1、遼 寧 工 業(yè) 大 學(xué) 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 課程設(shè)計(jì)（論文）題目：基于串行通訊的電池電壓顯示系統(tǒng)院（系）: 新能源學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí): 車(chē)輛新能源151班 學(xué) 號(hào): 151206022 學(xué)生姓名: 張文亮 指導(dǎo)教師: 申彩英 起止時(shí)間: 2017-7-17-2017-7-27 課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)及評(píng)語(yǔ)院（系）：汽車(chē)與交通工程學(xué)院 教研室：新能源汽車(chē)學(xué) 號(hào)151206022學(xué)生姓名張文亮專(zhuān)業(yè)班級(jí)新能源車(chē)輛151課程設(shè)計(jì)（論文）題目基于串行通訊的電池電壓顯示系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)由單片機(jī)控制的電池電壓顯示系統(tǒng)。設(shè)計(jì)任務(wù)：1以單片機(jī)為控制核心，對(duì)電池電壓進(jìn)行采集；2應(yīng)用串行通訊技術(shù)對(duì)采集的

2、電壓進(jìn)行傳輸；3編寫(xiě)相應(yīng)的采集、顯示程序；設(shè)計(jì)要求：1、分析系統(tǒng)功能，盡可能降低成本，選擇合適單片機(jī)、傳感器等，設(shè)計(jì)相應(yīng)電路；2、應(yīng)用專(zhuān)業(yè)繪圖軟件繪制硬件電路圖和軟件流程圖；3、按規(guī)定格式，撰寫(xiě)、打印設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，其中程序開(kāi)發(fā)要有詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明，詳細(xì)闡述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，字?jǐn)?shù)應(yīng)在4000字以上。技術(shù)參數(shù)：1至少能采集、傳輸10節(jié)電池電壓；2電壓檢測(cè)精度在5%以?xún)?nèi)。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)及成績(jī)按時(shí)完成了設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)所要求的工作量。能夠一定程度的綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和單片機(jī)等專(zhuān)業(yè)知識(shí)，較好地完成了基于串行通訊的電池電壓顯示系統(tǒng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，認(rèn)真查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料，設(shè)計(jì)方案合理、原理圖基本正確，程序編寫(xiě)基本正

3、確，說(shuō)明書(shū)基本完整，條理基本清晰、論述基本正確、文字通順、圖表基本規(guī)范、符合設(shè)計(jì)報(bào)告文本格式要求。成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 學(xué)生簽字： 2017年7月27日 本科生課程設(shè)計(jì)（論文）摘 要隨著電力系統(tǒng)電量的日益擴(kuò)大和電壓運(yùn)行等級(jí)的不斷提高，傳統(tǒng)的電量檢測(cè)系統(tǒng)暴露出越來(lái)越多的缺點(diǎn)，難以滿(mǎn)足現(xiàn)代電網(wǎng)向自動(dòng)化、數(shù)字化發(fā)展的需要。本文首先概述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，LCD顯示部分方面的設(shè)計(jì)。介紹了一種以AT85C52芯片作為處理器的鋰電池檢查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，著重闡述了系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)和基于kile4的軟件設(shè)計(jì)，系統(tǒng)以AT85C52芯片為控制核心，對(duì)鋰電池組的電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收的串口通信，從而達(dá)到實(shí)

4、時(shí)檢測(cè)的目的通過(guò)仿真分析，系統(tǒng)功能強(qiáng)人、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定，滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)的實(shí)際需求。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；電池電壓；鋰電池目 錄第1章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案11.1電池電壓顯示的應(yīng)用意義11.2.1主要技術(shù)指標(biāo)及要求11.2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容：11.3系統(tǒng)整體框圖2第2章 基于串行通訊的電池電壓顯示系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)32.1單片機(jī)的選型32.2振蕩電路設(shè)計(jì)52.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)52.4電壓采集電路設(shè)計(jì)62.5系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)72.6 串口通信模塊。82.7 誤差分析8第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)93.1 軟件主流程圖93.2 AD轉(zhuǎn)換與中斷服務(wù)103.3 引腳表格10第4章 程序調(diào)試與系統(tǒng)仿真11第5章 總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄1

