基于ADuC848的智能电压测试仪(含全部源程序)

1、湖南大学电气与信息工程学院本科生课程设计题目： 基于ADuC848的智能电压监视仪课程：微机原理与接口技术专业：电气工程及其自动化班级：XX班学号：XXXX姓名：XX指导老师： XX设计时间： 2015年4月27日至2015年5月31日目录：1、 任务及设计要求（课题要求）2、 系统原理框图（框架图）3、 硬件原理图（含元器件清单，使用到的硬件模块接线图，分模块绘制并解释各模块作用）4、 程序（含全部源程序及详细注释，所有功能的程序流程图）5、 使用说明书（含功能描述及具体的操作指南）6、 心得体会（收获，感想，建议和看法等）7、 参考文献（教材、论文、相关书籍等） （一）任务及设计要求设计一

2、个智能电压监视仪；电网电压的信号可用变压器从市电上取得，也可用+5V的电位器模拟。2、要求1）显示内容：电压当前值；最大电压值；最小电压值；电压合格率；超上限率；超下限率；电压上、下限给定值、当前时间2）利用小键盘实现电压上、下限给定值的输入和显示选择命令3）电压采样周期为1秒，平均值的计算周期为2分钟，所求得的电压平均值作为统计和计算的依据，统计和计算以一天为单位，超过24小时则从头开始统计计算4）超上限率=（其中超上限的次数）/（采样计算得到的总的电压平均值次数）*100%；超下限率的计算公式与此类似5）合格率=1-超上限率-超下限率6）显示北京时间，可调整7）当前电压超上限或下限时，利用

3、蜂鸣器报警（二）系统原理框图（三）硬件原理图1. 元器件清单ADuC848开发板， 5V电源适配器 ，LCD1602 ，USB转串口线 ，杜邦线、短路帽等。2. 硬件模块接线图及各模块作用 2.1电源模块原理图如图1.2所示。 采用5V电源适配器供电（开关往上拨、插针1下面两脚接跳线帽）。将开关sw4第2、3脚接通（开关往上拨），电源网络DVDD连接到插针1第2脚的输出，将插针1的第1、2脚（插针1下面两脚）接跳线帽，DVDD直接连接到电源适配器输入端，即为5V电源适配器供电模式。2.2模数转换 ADuC848内部有16位ADC，模拟信号输入模块原理图如图1.3所示。图1.3 模拟信号输入模块

4、D15和D16为钳位保护二极管，R55为限流保护电阻。其中CONAIN1对应板上的接口5、CONAIN2对应板上的接口6。CONAIN1和CONAIN2的第1、2脚在板上的分布和在原理图上的类似，均为1脚朝上。模拟信号有两种输入方式： （1）两路单端输入。把输入信号电压高的一端接到第1脚，电压低的一端接到同一个接口的第2脚。（2）一路差分输入。把输入信号的两端分别接到CONAIN1和CONAIN2的第1脚。 2.3显示模块 采用LCD1602，显示信号连接图如图1.7所示。图1.7 LCD信号连接关键网络名和引脚名解释： （1）DISCTRL04：显示控制信号。（2）D0D7、DB0DB7：数

5、据总线。（3）E：LCD使能信号。（4）RS：数据、指令选择信号。（5）RW：读、写选择信号。（6）CS1、CS2：LCD12864由两部分组成，CS1和CS2为选择信号。板上接口4的上排位LCD12864的接口，下排位LCD1602的接口，排针和排母左对齐插入。切勿插错。2.4蜂鸣器和红外发送模块 该模块原理图如图1.10所示。图1.10 蜂鸣器和红外发送本设计中采用无源电磁式蜂鸣器，蜂鸣器由PWM1（P2.6）控制，红外二极管由PWM0（P2.5）控制。PWM1和PWM0均为片内PWM模块的输出。蜂鸣器和红外LED的驱动均采用普通NPN三极管。为方便调试，对该模块中的信号设了测试点，具体位

6、置参见附图1。插针配置： （1）若要使用蜂鸣器，可以接通插针3，为减少功耗，不用请断开。（2）若要使用红外二极管，可以接通插针4，为减少功耗，不用请断开。2.5按键输入 模块该模块原理如图1.12所示。图1.12 按键模块由于P1口（用于行扫描）内部无上拉电阻，为使无键按下时行信号为高电平，故将行信号接上拉电阻，电阻大小10K即可。引脚复用：P2.0P2.3为4X4矩阵式键盘列扫描信号，又复用作步进电机控制信号，SPI信号、P2.1P2.3还复用为数码管第5、6、7位位码控制信号。参与复用的一项功能使用时，其他参与复用的功能则不能使用。插针配置： （1）插针10上面两脚接跳线帽，4X4矩阵式键

