第11章 單片機應用系統(tǒng)設計實例

第十一章單片機應用系統(tǒng)設計實例11.1單片機電子時鐘的設計通常通過用單片機設計電子時鐘有兩種方法：一是通過單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器。這種方法硬件線路簡單，采用軟件編程實現(xiàn)時鐘計數(shù)，一般稱為軟時鐘。系統(tǒng)的功能一般與軟件設計相關(guān)，通常用在對時間精度要求不高的場合；二是采用時鐘芯片，它的功能強大，功能部件集成在芯片內(nèi)部，自動產(chǎn)生時鐘等相關(guān)功能。硬件成本相對較高，軟件編程簡單。通常用在對時鐘精度要求較高的場合。11.1.1軟時鐘的基本原理軟時鐘是利用單片機內(nèi)部的定時器/計數(shù)器來實現(xiàn)，它的處理過程如下：首先設定單片機內(nèi)部的一個定時器/計數(shù)器工作于定時方式，對機器周期計數(shù)形成基準時間（如10ms），然后用另一個定時器/計數(shù)器或軟件計數(shù)的方法對基準時間計數(shù)形成秒（對10ms計數(shù)100次），秒計60次形成分，分計60次形成小時，小時計24次則計滿一天。然后通過數(shù)碼管把它們的內(nèi)容在相應位置顯示出來即可。11.1.2系統(tǒng)硬件電路的設計11.1.3系統(tǒng)軟件程序的設計電子時鐘的軟件系統(tǒng)由主程序和子程序組成，主程序程序包含初始化參數(shù)設置、按鍵處理、數(shù)碼管顯示模塊等，在設計時各個模塊都采用子程序結(jié)構(gòu)設計，在主程序中調(diào)用。由于定時器/計數(shù)器采用中斷方式處理，因此還要編寫定時器/中斷服務子程序，在定時器/計數(shù)器中斷服務程序中對時鐘進行調(diào)整。一．主程序主程序執(zhí)行流程如圖，主程序先對顯示單元和定時器/計數(shù)器初始化，然后重復調(diào)用數(shù)碼管顯示模塊和按鍵處理模塊，當有鍵按下，則轉(zhuǎn)入相應的功能程序。開始顯示單元清零T0、T1設為16位計數(shù)模式允許T0中斷調(diào)用顯示子程序進入功能程序按下鍵否？否是二．數(shù)碼管顯示模塊本系統(tǒng)共用8個數(shù)碼管，從右到左依次顯示秒個位、秒十位、橫線、分個位、分十位、橫線、時個位和時十位。數(shù)碼管顯示的信息用8個內(nèi)存單元存放，這8個內(nèi)存單元稱為顯示緩沖區(qū)，其中秒個位和秒十位、分個位和分十位、時個位和時十位分別由秒數(shù)據(jù)、分數(shù)據(jù)和小時數(shù)據(jù)分拆得到。在本系統(tǒng)中數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動態(tài)顯示。在存儲器中首先建立一張顯示信息的字段碼表，顯示時，先從顯示緩沖區(qū)中取出顯示的信息，然后通過查表程序在字段碼表中查出所顯示的信息的字段碼，從P0口輸出，同時在P2口將對應的位選碼輸出選中顯示的數(shù)碼管，就能在相應的數(shù)碼管上顯示顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容。三．定時器/計數(shù)器T0中斷服務程序 定時器/計數(shù)器T0用于時間計時。選擇方式1，重復定時，定時時間設為50ms，定時時間到則中斷，在中斷服務程序中用一個計數(shù)器對50ms計數(shù)，計20次則對秒單元加1，秒單元加到60則對分單元加1，同時秒單元清0；分單元加到60則對時單元加1，同時分單元清0；時單元加到24則對時單元清0，標志一天時間計滿。在對各單元計數(shù)的同時，把它們的值放到存儲單元的指定位置。定時器/計數(shù)器T0中斷服務程序流程圖如圖開始現(xiàn)場保護，重置初值啟動下一個50ms50ms計數(shù)器加1秒單元加1，50ms計數(shù)器清0，秒寫入秒個位和秒十位50ms計數(shù)器=20？否是分單元加1，秒單元清0，分寫入分個位和分十位秒單元=60？時單元加1，分單元清0，時寫入時個位和時十位分單元=60？時單元清0時單元=24？中斷返回否否否是是是四．按鍵處理模塊 按鍵處理設置為：如沒有按鍵，則時鐘正常走時。當按下K0按鍵時，進入調(diào)分狀態(tài)，時鐘停止走動；按K1可K2按鍵可進行加1或減1操作；繼續(xù)按K0鍵可分別進行分和小時的調(diào)整；最后按K0鍵將退出調(diào)整狀態(tài)，時鐘開始計時運行。五．匯編語言源程序清單（略）六．C語言源程序清單（略）11.2多路數(shù)字電壓表的設計11.2.1多路數(shù)字電壓表的原理及功能多路數(shù)字式電壓表應用系統(tǒng)主要利用A/D轉(zhuǎn)換器，處理過程如下：先用A/D轉(zhuǎn)換器對各路電壓值進行采樣，得到相應的數(shù)字量，再按數(shù)字量與模擬量成正比關(guān)系運算得到對應的模擬電壓值，然后把模擬值通過顯示器顯示出來。設計時假設待測的輸入電壓為8路，電壓值的范疇為0~5V，要求能在四位LED數(shù)碼管上輪流顯示或單路選擇顯示。測量的最小分辨率為0.019V，測量誤差為0.02V。根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，控制系統(tǒng)采用AT89C52單片機，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。ADC0809是8位的A/D轉(zhuǎn)換器。當輸入電壓為5.00V時，輸出的數(shù)據(jù)值為255（0FFH），因此最大分辨率為0.0196V（5/255）。ADC0809的具有8路模擬量輸入端口，通過3位地址輸入端能從8路中選擇一路進行轉(zhuǎn)換。如每隔一段時間輪流依次改變3位地址輸入端的地址，就能依次對8路輸入電壓進行測量。LED數(shù)碼管顯示采用軟件譯碼動態(tài)顯示。通過按鍵選擇可8路循環(huán)顯示，也可單路顯示，單路顯示可通過按鍵選擇顯示的通道數(shù)。11.2.2系統(tǒng)硬件電路的設計11.2.3系統(tǒng)軟件程序的設計一．主程序主程序包含初始化部分、調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序和調(diào)用顯示程序，如下圖。初始化包含存放通道數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)初始化和顯示緩沖區(qū)初始化。另外，對于單路顯示和循環(huán)顯示，系統(tǒng)設置了一個標志位00H控制，初始化時00H位設置為0，默認為循環(huán)顯示，當它為1時改變?yōu)閱温凤@示控制，00H位通過單路/循環(huán)按鍵控制。開始初始化調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用顯示子程序二．A/D轉(zhuǎn)換子程序