5、：141第1章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1.1電池電壓顯示的應(yīng)用意義鋰電池作為一種理想的新型綠色電源，由于其優(yōu)越的性能，逐漸取代了以往常用的鉛酸電池和鎳鎘電池。鋰電池的優(yōu)點(diǎn)是高能量、安全性較高、工作溫度范圍寬、工作電壓平穩(wěn)、使用壽命長(zhǎng)。但是由于鋰電池的輸出功率較小，所以通常是將鋰電池串聯(lián)起來(lái)作為鋰電池組使用。串聯(lián)使用的鋰電池組由于鋰電池個(gè)體之間制造工藝的區(qū)別，電池之間的電壓不可能完全一致，這樣會(huì)使鋰電池組在充放電過(guò)程中，容量高的電池會(huì)對(duì)容量低的電池放電·這種現(xiàn)象會(huì)大幅度降低鋰電池組的使用壽命，為了保證鋰電池組的使用壽命，必須給鋰電池組添加電池檢測(cè)系統(tǒng)目前的鋰電池檢測(cè)系統(tǒng)大多數(shù)是定在電池組上以便實(shí)

6、時(shí)顯示電池組的工作狀態(tài)，為了使電池組的工作狀態(tài)可以準(zhǔn)確及時(shí)地顯示在上位機(jī)上，需要給鋰電池檢系統(tǒng)添加串口通信塊，本文針對(duì)10節(jié)鋰電池組成的鋰電池組，設(shè)計(jì)了一個(gè)以AT89C52作為處理器的鋰電池檢測(cè)系統(tǒng)。1.2基于串行通訊的電池電壓顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及參數(shù)1.2.1主要技術(shù)指標(biāo)及要求：1、至少能采集、傳輸10節(jié)電池電壓2、電壓檢測(cè)精度在5%以?xún)?nèi)。1.2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容：1、分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)；查閱資料、設(shè)計(jì)方案分析對(duì)比。2、論證并確定合理的總體設(shè)計(jì)方案，繪制總體結(jié)構(gòu)框圖，分析工作原理。3、完成各單元具體電路的設(shè)計(jì)：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、按鍵、顯示和驅(qū)動(dòng)等電路。包括元器件選擇、工作原理分析。4、設(shè)計(jì)軟

7、件流程圖及源程序，完成系統(tǒng)的Proteus仿真調(diào)試。5、完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。1.3系統(tǒng)整體框圖 系統(tǒng)主流程如圖1.1所示。系統(tǒng)上電后各模塊進(jìn)行初始化，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器采集電池電壓，然后送LCD1602進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并且通過(guò)串口上報(bào)到監(jiān)控電腦。AT89C52顯示系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換電壓檢測(cè)晶振電路電源電路復(fù)位電路串口PC上位機(jī)圖1.1 整體框圖 第2章 基于串行通訊的電池電壓顯示系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)的選型由于本系統(tǒng)只需要單片機(jī)完成AD0809送來(lái)的電壓數(shù)據(jù)并送LCD1602進(jìn)行顯示對(duì)于I/O資源以及處理速度無(wú)特殊要求，故選擇ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機(jī)，AT89C52增加

8、了在線(xiàn)調(diào)試功能，即程序可以通過(guò)JTAG接口下載，調(diào)試和固化，因而該芯片的開(kāi)發(fā)不再需要昂貴的硬件仿真器，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真，所有的資源都可以為用戶(hù)所使用，可以在線(xiàn)編程或在系統(tǒng)編程，更進(jìn)一步地說(shuō)，在線(xiàn)編程或在系統(tǒng)編程是開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)具有了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)、維護(hù)的潛在功能。AT89C52的性能及特點(diǎn)：l與MCS-51系列單片機(jī)兼容。l片內(nèi)有8K可在線(xiàn)重復(fù)編程的快速內(nèi)存可擦寫(xiě)存儲(chǔ)器（Flash Memory）。l 存儲(chǔ)器可循環(huán)寫(xiě)入/擦寫(xiě)10000次以上。 l 存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)保存時(shí)間為10年以上。 l 寬工作電壓范圍：Vcc可為2.7V-6.5V。