7、盘输入，行扫描信号为P1.0P1.3，列扫描信号为P2.02.3。（2）插针10下面两脚接跳线帽，独立按键输入，该模式有4个独立按键可用，按键扫描所用端口为P1.0P1.3。这4个按键为4X4矩阵键盘的左边4个按键。2.6 IIC总线（RTC时钟和EEPROM） 该模块原理图如图1.13所示。图1.13 IIC总线连接AduC848片内有I2C模块，并有独立的引脚SCLOCK和SDATA。板上的RTC时钟芯片DS1307和EEPROM芯片AT24C08均使用了I2C总线。板上设置了I2C接口，方便MCU与板外的I2C设备进行通信。对SCLOCK和SDATA设置了测试点。2.7复位与下载 复位与

8、下载电路如图1.14所示。图1.14 复位与下载进入下载或调试模式的步骤为： （1）按住BTN1(down or debug按键)不要放开； （2）按下BTN2(reset按键)，然后放开BTN2(reset按键)；（3）放开BTN1(down or debug按键)。这样单片机就进入了调试模式，可以下载或调试程序。（四）程序（含全部源程序及详细注释，所有功能的程序流程图）4.1矩阵式键盘矩阵键盘流程图4.2蜂鸣器驱动程序流程图如下图所示。a、中断子程序流程图4.3 1602字符显示程序流程图如图所示。4.4 A/D转换程序流程图如图所示。4.5全部源程序（含注释）1）键盘模块#include

9、<AD.h>#include<table.h>#include<lcd1602.h>#include<jianpan.h>#include<DS1307.h>#include<main.h>idata uchar id; /跳出显示时间界面的标志量，id=0，跳出；否则，继续显示。idata uchar kcount=0; /按键次数量，亦即光标显示位置的标志量idata uchar kcount1; /当与kcount相等时，说明没按下光标移动键uchar ad_flag=0; /设置上下限值的标志量，上限值对应1，下限

10、值对应2bit tflag=0; /改动时间标志，tflag=1时能改动时间，tflag=0时锁存时间，禁止改动。uchar ad=0; /AD显示物理量标志号，各AD物理量对应不同标志号，如当前电压值为1，最大值为2，最小值为3. void delay() /延时函数uchar i;for(i = 0;i < 100;i+);/光标移动void move() if(tflag) if(ad_flag=0) /调节时间时光标移动情况 /超过范围则光标复位 if(kcount>16) kcount=1; /遇到非数字符号调到下一位有效位 if(kcount=3|kcount=6|kc

11、ount=11|kcount=14) kcount+; lcd_wc(0x0f);/光标显示并闪烁 /光标闪烁位置 if(kcount>8) lcd_wc(0xC0+kcount-9); /当kcount大于8时，光标从第二行开始闪烁 else lcd_wc(0x80+kcount-1); /当kcount小于8时，光标从第一行开始闪烁 /当不再按键时,光标停留在原位上 kcount1=kcount; delay(); while(kcount=kcount1) Keyscan(); if(ad_flag=1|ad_flag=2) /调节电压上、下限值时光标移动情况 lcd_wc(0x0

12、f);/光标显示并闪烁 lcd_wc(0xC0); tflag=0;/lcd屏幕显示void lcd_display(uchar key) switch(key) case 1: /当前电压值 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);gettable1();id=0;setbz_flag(0); while(ad) Data_Process(ad); Keyscan();break; case 2: /最大电压值 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);gettable2();id=0;setbz_flag(0);while(ad) Data_Pro

13、cess(ad); Keyscan();break; case 3:/最小电压值 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);gettable3();id=0;setbz_flag(0);while(ad) Data_Process(ad); Keyscan();break; case 4:/电压合格率 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);gettable4();id=0;setbz_flag(1);while(ad) Data_Process(ad); Keyscan();break; case 5:/超上限率 Check_Busy();lcd_w

14、c(lcd_clear);gettable5();id=0;setbz_flag(2);while(ad) Data_Process(ad); Keyscan();break; case 6: /超下限率 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);gettable6();id=0;setbz_flag(3);while(ad) Data_Process(ad); Keyscan();break; case 7:/电压上限值 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);gettable7();id=0;ad_flag=1;tflag=1;setbz_flag