A/D轉(zhuǎn)換子程序用于對ADC0809八路輸入模擬電壓進行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)值存入8個相應的存儲單元中，如下圖。A/D轉(zhuǎn)換子程序每隔一定時間調(diào)用一次，也即隔一段時間對輸入電壓采樣一次。開始啟動一次轉(zhuǎn)換取數(shù)據(jù)（OE=0）0809通道地址加1開始地址數(shù)小于8？A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC=1？四．匯編語言源程序清單（略）五．C語言源程序清單（略）

LED數(shù)碼管采樣軟件譯碼動態(tài)掃描方式。在顯示子程序中包含多路循環(huán)顯示程序和單路顯示程序，多路循環(huán)顯示程序把8個存儲單元的數(shù)值依次取出送到四個數(shù)碼管上顯示，每一路顯示1秒。單路顯示程序只對當前選中的一路數(shù)據(jù)進行顯示。每路數(shù)據(jù)顯示時需經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成十進制BCD碼，放于四個數(shù)碼管的顯示緩沖區(qū)中。單路或循環(huán)顯示通過標志位00H控制。在顯示控制程序中加入了對單路或循環(huán)按鍵和通道選擇按鍵的判斷。三．顯示子程序11.3單片機數(shù)字顯示溫度計11.3.1單片機數(shù)字顯示溫度計的原理溫度測量通?？梢允褂脙煞N方式來實現(xiàn)：一種是用熱敏電阻之類的器件，由于感溫效應，熱敏電阻的阻值能夠隨溫度發(fā)生變化，當熱敏電阻接入電路，則流過它的電流或其兩端的電壓就會隨溫度發(fā)生相應的變化，再將隨溫度變化的電壓或電流采集過來，進行A/D轉(zhuǎn)換后，發(fā)送到單片機進行數(shù)據(jù)處理，通過顯示電路，就可以將被測溫度顯示出來。這種設計需要用到A/D轉(zhuǎn)換電路，其測溫電路比較麻煩。第二種方法是用溫度傳感器芯片。溫度傳感器芯片能把溫度信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，直接發(fā)送給單片機，轉(zhuǎn)換后通過顯示電路顯示即可。這種方法電路結(jié)構(gòu)簡單，設計方便，現(xiàn)在使用非常廣泛，本書介紹的就是采用第二種方法設計的單片機數(shù)字顯示溫度計。要求溫度測量范圍為-55℃～99℃，精度誤差小于0.5℃。11.3.2系統(tǒng)硬件電路設計系統(tǒng)硬件電路由單片機系統(tǒng)、測溫電路和顯示電路等組成11.3.3系統(tǒng)軟件程序設計由主程序、溫度測量子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序和顯示子程序等組成1．主程序在主程序中首先初始化，檢測DS18B20是否存在，然后通過調(diào)用讀溫度子程序讀出DS18B20的當前值，調(diào)用溫度轉(zhuǎn)換子程序把從DS18B20中讀出的值轉(zhuǎn)換成對應的溫度，調(diào)用顯示子程序把溫度值在數(shù)碼管的相應位置進行顯示。主程序流程圖如圖2．溫度測量子程序溫度測量子程序的功能是讀出并處理DS18B20測量的當前溫度值，讀出的溫度值