9、0;l 全靜態(tài)工作：可從0Hz-24MHz。l程序存儲(chǔ)器具有三級(jí)加密保護(hù)。l256字節(jié)的內(nèi)部RAM。 l 32條可編程I/O口線(xiàn)。 l 三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。 l 中斷結(jié)構(gòu)具有5級(jí)（6級(jí)）中斷源和兩個(gè)優(yōu)下級(jí)。 l可編程全雙工串行通訊。 l 空閑維持低功耗和掉電狀態(tài)保護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。AT89C52引腳圖如圖2.1所示。圖2.1 AT89C52引腳圖VCC: +5V電源輸入GND：接地P0口是一個(gè)雙向8位三態(tài)I/O口，每個(gè)口可獨(dú)立控制。使用時(shí)需外接上拉電阻。P1口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O口，

10、它的功能是單一的，只能用作數(shù)據(jù)的輸入或者輸出。P2口是一個(gè)準(zhǔn)雙向8位I/O口，輸出時(shí)，從P2.x端口可輸出CPU寫(xiě)到鎖存器上的信號(hào)。當(dāng)該接口用做數(shù)據(jù)輸入接口是，應(yīng)先向該位寫(xiě)1，然后，讀該位即可讀入輸入數(shù)據(jù)。P3口是具有第二功能的準(zhǔn)雙向8位I/O口。ALE/PROG：地址所存/編程信號(hào)線(xiàn)。當(dāng)P0口工作在第二功能時(shí)從該端口可復(fù)用工作，某時(shí)刻該端口可以送出地址信號(hào)A0A7，而另外的時(shí)刻該端口傳送的是數(shù)據(jù)信號(hào)D0D7。利用ALE可以將地址信號(hào)A0A7鎖存到地址鎖存器。 EA/VPP：該控制信號(hào)線(xiàn)也具有雙重功能，是允許訪(fǎng)問(wèn)片外ROM/編程高電壓引線(xiàn)。PSEN：程序存儲(chǔ)器允許輸出控制端，常用作片

11、外ROM的讀控制信號(hào)，低電平有效。RESET：復(fù)位引腳，當(dāng)該端加上超過(guò)24個(gè)時(shí)鐘周期的高電平時(shí)，可是8051復(fù)位。X1、X2：外接時(shí)鐘引腳。X1為片內(nèi)振蕩電路的輸入端，X2為片內(nèi)振蕩電路的輸出端。2.2振蕩電路設(shè)計(jì)AT89C52內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的高增益反相放大器, 振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)送到CPU, 作為CPU的時(shí)鐘信號(hào),驅(qū)動(dòng)CPU產(chǎn)生執(zhí)行指令功能的機(jī)器周期。引腳XTAL1和XTAL2是此放大器的輸人端和輸出端。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器, 振蕩電路的連接如圖所示圖8所示，外接石英晶體或陶瓷諧振器以及電容C1和

12、C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路, 接在放大器的反饋回路中。對(duì)外接電容C1和C2的值雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求, 但電容的大小多少會(huì)影響振蕩器頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振圈內(nèi)部振蕩的接法的快速性和溫度穩(wěn)定性。外接石英晶體時(shí), C1和C2一般?。?0pF-10pF），外接的是石英晶體, 所以，C1、C2選擇標(biāo)稱(chēng)值30pF。系統(tǒng)振蕩電路如圖2.3所示。圖2.2 振蕩電路圖2.3復(fù)位電路設(shè)計(jì)單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài), 并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí), 還是斷電后或者發(fā)生故障后要復(fù)位。89系列單

13、片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從RST引腳輸人到芯片的施密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí), 且振蕩器穩(wěn)定后, 如果RST引腳有一個(gè)高電平并維持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）, 則CPU就可響應(yīng)并且將系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位分為手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)采用的是電自動(dòng)復(fù)位。系統(tǒng)復(fù)位電路如圖2.4所示。 圖2.3 系統(tǒng)復(fù)位電路圖2.4 電壓采集電路電壓采集電路是針對(duì)十節(jié)鋰電池串聯(lián)所構(gòu)成的電池組的電壓進(jìn)行采集，采集芯片是常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD0809，該芯片的參考電壓是5V，工作電壓也是5V，但是每節(jié)鋰電池的工作電壓約為工7V串聯(lián)起來(lái)的電壓值超過(guò)了轉(zhuǎn)換芯片的參考電壓，因此需要采用

