畢業(yè)論文_單片機AT89S52設計的數(shù)字萬用表.doc

目 錄題目1數(shù)字電壓表11設計要求及技術指標11.1設計要求11.2技術指標12系統(tǒng)的硬件設計12.1系統(tǒng)的論證及選擇12.1.1主控芯片12.1.2顯示芯片22.2原理框圖22.3單元電路設計32.3.1主控模塊32.3.2顯示模式53實驗調(diào)試及結果83.1調(diào)試過程83.2調(diào)試結果94參考文獻105元件清單116附錄a 軟件編程117附錄b 電路原理圖20天津職業(yè)技術師范大學課程設計題目 數(shù)字電壓表1 設計要求及技術指標1.1 設計要求1、題目：數(shù)字電壓表2、利用單片機at89s52與adc0809設計一個數(shù)字電壓表，能夠測量05v之間的直流電壓值，電流值及電阻值，lcd液晶顯示相應數(shù)據(jù)。1.2 技術指標1、單片機的定時中斷技術2、數(shù)字芯片a/d轉(zhuǎn)換技術3、單片機的數(shù)據(jù)處理技術4、單片機控制的lcd液晶顯示技術2 系統(tǒng)的硬件設計2.1 系統(tǒng)的論證及選擇2.1.1 主控芯片 方案1：選用專用電壓轉(zhuǎn)換芯片inc7107實現(xiàn)電壓的測量和現(xiàn)實。缺點是精度比較低，且內(nèi)部電壓轉(zhuǎn)換和控制部分不可控制。優(yōu)點是價格低廉。方案2：選用單片機at89s52和a/d轉(zhuǎn)換芯片adc0809實現(xiàn)電壓的轉(zhuǎn)換和控制，用液晶顯示出最后的轉(zhuǎn)換電壓結果。缺點是價格稍貴。優(yōu)點是轉(zhuǎn)換精度高，且轉(zhuǎn)換的過程和控制、顯示部分可以控制?；谡n程設計的要求，我們優(yōu)先選用了：方案2。2.1.2 顯示芯片 方案1：選用4個單體的共陽數(shù)碼管，將ah全部連接起來，然后接到單片機口的i/o上進行控制。缺點是焊接時比較麻煩，容易出錯。優(yōu)點是價格比較便宜。方案2：選用譯碼芯片74ls47和74ls138配合一個四聯(lián)的共陽數(shù)碼管顯示。缺點是價格較貴，焊接麻煩，單片機控制時比較麻煩。優(yōu)點是有效的節(jié)約了單片機的i/o口資源，適用于單片機i/o口不夠用的情況下。方案3：方案三：采用lcd液晶顯示器顯示。而lcd液晶顯示則耗能少，能夠顯示萬用表、電壓、電流、電阻等漢字，在顯示方面更加靈活，而且改變顯示時只要改變軟件設計就可以，不用改變硬件電路的設計，易于電路的功能擴展。電路的軟件設計也很簡單。另外，這種設計硬件更加簡潔。采用lcd液晶顯示方案的缺點是在顯示位數(shù)比較少時，價格略顯昂貴?；谝陨戏桨负驼n程設計的要求，我們優(yōu)先選用了：方案3。2.2 原理框圖at89s52 adc080912864lcd74hc74adc0809圖2-2 原理框圖2.3 單元電路設計2.3.1 主控模塊1、at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k在系統(tǒng)可編程flash存儲器，32位i/o口線，三個16位定時器/計數(shù)器，另外，at89s52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。2、引腳結構及作用at89s52管腳結構vcc : 電源gnd: 地p0口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入，當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。p1口：p1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p1輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p1端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（p1.0/t2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex）。 p2口：p2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr）時，p2口送出高八位地址。在這種應用中，p2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。p3口：p3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向i/o口，p2輸出緩沖器能驅(qū)動4個ttl邏輯電平。對p3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。p3口亦作為at89s52特殊功能（第二功能）使用，在flash編程和校驗時，p3口也接收一些控制信號。rst: 復位輸入。晶振工作時，rst腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，rst腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器auxr(地址8eh)上的disrto位可以使此功能無效。disrto默認狀態(tài)下，復位高電平有效。ale/prog：地址鎖存控制信號（ale）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（prog）也用作編程輸況下，ale以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ale脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8eh的sfr的第0位置 “1”，ale操作將無效。