51单片机简易数字电压表.doc

综合性设计性实验报告 院/系别：化工机械系 班级：自动化2011 20142015学年 第一学期学号1120301030姓名何延海指导教师薛志斌课程名称综合设计型实验实验名称基于51单片机的直流数字电压表实验类型设计性实验地点化工学院智能系统与控制实验室实验时间2014.12.22-2015.01.05实验内容：（简述）本次综合性实验设计是基于STC89C52RC+ADC0804+LCD1602，实现020V直流电压测量和050k电阻粗测量及电阻小于20蜂鸣报警功能。首先，从手头现有器件为出发，查阅各器件资料和相关设计资料确定方案；其次，用proteus、keil建立模型和编写程序进行理论仿真；然后，在开发板上进行验证；最后，焊接电路板调试，做最后的确定，写实验报告。实验目的与要求：目的：通过实现STC89C52RC+ADC0804+LCD1602电压、电阻测量系统，熟悉单片机的开发，为毕业设计的开展做铺垫。要求：1、实现STC89C52RC+ADC0804+LCD1602电压、电阻测量系统。 2、将该测量系统的误差控制在一定范围内。设计思路：（设计原理、设计方案及流程等）1、 设计方案DC:020VR:050K输入ADC0804转换功能选择R/VSTC89C52换算LCD1602显示电压测量：电压测量时受到AD转换芯片的限制，直接接入只能测量05V的直流电压，为扩大量程，以电阻分压法接入被测量。为保证测量时被测设备不过流，以5k电阻作为基准电阻。分压电路如下。+020V 10k+010V 5k IN+ 5kGND IN-ADC0804为8位转换，在测量10V、20V电压时，最小转换电压为：10V/255=0.0392V20V/255=0.0784V 所以，被测电压或。电阻测量电阻测量时也以分压法测电压来实现，5k作为基准电阻，接入+5V电压做测量电压。电路如下：+5V RX IN+ 5kGND IN-计算公式为：2、 程序流程图开始程序/AD/LCD初始化否hINTR=0?是h读取AD否hxz=0？是h否hx=0？是hLCD显示结束3、仿真图关键技术分析：1、 应用proteus搭建数字电压表仿真模型在充分了解proteus软件的基础上，搭建STC89C52RC+ADC0804+LCD1602电压、电阻测量系统仿真电路的搭建。2、 应用keil单片机开发环境使用keil单片机开发环境，以c51语言编写代码。3、 量程的扩展和测量误差消减 设计量程扩展电路，同时将测量误差降到最低。实验过程：（包括主要步骤、成果介绍、代码分析、实验分析等）1、 器件简介 1）STC89C52RC STC89C52RC单片机是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。 主要特性如下： 增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051. 工作电压：5.5V3.3V（5V单片机）/3.8V2.0V（3V单片机） 工作频率范围：040MHz，相当于普通8051的080MHz，实际工作频率可达48MHz 用户应用程序空间为8K字节 片上集成512字节RAM 通用I/O口（32个），复位后为：P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为I/O口用时，需加上拉电阻。 ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程序，数秒即可完成一片 具有EEPROM功能 具有看门狗功能 共3个16位定时器/计数器。即定时器T0、T1、T2 外部中断4路，下降沿中断或低电平触发电路，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） PDIP封装引脚图： 2）ADC0804LCN 芯片参数： 工作电压：+5V，即VCC=+5V。 模拟转换电压范围：0+5V，即0Vin+5V。 分辨率：8位，即分辨率为1/28=1/256，转换值介于0255之间。 转换时间：100us（fCK=640KHz时）。 转换误差：1LSB。 参考电压：2.5V，即Vref=2.5V。 各个引脚名称及作用： Vin（+）、Vin（-）：两个模拟信号输入端，可以接收单极性、双极性和差模输入信号。 DB0-DB7：具有三态特性数字信号输出端，输出结果为八位二进制结果。 CLKIN：时钟信号输入端。 CLKR:内部时钟发生器的外接电阻端，与CLK端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率计算方式是：fck=1/(1.1RC）。 CS：片选信号输入端，低电平有效。 WR：写信号输入端，低电平启动AD转换。 RD：读信号输入端，低电平输出端有效。 INTR：转换完毕中断提供端，AD转换结束后，低电平表示本次转换已完成。 VREF/2：参考电平输入，决定量化单位。 VCC：芯片电源5V输入。 AGND:模拟电源地线。 DGND:数字电源地线。 ADC0804的转换原理 ADC0804是属于逐次逼近式（Successive Approximation Method）A/D转换器，这类型的A/D转换器除了转换速度快（几十至几百us）、分辨率高外，还有价钱便宜的优点，普遍被应用于微电脑的接口设计上。 以输出8位的ADC0804动作来说明“连续渐进式A/D转换器”的转换原理，动作步骤如下表示（原则上先从左侧最高位寻找起）。 