數(shù)字電流表設(shè)計(jì)基于ATmega16單片機(jī)

1、 數(shù)字電流表設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 年 月 號(hào)目 錄摘要1關(guān)鍵詞1一引言 1 1.1設(shè)計(jì)要求 1 1.2 課程設(shè)計(jì)目的1二數(shù)字電流表硬件設(shè)計(jì) 4 2.1系統(tǒng)硬件框圖 4 2.2 電流表工作原理 4 2.3 LED動(dòng)態(tài)顯示器接口及顯示方式4 2.4 ATmega16單片機(jī)7三程序流程圖及相應(yīng)模塊9四課程設(shè)計(jì)總結(jié) 13五成員分工及工作情況 13六參考文獻(xiàn)14七附錄（程序源代碼及注釋）15摘要 本次課程設(shè)計(jì)是基于ATmega16單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)和ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字電流表系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ATmega16單片機(jī)作為系統(tǒng)核心 ，通過數(shù)字電流表的設(shè)計(jì)方案,掌握了C語

2、言的編程方法， 并熟練的運(yùn)用ATmega16單片機(jī)定時(shí)器以及ADC0808模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將模擬電流量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量然后在液晶顯示屏上直接顯示數(shù)字的電流值。關(guān)鍵詞 ATmega16單片機(jī)，A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)碼管顯示 1.1設(shè)計(jì)要求 完成一臺(tái)數(shù)字電流表 采用ATmega16作為主控芯片，并用數(shù)碼管顯示結(jié)果電流表量程為0A1A測量結(jié)果用四位數(shù)字顯示，如 0123測量結(jié)果超限（大于等于1A）時(shí)，數(shù)碼管顯示EEEE 1.2 課程設(shè)計(jì)目的 （1）通過本次課程設(shè)計(jì)加深對(duì)單片機(jī)課程的全面認(rèn)識(shí)和掌握。 （2）掌握了通用I/O口輸出結(jié)構(gòu)的設(shè)置和數(shù)碼管顯示器的應(yīng)用。 （3） 通過完成一個(gè)包括電路設(shè)計(jì)和程序開發(fā)的完整過

3、程，使自身了解開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的全過程，強(qiáng)化鞏固所學(xué)知識(shí)，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。 (4)進(jìn)一步熟悉和掌握單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。 （5）鍛煉團(tuán)隊(duì)分工合作與協(xié)調(diào)能力。 （6） 通過這次課程設(shè)計(jì)，掌握以單片機(jī)為核心的電路設(shè)計(jì)的基本方法和技術(shù)。 （7）通過實(shí)際程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試，逐步掌握模塊化程序設(shè)計(jì)的方法和調(diào)試技術(shù)。2.1系統(tǒng)硬件框圖 2.2 電流表工作原理 由于通常所說的電流表是指靈敏電流計(jì)，其量程太小不能直接測量電流。所以要想得到一個(gè)量程較大的電流表需要將一個(gè)理想電壓表改裝而成。用一個(gè)內(nèi)阻無窮大的電壓表并聯(lián)分流電阻，待測電流流過電阻R，R和U即為已知，則根據(jù)歐姆定律 U=I R，I就是電

4、流表測得的電流值，電壓值通過AD轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，傳送到ATmega16中，單片機(jī)輸出到LED數(shù)碼管顯示讀數(shù)。2.3 LED動(dòng)態(tài)顯示器接口及顯示方式 單片機(jī)中通常使用7段LED構(gòu)成字型“8”，另外，還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)發(fā)光二極管，以顯示數(shù)字、符號(hào)及小數(shù)點(diǎn)。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起稱為共陰極顯示器。一位顯示器由8個(gè)發(fā)光二極管組成，其中，7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型8的各個(gè)筆畫，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為dp發(fā)光二極管。當(dāng)在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時(shí)，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護(hù)各段LED不被破壞，需外加限流電阻

5、。 以共陰極LED為例，如圖，各LED公共陰極K0接地。若向各控制端a、bg、dp順次送入11100001信號(hào)，則該顯示7字型。在多位LED顯示時(shí)，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位 I/O口控制。而共陰（共陽）極公共端K分別由相應(yīng)的I/O線控制，實(shí)現(xiàn)各位的分時(shí)選通。如14圖所示為5位共陰極動(dòng)態(tài)顯示接口電路。其一個(gè)顯示正負(fù)，其余四個(gè)顯示電流值。 五位LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路 由于4位LED所有段選線皆由一個(gè)8位控制，因此，在每一瞬間，4位LED會(huì)顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選

6、控制口輸出相應(yīng)字符段選碼，而位選則控制口在該顯示位送入選通電平為共陰，故應(yīng)送低電平。以保證該位應(yīng)顯示相應(yīng)字符。如圖為ATmega16控制的4位共陰極LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路。 LED結(jié)構(gòu)圖 八段LED數(shù)碼管字符型字段編碼表2.4 ATmega16單片機(jī) ATmega16系列單片機(jī) VCC 電源正GND 電源地端口A(PA7.PA0) 端口A 做為A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口A 處

