单片机课程设计报告-0-5V电压测量.doc

单片机课程设计报告系 别： 自动化系 专业班级： 电气工程及其自动化XXX学生姓名： XXXX 指导教师： XXXXXX （课程设计时间：2010年6月20日2010年7月3日）华中科技大学武昌分校目 录1 课程设计任务与目的22 系统方案23 器件介绍及硬件电路原理图33.1 V/F转换电路 43.2 LCD显示电路63.2.1液晶驱动IC基本特性73.2.2模块基本特性73.2.3工作参数73.2.4接口说明73.2.5指令描述83.2.6接口时序113.2.7 LCD硬件电路图114 软件设计流程图及子程序说明124.1主程序流程图124.2子程序流程图介绍134.2.1子程序名称：INT134.2.2子程序名称：CLEAR134.2.3子程序名称：LOOP1144.2.4子程序名称：DISPLAY144.2.5子程序名称：PRO、PR1154.2.6子程序名称：PTDS154.2.7子程序名称：CCW_PR155. 有效测量数据176. 误差分析177. 心得体会19参考文献 20附录1系统完整硬件电路 21附录2系统完整程序 页码本设计是简易数字电压表，随着电子科学技术的发展，电子测量成为广大电子工作者必须掌握的手段，对测量的精度和功能的要求也越来越高，而电压的测量甚为突出，因为电压的测量最为普遍。本设计为在参阅了大量资料的基础上应用所学知识设计完成的一种基于89C51单片机的一种电压测量电路,使用LCD液晶模块显示。1.课程设计任务与目的1.1设计任务 0-5V电压测量（LCD显示） 要求： 测量值在液晶上显示；显示到小数点后三位；1.2设计目的 1通过课程设计，巩固所学的理论知识； 2综合运用单片机课程中所学的理论知识，独立完成一个课题的设计；3通过查阅手册和参考文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力；4熟悉掌握各种芯片的类型和特性，并掌握合理选用的原则；5. 提高软件使用、硬件调试和排除故障的能力；6掌握数子电子仪器的使用方法；7. 学会撰写课程设计论文，提高撰写设计报告的能力；8. 培养严肃认真的工作作风和严谨的科学态度；9.经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、使学生得到一次较全面的工程实践训练，通过理论联系实际，提高和培养创新能力，为后续课程的学习，毕业设计，毕业后的工作打下基础。2. 系统设计方案图1 系统基本方框图如图1所示，模拟电压信号送到V/F转换器进行经过压/频转换，然后送到单片机中进行数据处理。处理后的数据送到LCD中显示出来。3. 器件介绍及硬件电路原理图3.1 V/F转换电路在数字测量控制领域中，两种最常用的信号时电压量和频率量。电压量通过A/D转换而成为数字量，频率量通过计数器计数而成为数字量。V/F转换器件就是将输入电压幅值转换成频率与输入电压成正比的脉冲串。本设计中使用的V/F集成电路芯片为LM331。图2 LM331结构框图图3 LM331波形图图4 LM331的电路图3.1.1 V/F转换原理：图2中，精密电流源产生基准电流，流经,产生电压,输入模拟与相比较，当时，输入比较器输出高电平，启动单脉冲定时器，使输出驱动管导通，输出端为逻辑低电平，同时，电流开关打向左边，电流源I对电容充电。此时由于单脉冲定时器内复零晶体管截止，电源也通过电阻对电容充电，充电时间。电容充电使升高，当时，定时器复位，输出驱动管截止，输出端为逻辑高电平，同时，复零晶体管导通，电容C通过复位晶体管迅速放电：电流开关打向右边，电容对电阻放电。当电容放电电压等于输入电压时，输入比较器再次输出高电平如此反复循环。 设电容的充电时间为,放电时间为，则根据电容上电荷平衡的原理，有而，故可得可见，输出脉冲频率与输入电压成正比，从而实现了电压/频率转换。将此输出脉冲送入单片机的定时/计数器外部脉冲输入端（或），测频即可。3.1.2 V/F转换硬件原理图图5 V/F转换硬件原理图3.2 LCD显示电路液晶显示器LCD具有体积小、重量轻、功耗低等优点，已经获得广泛应用。液晶显示的原理是在电厂的作用下，液晶分子的排列方式发生了改变，从而使其光学性质发生了变化，显示图形。由于液晶分子在长时间的单向电流作用下容易发生电解，故一般液晶驱动采用125-150HZ的方波。本设计采用的是LCD12232点阵型液晶显示模块。图6 LCD12232原理图3.2.1液晶驱动IC基本特性 1.