第一次寻找结果：10000000 （若假设值输入值，则寻找位=假设位=1） 第二次寻找结果：11000000 （若假设值输入值，则寻找位=假设位=1） 第三次寻找结果：11000000 （若假设值输入值，则寻找位=该假设位=0） 第四次寻找结果：11010000 （若假设值输入值，则寻找位=假设位=1） 第五次寻找结果：11010000 （若假设值输入值，则寻找位=该假设位=0） 第六次寻找结果：11010100 （若假设值输入值，则寻找位=假设位=1） 第七次寻找结果：11010110 （若假设值输入值，则寻找位=假设位=1） 第八次寻找结果：11010110 （若假设值输入值，则寻找位=该假设位=0） 这样使用二分法的寻找方式，8位的A/D转换器只要8次寻找，12位的A/D转换器只要12次寻找，就能完成转换的动作，其中的输入值代表模拟输入电压Vin。 芯片操作时序图： 分析图可知，CS先为低电平，WR随后置低，经时间tw（WR）L后，WR置高，随后AD转换器被启动，并且在经过一段时间后，模数转换完成，转换结果存入数据锁存器，同时INTR自动变为低电平，通知单片机本次转换已结束。我们在实际写单片机程序启动A/D转换时就要遵循上面的时序。但实际使用中，也可以不采用中断方式读取A/D转换数据，我们可以在启动A/D转换后，经过延时一段时间，直接读取A/D转换数据结果，读取结束后再启动一次A/D转换，如此循环下去。 读取数据时序图如下图分析图可知，当INTR变为低电平时后，将CS先置低，接着再将RD置低，在RD置低至少经过tACC时间后，数据输出口上的数据到达稳定状态，此时直接读取数据输出端口的数据，读走数据后，马上将RD拉高，然后再将CS拉高，INTR是自动变化的，不必人为干涉。 当我们连续转换并且连续读取数据时，就没有必要每次把CS置低再拉高，只要一开始将CS置低，以后要启动转换和读取数据时只需要操作WR和RD即可。 3)LCD1602 简介 工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行） 1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。 1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。 管脚功能编辑 1602采用标准的16脚接口，其中： 第1脚：GND为电源地 第2脚：VCC接5V电源正极 第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会 产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。 第4脚：RS为寄存器选择，高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 第5脚：RW为读写信号线，高电平(1)时进行读操作，以51为例的简单原理图低电平(0)时进行写操作。 第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端,高电平（1）时读取信息，负跳变时执行指令。 第714脚：D0D7为8位双向数据端。第1516脚：空脚或背灯电源。15脚背光正极，16脚背光负极。 特性 3.3V或5V工作电压，对比度可调 内含复位电路 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能 有80字节显示数据存储器DDRAM 内建有192个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM 8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM 特征应用 微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧，常用在袖珍式仪表和低功耗应用系统中。 操作控制 注：关于E=H脉冲开始时初始化E为0，然后置E为1。 字符集 1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同的点阵字符图形，这些字符有：阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”。在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值，如A。因为CGROM储存的字符代码与我们PC中的字符代码是基本一致的，因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1=A这样的方法。PC在编译时就把A先转换为41H代码了。CGROM中字符码与字符字模关系对照表字符代码0x000x0F为用户自定义的字符图形RAM(对于5X8点阵的字符，可以存放8组，5X10点阵的字符，存放4组)，就是CGRAM了。0x200x7F为标准的ASCII码，0xA00xFF为日文字符和希腊文字符，其余字符码(0x100x1F及0x800x9F)没有定义。 指令集 2、 参数确定 ADC0804时钟频率：C=220PF,R=5OOO，所以fck=826kHz3、 C语言程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long sbit lcd_rs=P22; sbit lcd_en=P20; sbit cs=P26; /AD片选 sbit rd=P25; sbit wr=P24;sbit INTR=P32;/中断请求信号 sbit xz=P37;/功能选择开关sbit lc=P35;/量程选择按钮sbit fm=P23;/蜂鸣器 uint x,temp,D0,D1,D2,D3,D4,D5;uint i=0; ulong shu;uchar code table=He_Yan_Hai XH:30; /第一行显示的内容放入数组uint AD_read();void delay(uint z);void write_com(uchar com);void write_shu(ulong