本科學(xué)生設(shè)計性實驗報告實驗項目名稱基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表一、實驗設(shè)計方案實驗名稱基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表實驗時間小組合作是否小組成員1、實驗?zāi)康脑O(shè)計制作一個基于單片機(jī)的數(shù)字電壓表，實現(xiàn)測量交流電壓值測量、直流電壓值測量等功能。2、實驗場地及儀器、設(shè)備和材料電腦、PROTEUS仿真軟件、KEIL編譯軟件、AT89C51、AD0809、LCD液晶屏、整流橋、電阻、電容3、實驗思路（實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)處理方法及實驗步驟等）1硬件設(shè)計11單片機(jī)控制模塊設(shè)計單片機(jī)控制模塊的作用是為控制各單元電路的運行并完成數(shù)據(jù)的換算或處理，主要由單片機(jī)、時鐘電路、復(fù)位電路組成。圖1系統(tǒng)時鐘電路圖2系統(tǒng)復(fù)位電路12逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器屬于直接型A/D轉(zhuǎn)換器，它能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，而不需要經(jīng)過中間變量。主要由比較器、環(huán)形分配器、控制門、5寄存器與D/A轉(zhuǎn)換器組成。21MSB21ADDB24ADDA25ADDC23VREF12VREF16IN31IN42IN53IN64IN75START6258EOC7OUTPUTENABLE9CLOCK10VCC112220GND132714261528LSB1724182319IN228IN127IN026ALE22圖3引腳圖13LCD顯示模塊LCD顯示器分為字段顯示和字符顯示兩種。其中字段顯示與LED顯示相似，只要送對應(yīng)的信號到相應(yīng)的管腳就能顯示。字符顯示是根據(jù)需要顯示基本字符。本設(shè)計采用的是字符型顯示。系統(tǒng)中采用LCD1602作為顯示器件輸出信息。與傳統(tǒng)的LED數(shù)碼管顯示器件相比，液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富等優(yōu)點，而且不需要外加驅(qū)動電路，現(xiàn)在液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計中最常用的顯示器件了。LCD1602可以顯示2行16個漢字。如圖4所示。圖4LCD1602模塊14鍵盤控制模塊通過鍵盤切換，實現(xiàn)對直流信號和交流信號電壓值的測量，并把電壓值實時顯示在LCD顯示屏上。對直流信號電壓值，測量誤差小于1；對交流信號電壓值，測量誤差小于2?？赏ㄟ^鍵盤切換實現(xiàn)多級量程的直流電壓測量，其范圍是200MV、2V、20V?？赏ㄟ^鍵盤切換實現(xiàn)多級量程的交流電壓測量，其范圍是200MV、2V、20V。鍵盤模塊如圖5所示。VSSVDDVORSR/WEDB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7AKLCD模塊12345678910111213141516圖5鍵盤接口電路仿真圖2系統(tǒng)軟件設(shè)計根據(jù)需要，可將系統(tǒng)軟件按照功能劃分為4個模塊，分別是主程序模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、鍵盤程序程序模塊，各模塊的功能關(guān)系如圖6所示。編寫系統(tǒng)軟件時，可首先編寫各模塊的底層驅(qū)動程序，而后是系統(tǒng)聯(lián)機(jī)調(diào)試，編寫上層主程序。系統(tǒng)主程序液晶管顯示A/D轉(zhuǎn)換鍵盤程序圖6系統(tǒng)軟件框圖21主程序設(shè)計主程序主要負(fù)責(zé)初始化工作設(shè)置定時器、寄存器的初值，啟動A/D轉(zhuǎn)換，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，通過鍵盤處理量程轉(zhuǎn)換響應(yīng)，控制液晶實時顯示等。22A/D轉(zhuǎn)換程序A/D轉(zhuǎn)換程序的功能是采集數(shù)據(jù)，在整個系統(tǒng)設(shè)計中占有很高的地位。當(dāng)系統(tǒng)設(shè)置好后，單片機(jī)掃描轉(zhuǎn)換結(jié)束管腳P17的輸入電平狀態(tài)，當(dāng)輸入為高電平則轉(zhuǎn)換完成，將轉(zhuǎn)換的數(shù)值轉(zhuǎn)換并顯示輸出。若輸入為低電平，則繼續(xù)掃描。程序如下INCLUDEINCLUDEUNSIGNEDLONGDAT_ADC0808UINTADC0808_INITSTART0OE0START1START0WHILEEOC0OE1DAT_ADC0808P1OE0RETURNDAT_ADC0808得到ADC0808的轉(zhuǎn)換結(jié)果后，應(yīng)當(dāng)及時處理成LCD1602能夠顯示的數(shù)字字符。