這一位置 “1”，ale僅在執(zhí)行movx或movc指令時有效。否則，ale將被微弱拉高。這個ale使能標志位（地址為8eh的sfr的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。psen:外部程序存儲器選通信號是外部程序存儲器選通信號。當at89s52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，psen將不被激活。ea/vpp:訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000h到ffffh的外部程序存儲器讀取指令，ea必須接gnd。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，ea應該接vcc。在flash編程期間，ea也接收5伏的電壓。xtal1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。xtal2:振蕩器反相放大器的輸出端。2.3.2 顯示模式12864lcd工作原理在數(shù)字電路中，所有的數(shù)據(jù)都是以0和1保存的，對lcd控制器進行不同的數(shù)據(jù)操作，可以得到不同的結果。對于顯示英文操作，由于英文字母種類很少，只需要8位（一字節(jié)）即可。而對于中文，常用卻有6000以上，于是我們的dos前輩想了一個辦法，就是將ascii表的高128個很少用到的數(shù)值以兩個為一組來表示漢字，即漢字的內(nèi)碼。而剩下的低128位則留給英文字符使用，即英文的內(nèi)碼15。那么，得到了漢字的內(nèi)碼后，還僅是一組數(shù)字，那又如何在屏幕上去顯示呢？這就涉及到文字的字模，字模雖然也是一組數(shù)字，但它的意義卻與數(shù)字的意義有了根本的變化，它是用數(shù)字的各位信息來記載英文或漢字的形狀。12864是一種圖形點陣液晶顯示器,它主要由行驅(qū)動器/列驅(qū)動器及12864全點陣液晶顯示器組成。可完成圖形顯示，也可以顯示84個(1616點陣)漢字。12864lcd的引腳說明如表2-2所示。液晶顯示模塊的特殊寄存器說明：在使用12864lcd前先必須了解以下功能器件才能進行編程。12864內(nèi)部功能器件及相關功能如下：1. 指令寄存器(ir)表2-2 液晶模塊12864的管腳說明管腳號管腳名稱lever管腳功能描述1vss0電源地2vdd+5.0v電源電壓3v0-液晶顯示器驅(qū)動電壓4d/i(rs)h/ld/i=“h”，表示db7db0為顯示數(shù)據(jù)d/i=“l(fā)”，表示db7db0為顯示指令數(shù)據(jù)5r/wh/lr/w=“h”，e=“h”數(shù)據(jù)被讀到db7db0r/w=“l(fā)”，e=“hl”數(shù)據(jù)被寫到ir或dr6eh/lr/w=“l(fā)”，e信號下降沿鎖存db7db0r/w=“h”，e=“h”ddram數(shù)據(jù)讀到db7db07db0h/l數(shù)據(jù)線8db1h/l數(shù)據(jù)線9db2h/l數(shù)據(jù)線10db3h/l數(shù)據(jù)線11db4h/l數(shù)據(jù)線12db5h/l數(shù)據(jù)線13db6h/l數(shù)據(jù)線14db7h/l數(shù)據(jù)線15cs1h/lh:選擇芯片(右半屏)信號16cs2h/lh:選擇芯片(左半屏)信號17reth/l復位信號,低電平復位18vout-10vlcd驅(qū)動負電壓19led+-led背光板電源20led-led背光板電源ir是用于寄存指令碼，與數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)相對應。當d/i=0時，在e信號下降沿的作用下，指令碼寫入ir。2數(shù)據(jù)寄存器(dr)dr是用于寄存數(shù)據(jù)的，與指令寄存器寄存指令相對應。當d/i=1時，在下降沿作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫入dr，或在e信號高電平作用下由dr讀到db7db0數(shù)據(jù)總線。dr和ddram之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動執(zhí)行的。3忙標志：bfbf標志提供內(nèi)部工作情況。bf=1表示模塊在內(nèi)部操作，此時模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。bf=0時，模塊為準備狀態(tài)，隨時可接受外部指令和數(shù)據(jù)。利用status read指令，可以將bf讀到db7總線，從檢驗模塊之工作狀態(tài)。4顯示控制觸發(fā)器dff此觸發(fā)器是用于模塊屏幕顯示開和關的控制。dff=1為開顯示（display off），ddram的內(nèi)容就顯示在屏幕上，dff=0為關顯示（display off）。ddf的狀態(tài)是指令display on/off和rst信號控制的。5xy地址計數(shù)器xy地址計數(shù)器是一個9位計數(shù)器。高3位是x地址計數(shù)器，低6位為y地址計數(shù)器，xy地址計數(shù)器實際上是作為ddram的地址指針，x地址計數(shù)器為ddram的頁指針，y地址計數(shù)器為ddram的y地址指針。x地址計數(shù)器是沒有記數(shù)功能的，只能用指令設置。y地址計數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后，y地址自動加1，y地址指針從0到63。