具有低功耗、供应电压范围宽等特点。 2.具有16common和61segment输出，并可外接驱动IC扩展驱动。 3.具有2560位显示RAM（DD RAM），即8084位。 4.具有与68系列或80系列相适配的MPU接口功能，并有专用的指令集，可完成文本显示或图形显示的功能设置。 3.2.2模块基本特性 视域尺寸：60.518.0mm（12232-1/-2）,54.818.3mm（12232-3） 显示类型：黄底黑字 LCD显示角度：6点钟直观 驱动方式：1/32 duty，1/6 bias 连接方式：导电胶条，铁框 3.2.3工作参数1.逻辑工作电压（VDD-VSS）：2.46.0V 2.LCD驱动电压(Vdd-Vlcd)：3.013.5V 3.工作温度(Ta)：055（常温） / -2070（宽温） 4.保存温度(Tstg)：-1070 3.2.4接口说明PCB板引脚号 12232/1 12232/2 12232/3 1 VDD VSS 同12232-1引脚2 VSS VDD 3 Vo Vo 4 /RESET Ao 5 E1 E1 6 E2 E2 7 R/W CL(外振时钟) 8 Ao /RD 9 D0 /WR 10 D1 D0 11 D2 D1 12 D3 D2 13 D4 D3 14 D5 D4 15 D6 D5 16 D7 D6 同12232-1引脚 17 LED+ D7 18 LED- /RESET 19 LED+ 20 LED- 管脚说明: VDD：逻辑电源正 GND(VSS)： 逻辑电源地 VO(VEE)：LCD驱动电源 RESET：复位端,上升沿(L-H)复位，且复位后电平须保持为高电（H）； E1：读写使能。对于68系列MPU，连接使能信号引脚，高电平有效； E2：同E1引脚。 /RD：读允许，低电平有效。 /WR：写允许，低电平有效。 R/W：读写选择，对于68系列MPU，高电平时读数据，低电平时写数据； A0：数据/指令选择 高电平：数据D0-D7将送入显示RAM； 低电平：数据D0-D7将送入指令执行器执行。 D0-D7：数据输入输出引脚3.2.5指令描述 1.显示模式设置（显示开关指令） 功能：开/关屏幕显示,不改变显示RAM(DD RAM)中的内容,也不影响内部状态。D=0，开显示；D=1，关显示。如果在显示关闭的状态下选择静态驱动模式，那么内部电路将处于安全模式。 该指令不影响显示RAM的内容。 2.设置显示起始行 功能：执行该命令后，所设置的行将显示在屏幕的第一行。起始地址可以是0-31范围内任意一行。行地址计数器具有循环计数功能，用于显示行扫描同步，当扫描完一行后自动加一。 3. 页地址设置 功能：设置页地址。当MPU要对DD RAM进行读写操作时，首先要设置页地址和列地址。本指令不影响显示。4.列地址设置 功能：设置DD RAM中的列地址。当MPU要对DD RAM进行读写操作前，首先要设置页地址和列地址。执行读写命令后，列地址会自动加1，直到达到50H才会停止，但页地址不变。 5.读状态指令 功能：检测内部状态。 BUSY为忙信号位，BUSY =1：内部正在执行操作；BUSY =0：空闲状态。 ADC为显示方向位，ADC=0：反向显示；ADC=1：正向显示。 ON/OFF显示开关状态，ON/OFF=0：显示打开，ON/OFF=1：显示关闭。 RESET复位状态，RESET=0：正常，RESET=1：内部正处于复位初始化状态。 6.写显示数据 功能：将8位数据写入DD RAM，该指令执行后，列地址自动加1，所以可以连续将数据写入DD RAM而不用重新设置列地址。 7.读显示数据 功能：读出页地址和列地址限定的DD RAM地址内的数据。当“读-修改-写模式”关闭时，每执行一次读指令，列地址自动加1，所以可以连续从DD RAM读出数据而不用设置列地址。 注意：再设置完列地址后，首次读显示数据前必须执行一次空的“读显示数据”。这是因为设置完列地址后，第一次读数据时，出现在数据总线上的数据是列地址而不是所要读出的数据。 8.设置显示方向 功能：该指令设置DD RAM中的列地址与段驱动输出的对应关系 显示当设置D=0时，反向；D=1时，正向。 9.开/关静态驱动模式设置 功能：D=0表正常驱动，D=1表示打开静态显示。 10.DUTY选择 功能：设置D=0 表示1/16DUTY，D=1表示1/32DUTY。 11.“读-修改-写”模式设置 功能：执行该指令以后，每执行一次写数据指令列地址自动加1；但执行读数据指令时列地址不会改变。