15、(0);while(ad) Data_Process(ad); Keyscan();break; case 8:/电压下限值 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);gettable8();id=0;ad_flag=2;tflag=1;setbz_flag(0);while(ad) Data_Process(ad); Keyscan();break; case 9:/显示时间 Check_Busy();lcd_wc(lcd_clear);id=1;ad_flag=0;tflag=1; display(); break; case 10:/确认 Check_Busy();

16、id=1; makeSure();break; /键盘扫描void Keyscan() unsigned char temp;unsigned int j=0; P1&=0xf0; /P1口低四位作为数字输入时应往相应引脚写0P2&=0xf0; /置列扫描信号为0temp=P1&0x0f; if(temp!=0x0f) /P1口低四位不全为1，则有键被按下 delay(); /延时消抖 if(temp=(P1&0x0f) /消抖后再判断键值 P2|=0x07; /P2.3为0switch(P1&0x0f)case 0x0e:/显示电压当前值 ad=1;

17、lcd_display(1);break;case 0x0d:/显示超上限率ad=5; lcd_display(5);break;case 0x0b:/当前时间ad=0; lcd_display(9); break;case 0x07:/确认 ad=0; lcd_display(10); break;case 0x0f:break;default:break;P2&=0xf0; P2|=0x0b; /P2.2为0switch(P1&0x0f)case 0x0e: /显示最大电压值 ad=2; lcd_display(2); break;case 0x0d:/显示超下限率 ad=

18、6; lcd_display(6); break;case 0x0b: /光标移动ad=0; kcount+; move(); break;case 0x07:/增加电压值 ad=0; tiaoya_add(ad_flag); break;case 0x0f:break;default:break;P2&=0xf0; P2|=0x0d; /P2.1为0switch(P1&0x0f)case 0x0e:/显示最小电压值ad=3; lcd_display(3); break;case 0x0d: /电压上限给定值 ad=7; lcd_display(7); break;case 0

19、x0b: /加光标所在位置的数值 ad=0; addValue(kcount); break;case 0x07: /减小电压值 ad=0; tiaoya_sub(ad_flag); break;case 0x0f:break;default:break;P2&=0xf0; P2|=0x0e; /P2.0为0switch(P1&0x0f)case 0x0e:/显示电压合格率ad=4; lcd_display(4); break;case 0x0d: /电压下限给定值ad=8; lcd_display(8); break;case 0x0b: /减光标所在位置的数值ad=0; s

20、ubValue(kcount); break;case 0x07: /电压调整完毕 ad=0; lcd_wc(0x0c); break;case 0x0f:break;default:break; /设置按键次数量，主要负责清零重置void setk(uchar count)kcount=count;/获得跳出显示时间界面的标志量uchar getid() return id;/获得设置上下限值的标志量uchar getad_flag() return ad_flag; /获得AD显示物理量标志号uchar getad() return ad;2）LCD1602模块#include <l

21、cd1602.h>/延时函数void lcd_delay(uint t)while(-t);/检测忙信号void Check_Busy(void)P0 = 0xff; /P0口作为输入lcd_delay(50);rs = 0;rw = 1;e = 1;lcd_delay(50);while(P0&0X80);e = 0;rw = 0;P0 = 0X00; /lcd写指令void lcd_wc(uchar cmd) Check_Busy();rs=0;rw=0;e=1;P0=cmd;lcd_delay(3);e=0;lcd_delay(65535);lcd_delay(65535)

22、;/lcd写数据void lcd_wd(uchar dat)Check_Busy();rs=1;rw=0;e=1;P0=dat;lcd_delay(3);e=0;lcd_delay(250);/显示位置void lcd_pos(uchar pos ) pos+=0x80;lcd_wc(pos); /lcd初始化void lcd_init() uchar code table="Voltage Monitor"uint i=0;lcd_delay(60000);lcd_delay(60000);lcd_delay(60000);lcd_delay(60000);lcd_wc(

23、0x38);lcd_delay(60000);lcd_delay(60000);lcd_wc(0x38);lcd_delay(60000);lcd_delay(60000);lcd_wc(0x38);lcd_delay(60000);lcd_delay(60000);lcd_wc(0x38);/设置16x2显示，5x7点阵，8位数据接口lcd_wc(0x0c);/开显示，不显示光标lcd_wc(0x06);/地址指针加1，且光标加1，整屏显示不移动lcd_wc(0x01);/清屏/lcd_wc(0x0f); /显示开关 lcd_pos(0); while(tablei!='0'