6顯示數(shù)據(jù)ram（ddram）ddram是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)為1表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為0表示顯示非選擇。ddram與地址和顯示位置的關系見ddram地址表。7z地址計數(shù)器z地址計數(shù)器是一個6位計數(shù)器，此計數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。當一行掃描完成，此地址計數(shù)器自動加1，指向下一行掃描數(shù)據(jù)，rst復位后z地址計數(shù)器為0。z地址計數(shù)器可以用指令display start line預置。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即ddram的數(shù)據(jù)從哪一行開始顯示在屏幕的第一行。此模塊的ddram共64行，屏幕可以循環(huán)滾動顯示64行。8. 字符顯示fyd12864-0402b每屏可顯示4行8列共32個1616點陣的漢字，每個顯示ram可顯示1個中文字符或2個168點陣全高ascii碼字符，即每屏最多可實現(xiàn)32個中文字符或64個ascii碼字符的顯示。fyd12864-0402b內(nèi)部提供1282字節(jié)的字符顯示ram緩沖區(qū)（ddram）。字符顯示是通過將字符顯示編碼寫入該字符顯示ram實現(xiàn)的。根據(jù)寫入內(nèi)容的不同，可分別在液晶屏上顯示cgrom（中文字庫）、hcgrom（ascii碼字庫）及cgram（自定義字形）的內(nèi)容。三種不同字符/字型的選擇編碼范圍為：00000006h（其代碼分別是0000、0002、0004、0006共4個）顯示自定義字型，02h7fh顯示半寬ascii碼字符，a1a0hf7ffh顯示8192種gb2312中文字庫字形。字符顯示ram在液晶模塊中的地址80h9fh。字符顯示的ram的地址與32個字符顯示區(qū)域有著一一對應的關系，其對應關系如表2-3所示。表2-3 字符顯示ram在液晶模塊中的地址表80h81h82h83h84h85h86h87h90h91h92h93h94h95h96h97h88h89h8ah8bh8ch8dh8eh8fh98h99h9ah9bh9ch9dh9eh9fh3 實驗調(diào)試及結果3.1 調(diào)試過程首先根據(jù)電路原理圖焊接出實際電路，然后編寫簡單的程序進行電路的調(diào)試，在實際的電路中，p2.0p2.3接液晶顯示器的位進行控制，adc0809的數(shù)據(jù)輸出端接單片機p0口，adc0809的st、oe、eoc、clk分別由p3.3p3.6經(jīng)過或非門進行控制?，F(xiàn)在將在調(diào)試過程中的問題總結如下：問題1：在進行液晶顯示調(diào)節(jié)時，發(fā)現(xiàn)液晶不正常顯示，在確定程序正確的情況下，判定問題出在硬件電路中，仔細檢查后發(fā)現(xiàn)，電路存在虛焊，用電烙鐵焊接后，通電測試，該液晶顯示正常。問題2：編寫好adc0809的程序，寫入單片機，發(fā)現(xiàn)顯示不對，懷疑是數(shù)據(jù)輸入錯誤或者數(shù)據(jù)處理錯誤，仔細檢查程序，發(fā)現(xiàn)定義的值太小，改正后，整機電路工作正常，可以實現(xiàn)從0v5v的顯示。數(shù)字萬用表完成的功能主要是對電壓、電流、電阻的測量，它主要由分流電阻、分壓電阻、51單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、ad轉(zhuǎn)換和控制部分組成。物理量采集流程：開始被測物理量選擇電壓，電流，電阻的選擇信號轉(zhuǎn)換a/d信號采集轉(zhuǎn)換處理采集信號顯示數(shù)據(jù)返回數(shù)據(jù)。數(shù)字萬用表完成的功能主要是對電壓、電流、電阻的測量，它主要由分流電阻、分壓電阻、51單片機最小系統(tǒng)、顯示部分、ad轉(zhuǎn)換和控制部分組，。其它量的測量則要添加擴展功能。圖3-1 實物圖3.2 調(diào)試結果通過以上軟硬件電路調(diào)試，最終達到了題目的要求，實現(xiàn)了從0v5v的顯示，并且精度比較高。電阻是幾到幾k的測量，電流為1a一下的測量。顯示結果如下：圖3-2-1顯示單片機驅(qū)動電壓：圖3-2-1圖3-2-2顯示2.7k電阻值：圖3-2-2圖3-2-3顯示電流值：圖3-2-34 參考文獻1、單片機原理及應用 張毅剛、劉杰 哈爾賓工業(yè)大學2、單片機基礎第三版 李廣弟、朱月秀、冷祖祁 人民郵電3、單片機的c語言應用程序設計 馬忠梅、張凱北航大學4、51單片機應用開發(fā)案例精選 王為青 人民郵電5、51系列單片機 樓然苗、李光飛 北京航空航天大學5 元件清單元器件名稱參數(shù)備注單片機at89s52（12mhz）1晶體drystal 12mhz1a/d轉(zhuǎn)換adc08091或非門74hc01分頻器74hc741lcd顯示模塊lcd128641電阻1001電容47f5電容20pf2電容30f1按鍵button10電阻(上拉電阻)10k20電阻1k5滑動變阻器10k2電阻0.1k106 附錄a 軟件編程#include /52單片機頭文件#include #define uchar unsigned char /宏定義#define uint unsigned intsbit adc_a=p30; /聲明單片機i/o口sbit adc_b=p31;sbit adc_c=p32;sbit rd1=p33;sbit add=p34;sbit wr1=p35;sbit int=p36;sbit