以下函數(shù)實現(xiàn)此功能，為ADC0808顯示刷新子程序VOIDREFRESH_SHOW/刷新顯示UINTTDAT_ADC08085000/255DISPLAY_BUFFER17T/1000DISPLAY_BUFFER19T/10100DISPLAY_BUFFER110T10023液晶顯示程序/LCD初始化/VOIDINITIALIZE_LCD1602WRITE_LCD_COMMAND0X38DELAY50US10WRITE_LCD_COMMAND0X0CDELAY50US10WRITE_LCD_COMMAND0X06DELAY50US10WRITE_LCD_COMMAND0X01DELAY50US10/在LCD上顯示字符串/VOIDLCD_DISPLAYUCHARSTRUCHARIFORI0IINCLUDEINCLUDE“KEYBOARDH“CHARKEY_BUF0X05,0X09,0X11,0X03,0X0A,0X12VOIDDELAYUINTTIMEUINTJ0FORTIME0TIMEFORJ0J125JCHARGETKEYVOIDCHARK10,K20,I0P30X1CDELAY10IFP30X1CK1P3DELAY10IFP3K1P30X03DELAY10K2P3FORI0I6IIFKEY_BUFIK2RETURNIRETURN13系統(tǒng)仿真首先采用KEILVISION編譯器進(jìn)行源程序編譯及仿真調(diào)試，調(diào)試好程序后將目標(biāo)文件導(dǎo)入PROTEUS進(jìn)行軟件調(diào)試。在PROTEUSISIS編輯窗口中單擊開始仿真按鈕，LCD顯示相應(yīng)的電壓值。調(diào)試結(jié)果如圖7所示。指導(dǎo)老師對實驗設(shè)計方案的意見指導(dǎo)老師簽名年月日二、實驗結(jié)果與分析1、實驗?zāi)康?、場地及儀器、設(shè)備和材料、實驗思路等見實驗設(shè)計方案2、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及結(jié)果圖7仿真結(jié)果圖02V量程2V量程2V量程20V量程圖8LCD上各量程內(nèi)的電壓值3、對實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)及觀察結(jié)果的分析與討論通過仿真測試表明，系統(tǒng)性能良好，測量直流電壓時，讀數(shù)穩(wěn)定易讀、更新速度合理，能夠?qū)崿F(xiàn)量程間的切換，精度達(dá)到了1，滿足任務(wù)書指標(biāo)要求。但是，該系統(tǒng)也存在一定程度的不足，測交流電壓時，輸入電壓易發(fā)生干擾不穩(wěn)定。4、結(jié)論直流電壓的測量基本達(dá)到實驗要求，交流電壓的測量存在一定的缺陷，精度不高。5、實驗總結(jié)本次實驗成敗之處及其原因分析我們必需明白A/D芯片的轉(zhuǎn)換機(jī)制，ADC0808轉(zhuǎn)換時和時鐘引腳的頻率有很大的關(guān)系，頻率設(shè)置不當(dāng)，ADC0808就不能轉(zhuǎn)換。本實驗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及改進(jìn)措施做好本實驗需要把握的關(guān)鍵環(huán)節(jié)本實驗通過三個函數(shù)來實現(xiàn)三個量程內(nèi)的電壓值的刷新顯示，所以，三個函數(shù)的正確編寫直接關(guān)系到LCD上電壓值的準(zhǔn)確顯示。鍵盤程序的編寫主要是獲取鍵值，然后主函數(shù)通過調(diào)用子程序，達(dá)到切換量程的目的。若重做本實驗，為實現(xiàn)預(yù)期效果，儀器操作和實驗步驟應(yīng)如何改善1ADC0808可實現(xiàn)對8個通道的輸入信號輪流轉(zhuǎn)換，本設(shè)計僅僅使用了其中一個通道，造成了較大的資源浪費。若能對電路稍加改進(jìn)，實現(xiàn)對多路信號的輪流測量并自動保存相應(yīng)結(jié)果，其應(yīng)用價值將會更大。2輸出量可用平均值算法來改善，使測量準(zhǔn)確度更高。3、若能將測量的電壓值實時保存，使用時將更方便。對實驗的自我評價我們小組通過完成一個包括電路設(shè)計和程序開發(fā)的完整過程，了解了開發(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，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ)。由于水平有限，我們認(rèn)為系統(tǒng)還有需要改進(jìn)的地方。今后的學(xué)習(xí)中還需要繼續(xù)努力，深入的學(xué)習(xí)和思考問題。本次實驗我們采用C語言編程實現(xiàn)，程序分為三個模塊，通過主函數(shù)進(jìn)行調(diào)用，簡單可讀寫性強(qiáng)。付江杰此次實驗，我主要參與設(shè)計了LCD上電壓值的刷新顯示程序和鍵盤接口電路。當(dāng)輸入新的電壓值時，在LCD上需要同步更新顯示，通過三個函數(shù)來實現(xiàn)此功能。鍵盤接口電路主要是實現(xiàn)切換