这个状态一直持续到执行“END”指令。 12.END指令 功能：关闭“读-修改-写”模式，把列地址指针恢复到打开“读-修改-写”模式前的位置。 13.复位指令 功能：使模块内部初始化。 初始化内容： 设置显示初始行为第一行； 页地址设置为第三页。 3.2.6 接口时序图7 LCD12232接口时序图3.2.7 LCD显示硬件电路图图8 LCD显示硬件电路图4. 软件设计流程图及子程序功能说明4.1 主程序流程图开始LCD12232初始化清屏定时器、初始化1s后采集转换结果送入50H、51H启动V/F转换器开始采集转换调用二转十子程序将二进制数转化为十进制转换结果拆字后送到显示缓冲器40H45H单元调用液晶显示子程序 显示结果图8 主程序流程图4.2子程序流程图介绍4.2.1 子程序名称： INT 入口参数： COM表示命令字 子程序功能：对液晶进行初始化。 开始分别设置COM=0E2H，复位COM=0A4H，关闭休闲状态COM=0A9H，设置占空比1/32COM=0A0H，正向排序COM=0C0H，设置显示起始行COM=0AFH，开显示设置 调用E1写指令代码子程序 返回 调用E2写指令代码子程序 4.2.2 子程序名称：CLEAR 入口参数：无 子程序功能：清屏 将液晶RAM中每页80个字节全部清零。 开始页地址置“0”，列地址置“0”页面地址加1 返回满4页吗？显示数据为“0”一页清满80个字节？吗？YNYN4.2.3 子程序名称： LOOP1入口参数： R2,R3表示二进制数子程序功能：十六位二进制转十进制 将R2、R3里的十六位二进制数转换为BCD数。 开始0送R4R5R6，10HR72*（R4R5R6）+CYR4R5R6 返回0送CYR2R3左移一位（R7-1）等于0吗？YN4.2.4 子程序名称： DLSPLAY 入口参数： CODE1表示字符代码开始 子程序功能：调用液晶显示程序，显示相应字符。 LCD液晶初始化清屏页地址寄存器置初值列地址寄存器置初值字符代码寄存器置初值调用液晶写入子程序返回 4.2.5 子程序名称：PR0 子程序名称：PR1入口参数： COM表示命令字 入口参数： COM表示命令字子程序功能：写指令代码子程序（E1） 子程序功能：写指显示码子程序（E1）开始将要返回的地址推入堆栈保护设置读状态字地址读状态字判断标志位是否为“0”设置写指令代码地址取指令代码写指令代码保护地址出堆栈返回NY开始将要返回的地址推入堆栈保护设置读状态字地址读状态字判断标志位是否为“0”设置写显示数据地址取数据写数据保护地址出堆栈返回NY PR3: 写指令代码子程序（E2）：子程序流程图同PR0PR4:写显示数据子程序（E2）：子程序流程图同PR14.2.6子程序名称：PTDS 4.2.9子程序名称：CCW_PR入口参数：寄存器A 入口参数：CODE1表示字符代码子程序功能：A中两个数拆开入R0。 子程序功能：字符字节编码写入相应的液晶RAM 开始计数器设定为16一页送16个字节列地址入栈取间址寄存器器CODE1计数器COUNT-1为0？YYNY判断为汉字吗？取汉字代码计算字符字模块首地址判断是汉字吗？写页地址设置指令列出栈 取列地址值右半屏设置列地址值判断是否大于61？左半屏设置列地址值取汉字字模数据字模数据倒序，判断在左屏还是右屏然后写数据判断是汉字吗？间址CODE1加2（跳取），列加一间接寄存器设置为01H写下一页的十六个数据返回开始 返回R1给A,A高低换位 R0自加1 A与0F相与，结果送R0 把A给R1暂存 返回5.有效测量数据标准值/V测量值/V误差值/V精度0.10.1240.02424%0.20.1820.0189%0.50.5220.0224.4%11.0210.0212.1%1.21.2060.0065%1.51.5480.0483.2%22.0430.0432.15%2.52.5190.0190.76%33.1010.1013.37%3.53.6270.1273.63%44.1180.1182.95%4.54.6300.1302.89%4.84.9250.1252.60%55.0090.0090.6%6.误差分析1.开始小数据测量时误差较大，可能是因为万用电表（指针型）的精度不够，从而导致开始小数据的误差偏大。2.由于在中间电压显示转换计算中使用了近似计算，从而导致了误差，数字越小，转换时计算出的误差越大。3.在采样过程中由于没有用加权取平均值的方法，采样时是在采样范围中任意取值的，从而造成误差，电压显示不稳定。