7、于高阻狀態(tài)。 端口B(PB7.PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口C(PC7.PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使

8、能，即使復(fù)位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口D(PD7.PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。在復(fù)位過程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能. RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。門限時(shí)間見P36Table 15。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。 XTA

9、L1 反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入端。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC AVCC是端口A與A/D轉(zhuǎn)換器的電源。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。使用ADC時(shí)應(yīng)通過一個(gè)低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 3、 主程序及相應(yīng)模塊主程序代碼void main(void)DDRA=0x0f;PORTA=0x0f;DDRC=0xff;PORTC=0x00;TCCR0=0x0B;TCNT0=0x00;OCR0=0x7C;TIMSK=0x02;ADMUX=0x47;SFIOR&=0x1F;SFIOR|=0x60;DSCSRA=0xAD;

10、#asm("sei") /使能全局中斷while(1)if(time_2ms_ok)display();time_2ms_ok=0;主流程圖子程序代碼unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;子程序流程圖 四、課設(shè)總結(jié)這是我們學(xué)習(xí)單片機(jī)半年以來第一次自己學(xué)著去編程動(dòng)手去調(diào)試。在開始時(shí)有著迷茫與恐慌，感覺根本無從下手。因?yàn)樽约簩?duì)單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)掌握的深度不夠，但通過此次課程設(shè)計(jì)，卻改變了很多，首先對(duì)于硬件電路的工作原理有了進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，同樣就有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)；其次軟件方面，在程序的設(shè)計(jì)，程

11、序的調(diào)試方面都學(xué)到了很多東西，這是第一次編寫單片機(jī)的大程序，很有成就感盡管程序與流程圖還有欠缺的地方。在一個(gè)好的氛圍里才能踏下心來做東西，在這幾天課設(shè)的時(shí)間里，實(shí)驗(yàn)室的氛圍和同學(xué)們的熱情對(duì)我的影響很大，大家一起努力，這也是我們能完成課設(shè)的動(dòng)力。另外在編程中出現(xiàn)問題時(shí)，一定要戒驕戒躁，腳踏實(shí)地，認(rèn)真看書，仔細(xì)分析，仔細(xì)調(diào)試，就一定會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，克服困難，我們也是這么做的，這在課設(shè)中十分重要。 單片機(jī)在現(xiàn)實(shí)生活中有很大的的實(shí)用價(jià)值，學(xué)好這們課程非常關(guān)鍵，可以讓自己的知識(shí)儲(chǔ)備更加豐富，而這次寶貴的課程設(shè)計(jì)活動(dòng)正好提供了一個(gè)很好的機(jī)會(huì)加深對(duì)單片機(jī)知識(shí)的掌握。通過這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)protel99以及av

12、r stdio 4等軟件的使用掌握的更加熟練，對(duì)C語言程序有了跟深層次的理解。 最后感謝我們的老師，老師幽默的語言與互動(dòng)使課堂不在枯燥，老師那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度與循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪引導(dǎo)我們，同時(shí)也是我們的好榜樣。五、成員分工及工作情況 1、 黃威燦：負(fù)責(zé)AD轉(zhuǎn)換；2、 齊超：主要負(fù)責(zé)AD中斷和定時(shí)器中斷；3、 張恒秋:主要負(fù)責(zé)數(shù)碼管顯示。六、參考文獻(xiàn)1AVR單片機(jī)嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用實(shí)踐M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.10.2 黃智偉.全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽系統(tǒng)設(shè)計(jì)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.6.3 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機(jī)基礎(chǔ)M，北京

13、：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.7.4 趙曙光，郭萬有，楊頌華.可編程邏輯器件原理開發(fā)與應(yīng)用M,西安：西安電子科技大學(xué)， 2000.5 譚浩強(qiáng).C語言程序設(shè)計(jì)（第二版）M，北京：清華大學(xué)出版社，1991.6手把手教你學(xué)AVR單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.4.7、 附錄# include <avr/io.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intflash unsigned char ledshow11=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0

14、x7F,0x5F,0x79;flash unsigned char position6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;/數(shù)碼管位選unsigned char dis_buff4=0,0,0,0,posit;bit time_2ms_ok;void adc_to_disbuffer(unsigned int adc)unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;/AD轉(zhuǎn)換中斷interrupt TIM0_COMP void timer0_comp_isr(void)time_2ms_ok=1;/定時(shí)器中斷inte

15、rruptADC_INTvoid adc_isr(void)unsigned int adc_data,adc_i;adc_data =ADCW;adc_i=(unsigned long)adc_data*1000/1024;/換算成電流值adc_to_disbuffer(adc_v);/AD轉(zhuǎn)換/數(shù)碼管顯示void display(void)if(adc_i>=1)PORTA|=0x0f;PORTC=ledshow11;elsePORTA|=0x0f;PORTC=ledshowdis_buffposit;if(posit=3)PORTC|=0x80;PORTA&=positionposit;if(+posit>=4)p