24、) lcd_wd(tablei); i+; 3）DS1307模块#include<DS1307.h>/#include<LCD1602.h> /#define uchar unsigned char /#define uint unsigned intvoid iic_delay_4us()uchar t=25+5;/适当增加延时，保证信号while(-t);void iic_delay_5us()uchar t=32+5;while(-t);void iic_init()I2CM=1;/master模式MDE=1;MCO=0;/允许SDA改变MDO=1;/释放SDAv

25、oid iic_start()MDE=1;/允许输出MCO=0;/时钟拉低，允许数据线改变MDO=0;/下面在数据线上产生一个脉冲MCO=1;/制造起始条件iic_delay_4us();/等待稳定MDO=1;/上升iic_delay_5us();/等待稳定MDO=0;/拉低数据线，产生起始信号iic_delay_4us();/等待稳定MCO=0;/时钟拉低，开始void iic_stop()MDE=1;/允许输出MCO=0;MDO=0;MCO=1;iic_delay_4us();MDO=1;iic_delay_5us();/MDO=0;/中止后应该释放数据线/1307读入位数据void ii

26、c_write_bit(bit dat)MDE=1;MCO=0;MDO=dat;iic_delay_4us();MCO=1;iic_delay_4us();MCO=0;iic_delay_4us();/1307写出，输出1307发送出的位数据bit iic_read_bit()bit dat;MDE=1;MCO=0;MDO=1;/释放数据线MDE=0;iic_delay_4us();MCO=1;iic_delay_4us();dat=MDI;MCO=0;iic_delay_4us();return dat; /判断1307写出是否有效，即从机是否接受，输出应答信号。该信号为低，则表明有效bit

27、 iic_write_char(uchar dat)uchar i;bit res;for(i=0;i<8;i+)iic_write_bit(dat>>(7-i)&0x01);res=iic_read_bit();return res; /读入1307，输出写入的字符数据uchar iic_read_char(bit nack)uchar dat=0,i;for(i=0;i<8;i+)dat<<=1;if(iic_read_bit()=1)dat+;iic_write_bit(nack);return dat; /判断写地址是否有效bit iic_w

28、rite_address(uchar id,uchar address)iic_start();if(iic_write_char(id)!=0)return 1;if(iic_write_char(address)!=0)return 1;return 0;4）AD模块#include <lcd1602.h>#include <AD.h>#define v_count 9#define a_count 3unsigned char InterruptCounter=0;/定义中断计数变量并赋初值0 unsigned int count=0;/定义秒计数变量并赋初值0u

29、nsigned int count1=0; unsigned int max,min;/电压最大、最小值 unsigned int CurrentValue;/电压当前值 unsigned int qual_rate,overup_rate,overlow_rate;/电压上、下限值、合格率、超上限率、超下限率unsigned int upper_limit=2000;unsigned int lower_limit=0;bit bz_flag;/设标志位，区分对象是电压值还是百分比，输出“V”还是“%”unsigned int Fir_bit,Sec_bit,Thi_bit,Fou_bit;

30、 /电压位 unsigned int num=0,num1=0; /num为电压采样周期内总计数，num1为平均值计算周期内总计数unsigned int num_up=0,num_low=0; /num_up为超上限次数,num_low为超下限次数unsigned int sum=0; /sum为电压采样周期内电压总数和unsigned int valuev_count;/取样电压值数组，存放一个平均值计算周期内的每秒电压值unsigned int averagea_count;/平均值数组，存放平均值 void Init()ADCMODE = 0X23; /一直转换 /CHOP使能ADC0

31、CON1 = 0x27; /主ADC选用放大1倍,单端输入，1.28VADC0CON2 = 0x0C; /选用内部参考电源，模拟信号从AIN5 AIN6输入 /*TMOD=0x01;TH0=(65536-50000)/256;TL0=(65536-50000)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1; */TMOD=0x01;/配置定时器0为16位模式，时钟是core clock，默认为1.572864MHz IE=0x82;/使能定时器0中断和全局中断 TH0=0X00; TL0=0X00; TR0=1;/开启定时器0void Data_Process(unsigned char ad)

32、unsigned int w; if(RDY0) CurrentValue=(ADC0H*256)+ADC0M)*5/256; / CurrentValue=1000; valuenum = (ADC0H*256)+ADC0M)*5/256; max=value0; min=value0; /求最大、小值 for(w=1;w<num;w+) if(valuew-1>valuew) valuew=valuew-1; else max=valuew; if(valuew-1<valuew) valuew=valuew-1; else min=valuew; sum+=valuen