改进方法：1.改用数字万用表进行试验测量，增加测量精度。2.在转换过程计算中采用精确度更高的数值进行近似测量，以减小误差。3.在采样程序中加入求平均取值的子程序，以此来增加精度减小误差。6.心得体会时间飞逝，两个星期的课程设计转眼间就已接近尾声。回首当初，那种茫然失措的心情还是如此的清晰，依稀就在昨日。可是如今，我已经能够自信的捧着自己的课程设计作品，接受老师的评测。记得课程设计的第一天，再次来到电工电子基地的实验室，我的内心就充满了忐忑。上学期的单片机课程让我深深体会到，这里不仅是我们接受从理论到实践教育的地方，也是个充满挫折与挑战的地方。没有足够的耐心与毅力，没有必胜的决心与信念，那么就不可能获得成功。在接受了课程设计的任务之后，我的心里顿时一片茫然。此时此刻，我的脑中只有许多问号在闪烁着：我该怎么做？我能够做的到吗？当然，于此同时，我也清楚的知道，这样的慌乱是毫无意义的，唯有一步一个脚印的走下去，才能离成功越来越近。迅速调整心态以后，我和同组的同学决定先到图书馆从理论知识入手，踏出课程设计的第一步。在之后的十余天中，我们每天都泡在实验室里，将程序一点点调试。调试中的挫折无数次让我们灰心丧气，但我们又无数次的振作精神，发掘并改正那些哪怕是最细小的问题。当胜利的曙光终于照耀到我们的时候，我真的非常幸福的笑了，不过我知道自己不能满足于此，因为我将会在今后遇到更多的挑战。我们在失败中获取真知；在挫败中吸收经验；在成功后变得更加自信。这将是我人生中又一宝贵的财富。其实生活岂不亦是如此，我们在失败中越错越勇，在历练中更加睿智更加成熟。亲历了这次数字电压表的课程设计后，我受益匪浅。我对单片机技术的应用与实践有了更进一步的了解与掌握。我熟悉了一些基本的电路设计程序，也初步了解了关于数字电压表的一般原理与设计理念，加深了对各种芯片功能的了解，更重要的是将理论提高到了实践和动手能力。同时，在这次课程设计中，我还学到了许多在课本上学不到的东西。从软件编程到硬件连接，每一个环节都需认真谨慎。这些天在实验室不断的思考、观察、查错和调试，让我收获了许多电路的测试和故障排除的技能，思维和动手能力上均有了很大的提高，更让我明白了一个严谨的科学态度的重要性。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在做单片机课程设计，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。 其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：汇编语言、模拟和数字电路知识等。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。后，要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比是我们人类成长的历程，常有一些不如意，但毕竟这是第一次做，难免会遇到各种各样的问题。在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学，若遇到实在搞不明白的问题就会及时请教老师，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。通过这次课程设计我也发现了自身存在的不足之处，虽然感觉理论上已经掌握，但在运用到实践的过程中仍有意想不到的困惑，经过一番努力才得以解决。这也激发了我今后努力学习的兴趣，我想这将对我以后的学习产生积极的影响。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的“学习”，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了些许的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和努力，都是以后工作中需要的。 