基于AVR_atmega16数字式直流电压表的设计

基于AVR_ATMEGA16简易数字式直流电压表的设计摘要本设计是基于ATMEGA16单片机开发平台和自动控制原理的基础上实现的一种数字电压表系统。该系统采用ATMEGA16单片机作为控制核心，以MAX187为数据采样系统，实现被测电压的数据采样；使用系列比较器检测输入电压的范围，并通过继电器阵列实现了输入量程的自动转换；使用HS1602ALCD液晶显示器显示被测电压。关键词量程自动转换电压检测MAX187ATMEGA16LCD显示目录一、课程设计目的二、用途及功能三、硬件设计思想和电路原理图1系统总体设计与框图2实际电路图21单片机系统22AD转换电路23信号调理模块24继电器模块25LCD显示电路3总体设计电路图4硬件单元的使用四、软件设计与流程1系统软件介绍2软件程序流程图3软件功能五、系统测试过程及测试数据六、设计所需的全部资源七、成员分工和工作情况八、参考文献九、附录一、课程设计目的1实现自动切换量程的数字电压表。2通过本次课程设计加深对单片机课程的全面认识和掌握。3锻炼通过自学与自己探索的方式解决问题的能力。4通过此次课程设计将单片机软硬件结合起来对程序进行编辑，校验，锻炼实践能力和理论联系实际的能力。5锻炼团队分工合作与协调能力。二、用途及功能根据待测电压的不同，自动切换量程并检测电压的大小。三、硬件设计思想和电路原理图1系统总体设计与框图本系统采用ATMEGAL16L单片机作为控制核心，以12位的A/D转换MAX187为数据采样系统，实现被测电压的高精度数据采集与显示。2实际电路图21单片机系统本设计是以ATMEGA16L单片机为控制核心,其外围接口电路如图所示。单片机的PA口主要用于信号检测，PB口用于继电器控制，PC口用于按键输入、过压报警等，PD口用于液晶显示。22AD转换电路我们利用MAX187作为AD数据采样器件,它是串行接口方式的A/D转换器，仅有8个引脚，外围接线很少。体积小、速度快、精度高。23信号调理模块该部分主要实现的功能是自动量程切换和电压变换，模块主要由电压极性检测电路、电压范围粗测电路、电压变换电路、继电器模块四部分组成。231电压极性检测电路电压极性检测电路采用过零比较器检测负电压的方式实现的，运算放大器LM324的反向端接地，同向端通过100K电阻接输入信号。232电压范围粗测电路为了粗略地得到被测量的电压范围我们采用多组比较器的方式，通过阶梯式比较的方法确定输入电压的范围。233量程切换电路电路由衰减电阻、切换继电器和运算放大器组成，对应的是衰减1/2、1/3、1/4和无零漂放大50倍，切换电路如图所示。电压变换到05V标准信号后，再由A/D转换进行采样，最后由单片机算法还原。24继电器模块我们采用了八个继电器实现量程的自动切换，其动作由单片机PB口控制。25LCD显示电路采用字符型液晶模块HS1602与单片机的接口和编程的方法显示测量的电压大小、极性、峰值。3总体设计电路图4硬件单元的使用将待测电压输入，首先进行极性判断，输入单片机。然后对继电器8进行控制，正电压不工作，负电压接通常断进行电压反向。输入电压粗测电路判断电压范围并输入单片机。根据输入端控制继电器1，2，3，4，5，进行电压增减。继电器6根据极性接通，使正电压输入A/D转换器MAX187进行测量并输入单片机。最后输入到LCD显示测量结果。四、软件设计与流程1系统软件介绍软件部分采用模块化程序设计的方法，由单片机控制主程序、A/D转换子程序、电压检测及继电器控制程序、液晶显示组成。系统软件设计是在C编译环境下进行的，由于C语言程序可移植性好，所以提高了编程的效率。2软件程序流程图3软件功能PC0首先接收数据，据此控制PC6,PC7实现电压转换，保证正电压输出。PB0,PB1,PB2,PB3,PA6的输入值通过PA1,PA2,PA3,PA4,PA5控制继电器1，2，3，4，5实现电压增减并输入A/D转换器MAX187进行测量。最后输入PB4,PB6,PB7并由PD4,PD5,PD6,PD7输入LCD显示。