cs=p23; /片選信號，可以不定義但是必須連接rs 5sbit sid=p22; /數(shù)據(jù)傳輸線 rw 6sbit clk=p21; /時鐘 硬件中psb接地 4double getdata;/ad采集數(shù)據(jù)存放變量double dianyazhi;/double bijiaozhi; /幅值上限的設定值void delay(int t) /微秒極的延時 /uchar i; while(t-);/for(i=0;i40;i+); void fasong(uchar byte) /發(fā)送一個字節(jié) uchar i; for(i=0;i8;i+) sid=byte&0x80; /取最高位 clk=1; clk=0; /允許傳送 byte=byte1; /右移一位 void write(bit start,uchar temp) /寫數(shù)據(jù)，寫指令 uchar start_data,hdata,ldata; if(start=0) /11111abc中的b=0 start_data=0xf8; /寫指令 else start_data=0xfa; /寫數(shù)據(jù) delay(1); /延時程序時序需要 hdata=temp&0xf0; /取高四位 ldata=(temp4)&0xf0; /取低四位 fasong(start_data); /發(fā)送指令 delay(1); fasong(hdata); /發(fā)送高四位 delay(1); fasong(ldata); /發(fā)送低四位 delay(1);void onit() /液晶的初始化write(0,0x30); /選取基本指令集write(0,0x0c); /開顯示，關光標，關閃爍write(0,0x01); /清屏write(0,0x06); /數(shù)據(jù)讀，寫操作后，ac自動加一/*液晶字符串函數(shù)*/void lcm_writestring(uchar *str)while(*str != 0) write(1,*str+); *str = 0; /*p1口初始化函數(shù)*/void init()p1=0xff; / p3=0xf8;/選擇int0通道/*adc0809轉(zhuǎn)換函數(shù)*/void adc0809() add=0;wr1=1;delay(5);/程序wr1=0;delay(5);wr1=1;while(int=1);rd1=0;getdata=p0;rd1=1;add=1;/*電壓顯示函數(shù)*/ void display1(double date) date=(date*5000/64); jishu0=(int)date%10+0x30; jishu1=(int)date%100/10+0x30; jishu2=(int)date%1000/100+0x30; jishu3=(int)date%10000/1000+0x30; jishu4=(int)date/10000+0x30; write(0,0x92); lcm_writestring(:); write(1,jishu4); write(1,jishu3); lcm_writestring(.); write(1,jishu2); write(1,jishu1); write(1,jishu0); lcm_writestring(v);/*電流顯示函數(shù)*/ void display2(double date) date=(date*3*5000/256); jishu0=(int)date%10+0x30; jishu1=(int)date%100/10+0x30; jishu2=(int)date%1000/100+0x30; jishu3=(int)date/1000+0x30; write(0,0x8a); lcm_writestring(:); write(1,jishu3); write(0,0x8b); lcm_writestring(.); write(1,jishu2); write(0,0x8c); write(1,jishu1); write(1,jishu0); lcm_writestring(a);/*電阻顯示函數(shù)*/ void display3(double date) date=(date*5/256); date=5*100/date-100; /date=(date*5000/256); / date=(1000/date-1); jishu0=(int)date%10+0x30; jishu1=(int)date%100/10+0x30; jishu2=(int)date%1000/100+0x30; jishu3=(int)date%10000/1000+0x30; jishu4=(int)date/10000+0x30; write(0,0x9a); lcm_writestring(:); write(1,jishu4); write(1,jishu3); lcm_writestring(.); write(1,jishu2); write(1,jishu1); write(1,jishu0);/ lcm_writestring();void delay2(int z)int i,j;for(i=0;iz;i+)for(j=0;j=17100) bijiaozhi=3000; if(bijiaozhi=2900) bijiaozhi=17000; if(queren=0) delay2(10);/延時10ms if(queren=0) break; while(!queren); write(0,0x80);lcm_writestring(幅值上限：);write(0,0x92);write(1,(int)bijiaozhi/10000+0x30);write(1,(int)bijiaoz