参考文献（空一行：以下文献仅供格式参考，请勿拷贝）1 李群芳单片机微型计算机与接口技术（第3版）北京：电子工业出版社，2009.7；2 康华光电子技术基础 数字部分（第四版）北京：高等教育出版社，2000.6；3 康华光电子技术基础 模拟部分（第四版）北京：高等教育出版社，1999.6；4 朱定华，戴汝平单片微机原理与应用北京：清华大学出版社，2003.8；5 潘新民，王燕芳微型计算机控制技术北京：电子工业出版社，2003.1；附录1系统完整硬件电路（空一行）附录2 系统完整程序PD1 EQU 60; ；模块参数COLUMN EQU 30HPAGE1 EQU 31H;；页地址寄存器CODE1 EQU 32H;；字符代码寄存器COUNT EQU 33H;；计数器COMEQU 20H;；指令寄存器DATEQU 21H;；数据寄存器CWADD1 EQU 0fa00H;；写指令代码地址（E1）CRADD1 EQU 0fa80H;；读状态字地址（E1）DWADD1 EQU 0fa40H;；写显示数据地址（E1）CWADD2 EQU 0f800H;；写指令代码地址（E2）CRADD2 EQU 0f880H;；读状态字地址（E2）DWADD2 EQU 0f840H;；写显示数据地址（E2）LEDBuf EQU 40H;；显示缓冲ORG 0000hSJMP MAINORG 000BH;；定时器0中断入口地址LJMP INTER0ORG 0030HMOV SP,#60H MAIN: LCALL INT;；调用初始化子程序LCALL CLEAR;；调用清屏子程序MOV TMOD,#51H ;定时器初始化T1计数 T0定时gate c/t m1 m0 gate c/t m1 m0 采用方式1 MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B7HMOV TL1,#00HMOV TH1,#00HMOV 23H,#00HORL IE,#82H ; EA MOV TCON,#50H ;TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0MOV 50H,#00HMOV 51H,#00HLOOP0: MOV R2,50HMOV R3,51HLCALL LOOP1;调用二进制转十进制子程序MOV R0,#40H;转换结果送显示缓冲器MOV A,R6;转换结果的BCD码存储在R6 R5 R4之中LCALL PTDS;R6 R5 R4 转换成分开的BCD码存储在40h 45hMOV A,R5LCALL PTDSMOV A,R4LCALL PTDSLCALL DISPLAY;调用显示子程序LJMP LOOP0LOOP1:CLR A;二进制转十进制子程序MOV R4,AMOV R5,AMOV R6,AMOV R7,#10HLOOP2:CLR CMOV A,R3;R2 R3 保存计数值 50H 51HRLC A MOV R3,A MOV A,R2RLC AMOV R2,AMOV A,R6ADDC A,R6DA AMOV R6,AMOV A,R5ADDC A,R5DA AMOV R5,AMOV A,R4ADDC A,R4DA AMOV R4,ADJNZ R7,LOOP2RETPTDS:MOV R1,A;低位BCD码40H 高位41H 42H 43H 44H 45HACALL PTDS1MOV A,R1SWAP APTDS1:ANL A,#0FHMOV R0,AINC R0RETINTER0:CLR TR0;定时器0中断处理子程序MOV TL0,#0B7HMOV TH0,#3CHINC 23HMOV A,23HCJNE A,#0AH,ZOO1MOV 23H,#00HMOV 50H,TH1MOV 51H,TL1MOV TL1,#00HMOV TH1,#00HZOO1:SETB TR0RETIDISPLAY: MOV R1,#43HMOV R6,#03HMOV PAGE1,#0B8H;10111000 page0MOV COLUMN,#18HMOV CHARC,#00HLCALL CHINALMOV PAGE1,#0B8H;10111000 page0MOV COLUMN,#27HMOV CHARC,#01HLCALL CHINAL MOV PAGE1,#0BAHMOV COLUMN,#09HMOV CHARC,#02HLCALL CHINALMOV PAGE1,#0BAHMOV COLUMN,#18HMOV CHARC,#03HLCALL CHINALMOV PAGE1,#0BAHMOV COLUMN,#27HMOV CHARC,#04HLCALL CHINAL MOV PAGE1,#0B9H;10111001 page1MOV 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