单片机设计实验

本科学生设计性实验报告实验项目名称基于单片机的数字电压表一、实验设计方案实验名称基于单片机的数字电压表实验时间小组合作是否小组成员1、实验目的设计制作一个基于单片机的数字电压表，实现测量交流电压值测量、直流电压值测量等功能。2、实验场地及仪器、设备和材料电脑、PROTEUS仿真软件、KEIL编译软件、AT89C51、AD0809、LCD液晶屏、整流桥、电阻、电容3、实验思路（实验内容、数据处理方法及实验步骤等）1硬件设计11单片机控制模块设计单片机控制模块的作用是为控制各单元电路的运行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。图1系统时钟电路图2系统复位电路12逐次逼近式A/D转换模块设计逐次逼近型A/D转换器属于直接型A/D转换器，它能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量。主要由比较器、环形分配器、控制门、5寄存器与D/A转换器组成。21MSB21ADDB24ADDA25ADDC23VREF12VREF16IN31IN42IN53IN64IN75START6258EOC7OUTPUTENABLE9CLOCK10VCC112220GND132714261528LSB1724182319IN228IN127IN026ALE22图3引脚图13LCD显示模块LCD显示器分为字段显示和字符显示两种。其中字段显示与LED显示相似，只要送对应的信号到相应的管脚就能显示。字符显示是根据需要显示基本字符。本设计采用的是字符型显示。系统中采用LCD1602作为显示器件输出信息。与传统的LED数码管显示器件相比，液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富等优点，而且不需要外加驱动电路，现在液晶显示模块已经是单片机应用设计中最常用的显示器件了。LCD1602可以显示2行16个汉字。如图4所示。图4LCD1602模块14键盘控制模块通过键盘切换，实现对直流信号和交流信号电压值的测量，并把电压值实时显示在LCD显示屏上。对直流信号电压值，测量误差小于1；对交流信号电压值，测量误差小于2。可通过键盘切换实现多级量程的直流电压测量，其范围是200MV、2V、20V。可通过键盘切换实现多级量程的交流电压测量，其范围是200MV、2V、20V。键盘模块如图5所示。VSSVDDVORSR/WEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7AKLCD模块12345678910111213141516图5键盘接口电路仿真图2系统软件设计根据需要，可将系统软件按照功能划分为4个模块，分别是主程序模块、A/D转换模块、液晶显示模块、键盘程序程序模块，各模块的功能关系如图6所示。编写系统软件时，可首先编写各模块的底层驱动程序，而后是系统联机调试，编写上层主程序。系统主程序液晶管显示A/D转换键盘程序图6系统软件框图21主程序设计主程序主要负责初始化工作设置定时器、寄存器的初值，启动A/D转换，读取转换结果，通过键盘处理量程转换响应，控制液晶实时显示等。22A/D转换程序A/D转换程序的功能是采集数据，在整个系统设计中占有很高的地位。当系统设置好后，单片机扫描转换结束管脚P17的输入电平状态，当输入为高电平则转换完成，将转换的数值转换并显示输出。若输入为低电平，则继续扫描。程序如下INCLUDEINCLUDEUNSIGNEDLONGDAT_ADC0808UINTADC0808_INITSTART0OE0START1START0WHILEEOC0OE1DAT_ADC0808P1OE0RETURNDAT_ADC0808得到ADC0808的转换结果后，应当及时处理成LCD1602能够显示的数字字符。以下函数实现此功能，为ADC0808显示刷新子程序VOIDREFRESH_SHOW/刷新显示UINTTDAT_ADC08085000/255DISPLAY_BUFFER17T/1000DISPLAY_BUFFER19T/10100DISPLAY_BUFFER110T10023液晶显示程序/LCD初始化/VOIDINITIALIZE_LCD1602WRITE_LCD_COMMAND0X38DELAY50US10WRITE_LCD_COMMAND0X0CDELAY50US10WRITE_LCD_COMMAND0X06DELAY50US10WRITE_LCD_COMMAND0X01DELAY50US10/在LCD上显示字符串/VOIDLCD_DISPLAYUCHARSTRUCHARIFORI0IINCLUDEINCLUDE“KEYBOARDH“CHARKEY_BUF0X05,0X09,0X11,0X03,0X0A,0X12VOIDDELAYUINTTIMEUINTJ0FORTIME0TIMEFORJ0J125JCHARGETKEYVOIDCHARK10,K20,I0P30X1CDELAY10IFP30X1CK1P3DELAY10IFP3K1P30X03DELAY10K2P3FORI0I6IIFKEY_BUFIK2RETURNIRETURN13系统仿真首先采用KEILVISION编译器进行源程序编译及仿真调试，调试好程序后将目标文件导入PROTEUS进行软件调试。在PROTEUSISIS编辑窗口中单击开始仿真按钮，LCD显示相应的电压值。调试结果如图7所示。指导老师对实验设计方案的意见指导老师签名年月日二、实验结果与分析1、实验目的、场地及仪器、设备和材料、实验思路等见实验设计方案2、实验现象、数据及结果图7仿真结果图02V量程2V量程2V量程20V量程图8LCD上各量程内的电压值3、对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论通过仿真测试表明，系统性能良好，测量直流电压时，读数稳定易读、更新速度合理，能够实现量程间的切换，精度达到了1，满足任务书指标要求。但是，该系统也存在一定程度的不足，测交流电压时，输入电压易发生干扰不稳定。4、结论直流电压的测量基本达到实验要求，交流电压的测量存在一定的缺陷，精度不高。5、实验总结本次实验成败之处及其原因分析我们必需明白A/D芯片的转换机制，ADC0808转换时和时钟引脚的频率有很大的关系，频率设置不当，ADC0808就不能转换。本实验的关键环节及改进措施做好本实验需要把握的关键环节本实验通过三个函数来实现三个量程内的电压值的刷新显示，所以，三个函数的正确编写直接关系到LCD上电压值的准确显示。键盘程序的编写主要是获取键值，然后主函数通过调用子程序，达到切换量程的目的。若重做本实验，为实现预期效果，仪器操作和实验步骤应如何改善1ADC0808可实现对8个通道的输入信号轮流转换，本设计仅仅使用了其中一个通道，造成了较大的资源浪费。若能对电路稍加改进，实现对多路信号的轮流测量并自动保存相应结果，其应用价值将会更大。2输出量可用平均值算法来改善，使测量准确度更高。3、若能将测量的电压值实时保存，使用时将更方便。对实验的自我评价我们小组通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解了开发单片机应用系统的全过程，强化巩固所学知识，为以后的学习和工作打下基础。由于水平有限，我们认为系统还有需要改进的地方。今后的学习中还需要继续努力，深入的学习和思考问题。本次实验我们采用C语言编程实现，程序分为三个模块，通过主函数进行调用，简单可读写性强。付江杰此次实验，我主要参与设计了LCD上电压值的刷新显示程序和键盘接口电路。当输入新的电压值时，在LCD上需要同步更新显示，通过三个函数来实现此功能。键盘接口电路主要是实现切换