define uint unsigned intsbit adc_a=p30; /声明单片机i/o口sbit adc_b=p31;sbit adc_c=p32;sbit rd1=p33;sbit add=p34;sbit wr1=p35;sbit int=p36;sbit cs=p23; /片选信号，可以不定义但是必须连接rs 5sbit sid=p22; /数据传输线 rw 6sbit clk=p21; /时钟 硬件中psb接地 4double getdata;/ad采集数据存放变量double dianyazhi;/double bijiaozhi; /幅值上限的设定值void delay(int t) /微秒极的延时 /uchar i; while(t-);/for(i=0;i40;i+); void fasong(uchar byte) /发送一个字节 uchar i; for(i=0;i8;i+) sid=byte&0x80; /取最高位 clk=1; clk=0; /允许传送 byte=byte1; /右移一位 void write(bit start,uchar temp) /写数据，写指令 uchar start_data,hdata,ldata; if(start=0) /11111abc中的b=0 start_data=0xf8; /写指令 else start_data=0xfa; /写数据 delay(1); /延时程序时序需要 hdata=temp&0xf0; /取高四位 ldata=(temp4)&0xf0; /取低四位 fasong(start_data); /发送指令 delay(1); fasong(hdata); /发送高四位 delay(1); fasong(ldata); /发送低四位 delay(1);void onit() /液晶的初始化write(0,0x30); /选取基本指令集write(0,0x0c); /开显示，关光标，关闪烁write(0,0x01); /清屏write(0,0x06); /数据读，写操作后，ac自动加一/*液晶字符串函数*/void lcm_writestring(uchar *str)while(*str != 0) write(1,*str+); *str = 0; /*p1口初始化函数*/void init()p1=0xff; / p3=0xf8;/选择int0通道/*adc0809转换函数*/void adc0809() add=0;wr1=1;delay(5);/程序wr1=0;delay(5);wr1=1;while(int=1);rd1=0;getdata=p0;rd1=1;add=1;/*电压显示函数*/ void display1(double date) date=(date*5000/64); jishu0=(int)date%10+0x30; jishu1=(int)date%100/10+0x30; jishu2=(int)date%1000/100+0x30; jishu3=(int)date%10000/1000+0x30; jishu4=(int)date/10000+0x30; write(0,0x92); lcm_writestring(:); write(1,jishu4); write(1,jishu3); lcm_writestring(.); write(1,jishu2); write(1,jishu1); write(1,jishu0); lcm_writestring(v);/*电流显示函数*/ void display2(double date) date=(date*3*5000/256); jishu0=(int)date%10+0x30; jishu1=(int)date%100/10+0x30; jishu2=(int)date%1000/100+0x30; jishu3=(int)date/1000+0x30; write(0,0x8a); lcm_writestring(:); write(1,jishu3); write(0,0x8b); lcm_writestring(.); write(1,jishu2); write(0,0x8c); write(1,jishu1); write(1,jishu0); lcm_writestring(a);/*电阻显示函数*/ void display3(double date) date=(date*5/256); date=5*100/date-100; /date=(date*5000/256); / date=(1000/date-1); jishu0=(int)date%10+0x30; jishu1=(int)date%100/10+0x30; jishu2=(int)date%1000/100+0x30; jishu3=(int)date%10000/1000+0x30; jishu4=(int)date/10000+0x30; write(0,0x9a); lcm_writestring(:); write(1,jishu4); write(1,jishu3); lcm_writestring(.); write(1,jishu2); write(1,jishu1); write(1,jishu0);/ lcm_writestring();void delay2(int z)int i,j;for(i=0;iz;i+)for(j=0;j=17100) bijiaozhi=3000; if(bijiaozhi=2900) bijiaozhi=17000; if(queren=0) delay2(10);/延时10ms if(queren=0) break; while(!queren); write(0,0x80);lcm_writestring(幅值上限：);write(0,0x92);write(1,(int)bijiaozhi/10000+0x30);write(1,(int)bijiaoz