33、um;/求电压采样周期内电压总和 averagenum1=sum/v_count; /取计算周期内所有采样电压值总和的平均值 /计算上、下限率 overup_rate=(num_up/num1)*100; overlow_rate=num_low/num1*100; qual_rate=99*(1-overup_rate/100-overlow_rate/100); /当超过上下限值时，蜂鸣器鸣响报警 if(CurrentValue>upper_limit|CurrentValue<lower_limit) beep=0;delay_beep(10);beep=1;delay_be

34、ep(10); /选择显示对应AD标号电压值或比率 switch(ad) case 1: AD_display(CurrentValue);break; case 2: AD_display(max); break; case 3: AD_display(min); break; case 4: AD_display(qual_rate); break; case 5: AD_display(overup_rate); break; case 6: AD_display(overlow_rate); break; case 7: AD_display(upper_limit); break;

35、case 8: AD_display(lower_limit); break; RDY0 = 0; void delay_beep(unsigned int z) unsigned int x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=100;y>0;y-);/定时器中断void timer0() interrupt 1 unsigned int k; InterruptCounter+; if(InterruptCounter>=24*8) InterruptCounter=0; count+;num+;/1秒采样一个电压 if(count>1) count=0;

36、/每一个采样周期获得一个平均值if(num=v_count) num1+; num=0; sum=0; /一个采样周期后采样电压值清零，重新存储 for(k=0;k<v_count;k+) valuek=0; /判断电压是否超上下限 for(k=0;k<num1;k+) if(averagek>upper_limit&&num_up<a_count) num_up+; if(averagek<lower_limit&&num_low<a_count) num_low+; /一个计算周期后清零重置if(num1=a_count)

37、 num1=0; num=0; num_up=0; num_low=0; for(k=0;k<a_count;k+) averagek=0; /将电压数据或者比率显示在lcd上void AD_display(unsigned int d) if(RDY0) if(bz_flag=0) Fir_bit = d/1000; Sec_bit = d/100%10;Thi_bit = d/10%10;Fou_bit = d%10; lcd_pos(lcd_next);/向液晶写指令lcd_wd(0x30+Fir_bit); lcd_wd(0x2e);/向液晶写'.'lcd_wd(

38、0x30+Sec_bit);lcd_wd(0x30+Thi_bit);lcd_wd(0x30+Fou_bit);lcd_wd(0x56);/向液晶写'V' else d*=100; Fir_bit = d/1000; Sec_bit = d/100%10;Thi_bit = d/10%10;Fou_bit = d%10;if(Fir_bit>9) Fir_bit=9; lcd_pos(lcd_next);/向液晶写指令lcd_wd(0x30+Fir_bit); lcd_wd(0x30+Sec_bit);lcd_wd(0x2e);/向液晶写'.'lcd_wd

39、(0x30+Thi_bit);lcd_wd(0x30+Fou_bit);lcd_wd(0x25);/向液晶写'%' /* if(bz_flag=1) d*=100; Fir_bit = d/1000; Sec_bit = d/100%10;Thi_bit = d/10%10;Fou_bit = d%10; lcd_pos(lcd_next);/向液晶写指令lcd_wd(0x30+Fir_bit); lcd_wd(0x30+Sec_bit);lcd_wd(0x30+Thi_bit);lcd_wd(0x2e);/向液晶写'.'lcd_wd(0x30+Fou_bit)

40、;lcd_wd(0x25);/向液晶写'%' */RDY0=0;/加压void tiaoya_add(unsigned char temp) Fir_bit+; if(Fir_bit>9) Fir_bit=0; lcd_wc(0xc0);lcd_wd(0x30+Fir_bit);lcd_wc(0xc0);if(temp=1) upper_limit=Fir_bit*1000; if(temp=2) lower_limit=Fir_bit*1000;/减压void tiaoya_sub(unsigned char temp) if(Fir_bit=0) Fir_bit=10

41、;Fir_bit-; lcd_wc(0xc0);lcd_wd(0x30+Fir_bit);lcd_wc(0xc0);if(temp=1) upper_limit=Fir_bit*1000; if(temp=2) lower_limit=Fir_bit*1000;/设定标志位区分电压值或者比率void setbz_flag(bit nack) bz_flag=nack;5）显示数据部分#include<AD.h>#include<lcd1602.h>#include<table.h> /当前电压值void gettable1() lcd_pos(0);lcd_wd(0x43);lcd_pos(0x01); lcd_wd(0x75);lcd_pos(0x02);lcd_wd(0x72);lcd_pos(0x03);lcd_wd(0x72);lcd_pos(0x04);lcd_wd(0x65);lcd_pos(0x05);lcd_wd(0x6E);lcd_pos(0x06);lcd_wd(0x74);lcd_po