五、系统测试过程及测试数据由于开发板无法连接计算机，不能进行烧录，项目未完成。六、设计所需的全部资源ATMEGA16L,MAX187,LM324,OP07,继电器，电阻，导线，电容，三极管9013七、成员分工和工作情况刘同川主要负责硬件连接及部分后期工作刘巍主要负责电路设计，硬件排布以及各种资料的制作龙世同主要负责程序编写工作基本上由三人共同承担，贡献相当八、参考文献（一）网站资料HTTP/WWWAVRVISDUEDUCNHTTP/WWWATMELCOMHTTP/（二）电子资料MEGA16数据手册（三）书籍资料1ATMEGA8原理及应用手册马潮詹卫前耿德根编清华大学出版社2C语言程序设计谭浩强编清华大学出版社3AVR单片机C语言开发入门指导沈文EAGLELEE詹卫前编清华大学出版社。4AVR单片机嵌入式系统原理与应用实践马潮编北京航空航天大学出版社5单片机原理与接口李茂奎九、附录程序/ICCAVRAPPLICATIONBUILDER200961735907/TARGETM16/CRYSTAL40000MHZINCLUDEINCLUDE/CALLTHISROUTINETOINITIALIZEALLPERIPHERALSVOIDINIT_DEVICESVOID/STOPERRANTINTERRUPTSUNTILSETUPCLI/DISABLEALLINTERRUPTSPORT_INITMCUCR0X00GICR0X00TIMSK0X00/TIMERINTERRUPTSOURCESSEI/REENABLEINTERRUPTS/ALLPERIPHERALSARENOWINITIALIZED/ICCAVRAPPLICATIONBUILDER2009611215623/TARGETM16/CRYSTAL40000MHZINCLUDEINCLUDE“STDIOH“DEFINEVREF4420DEFINESS4/PB4DEFINEMOSI5/PB5DEFINEMISO6/PB6DEFINESCK7/PB7DEFINEP170/PC0INPUTDEFINEP100/PB0DEFINEP111/PB1DEFINEP122/PB2DEFINEP133/PB3DEFINEP146/PA6DEFINEMATS66/PC6OUTPUTDEFINEMATS87/PC7DEFINERS_0PORTD/毫秒级延时程序晶振8MHZVOIDDELAY_MSUNSIGNEDINTTIMEWHILETIME0DELAY_US1000TIME/显示屏命令写入函数/VOIDLCD_WRITE_COMUNSIGNEDCHARCOMRS_0RW_0PORTBCOMEN_1DELAY_US20EN_0/显示屏命令写入函数/VOIDLCD_WRITE_DATAUNSIGNEDCHARDATARS_1RW_0PORTBDATAEN_1DELAY_US200EN_0/显示屏清空显示/VOIDLCD_CLEARVOIDLCD_WRITE_COM0X01DELAY_MS5/显示屏字符串写入函数/VOIDLCD_WRITE_STRUNSIGNEDCHARX,UNSIGNEDCHARY,UNSIGNEDCHARSIFY0LCD_WRITE_COM0X80XELSELCD_WRITE_COM0XC0XWHILESLCD_WRITE_DATASS/显示屏单字符写入函数/VOIDLCD_WRITE_CHARUNSIGNEDCHARX,UNSIGNEDCHARY,UNSIGNEDCHARDATAIFY0LCD_WRITE_COM0X80XELSELCD_WRITE_COM0XC0XLCD_WRITE_DATADATA/显示屏初始化函数/VOIDLCD_INITVOIDDDRB0XFF/I/O口方向设置/DDRD|13/WHILEPORTBAVERAGEBJTEMPIFPINA/去抖动IFPINABITSETPINA,B_KEYIFFLAG1LCD_GOTOXY0,1/显示最大值LCD_WRITE_STR0,1,“MAX_V“KTEMP10858M