shu);void lcd_init();void display();void display1(uchar gw,uchar sfw,uchar bfw,uchar qfw,uchar wfw);void display2(uchar sw,uchar gw,uchar sfw,uchar bfw);void AD_init();void AD_start();void main()/主程序 write_com(0x01);/清屏 lcd_init(); display(); /第一行显示“何延海 学号：30” AD_init(); while(1) AD_start();if(lc=0)/量程选择 delay(8); if(x=0) x=1; else x=0; while(INTR=1);/AD转换是否结束，结束为低电平,INTR=0; shu=AD_read();/读取AD if(xz=0)/功能选择 shu=5036*(0XFF-shu)/shu;/电阻计算式 if(shu=90000&x=0&xz=1) write_com(0x80+0x4f); write_shu(0X7e); delay(250); write_com(0x80+0x4f); write_shu(0X20); D0=shu/100000;/整数十位 shu=shu%100000; D1=shu/10000;/整数个位 shu=shu%10000; D2=shu/1000;/十分位数 shu=shu%1000; D3=shu/100;/百分位数 shu=shu%100; D4=shu/10; /千分位数 shu=shu%10; D5=shu; /万分位数 if(xz=0) display1(D1,D2,D3,D4,D5);/LcD1602电阻值显示 else display2(D0,D1,D2,D3);/LcD1602电压值显示 void delay(uint z)/延时函数 uint x,y; for(x=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-);void write_com(uchar com)/lcd1602写操作子程序 P0=com; lcd_rs=0; lcd_en=1; lcd_en=0; delay(2);void write_shu(ulong shu)/lcd1602写数据子程序 P0=shu; lcd_rs=1; lcd_en=1; lcd_en=0; delay(5);void lcd_init()/lcd1602初始化 lcd_en=0; write_com(0x01);/清屏 write_com(0x06);/指针加减与移动 write_com(0x0c);/光标 write_com(0x38);/液晶初始化命令void display() for(i=0;i16;i+) write_com(0x80+i); write_shu(tablei); delay(100); void display1(uchar gw,uchar sfw,uchar bfw,uchar qfw,uchar wfw)/LcD1602电阻值显示 write_com(0x80+0x41); write_shu(0X20); write_com(0x80+0x42); write_shu(R); write_com(0x80+0x43); write_shu(e); write_com(0x80+0x44); write_shu(s); write_com(0x80+0x45); write_shu(i); write_com(0x80+0x46); write_shu(s); write_com(0x80+0x47); write_shu(:); write_com(0x80+0x48); write_shu(0X30+gw);/0X30表示数字0 write_com(0x80+0x49); write_shu(0X30+sfw); write_com(0x80+0x4a); write_shu(0X30+bfw); write_com(0x80+0x4b); write_shu(0x30+qfw); write_com(0x80+0x4c); write_shu(0X30+wfw); write_com(0x80+0x4d); write_shu(0XF4); write_com(0x80+0x4E); write_shu(0X20); void display2(uchar sw,uchar gw,uchar sfw,uchar bfw)/LcD1602电压值显示 write_com(0x80+0x41); write_shu(V); write_com(0x80+0x42); write_shu(o); write_com(0x80+0x43); write_shu(l); write_com(0x80+0x44); write_shu(t); write_com(0x80+0x45); write_shu(a); write_com(0x80+0x46); write_shu(g); write_com(0x80+0x47); write_shu(e); write_com(0x80+0x48); write_shu(:); write_com(0x80+0x49); write_shu(0X30+sw); /0X30表示数字0 write_com(0x80+0x4a); write_shu(0x30+gw); write_com(0x80+0x4b); write_shu(.); write_com(0x80+0x4c); write_shu(0x30+sfw); write_com(0x80+0x4d); write_shu(0x30+bfw); wri