14、電阻分壓法，在電池組兩端串聯(lián)十個(gè)阻值完全相同的電阻，A/D轉(zhuǎn)換芯片只對(duì)其中一個(gè)電阻兩端的電壓進(jìn)行采集，這樣采集到的電壓值是實(shí)際電壓值的1/10。電池組的電壓采集不僅是對(duì)電池組的電壓進(jìn)行采集，也需要對(duì)單體電池的電壓進(jìn)行采集，控制電池兩端開(kāi)關(guān)的關(guān)斷就可以采集任意一節(jié)電池的電壓，電壓檢測(cè)電路如圖2.4所示，當(dāng)開(kāi)關(guān)S1和S0閉合時(shí)采集電池V1的電壓值，開(kāi)關(guān)S4和S3閉合時(shí)采集電池V2的電壓值, V3到V10采集方法相同。 圖2.4 電壓采集電路2.5 系統(tǒng)顯示電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用LCD1602作為系統(tǒng)的顯示器件，1602字符型液晶是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊，能分兩行顯示，它有若

15、干個(gè)7´5或者11´5等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符。1602型液晶接口信號(hào)如下： l1腳VSS：電源地。 l2腳VDD：電源正極。l3腳VO：液晶顯示對(duì)比度調(diào)節(jié)端。 l4腳RS：數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L)。 l5腳R/W：讀寫(xiě)選擇端（H/L）。 l6腳E：使能信號(hào)。l147腳D7D0：數(shù)據(jù)口8 l15腳BL1：背光電源正極。 l16腳BL2：背光電源負(fù)極。 系統(tǒng)顯示電路如圖2.5所示。 圖2.5 顯示電路2.6 串口通信模塊。AT89C52單片機(jī)串行接口是一個(gè)可編程的全雙工

16、串行通信接口。它可用作異步通信方式 （UART），與串行傳送信息的外部設(shè)備相連接，或用于通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)異步通信協(xié)議進(jìn)行全雙工的通信。AT89C51 單片機(jī)通過(guò)管腳 RXD （P3.0，串行數(shù)據(jù)接收端） 和管腳 TXD （P3.1，串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界通信。SBUF是串行口緩沖寄存器，包括發(fā)送寄存器和接收寄存器。本文通過(guò)串行口，把電壓和溫度等相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)上報(bào)到監(jiān)控的電腦，波特率設(shè)置為 9 600 bit/s，調(diào)試時(shí)采用串口虛擬軟件VSPD和串口調(diào)試助手。MAX232芯片是美信（MAXIM）公司專(zhuān)為RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電。器件特別適合電池供電系統(tǒng)，這是由于其

17、低功耗關(guān)斷模式可以將功耗減小到5uW以?xún)?nèi)。MAX225、MAX233、MAX235以及MAX245/MAX246/MAX247不需要外部元件，推薦用于印刷電路板面積有限的應(yīng)用。MAX220MAX249系列線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器/接收器，專(zhuān)為EIA/TIA-232E以及V.28/V.24通信接口設(shè)計(jì)，尤其是無(wú)法提供±12V電源的應(yīng)用。圖2.6 MAX232引腳圖第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個(gè)電源，提供給RS-232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN

18、）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從11引腳（T1IN）、10引腳（T2IN）輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從14腳（T1OUT）、7腳（T2OUT）送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從13引腳（R1IN）、8引腳（R2IN）輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從12引腳（R1OUT）、9引腳（R2OUT）輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。2.7 誤差分析l 所采用的電阻的阻值不一定都相同。l 電壓采集電

19、路的導(dǎo)線(xiàn)有電阻。第3章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)始3.1 軟件主流程圖系統(tǒng)初始化采集電池電壓?jiǎn)纹瑱C(jī)控制驅(qū)動(dòng)控制LCDLCD顯示電壓結(jié)束返回圖3.1 軟件主流程圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換與中斷服務(wù)AT89C52內(nèi)部有三個(gè)16位的可編程定時(shí)器計(jì)數(shù)器，T0、T1和T2。定時(shí)器實(shí)際上是工作在計(jì)數(shù)方式下 ，只不過(guò)對(duì)固定平率的脈沖計(jì)數(shù)，由于脈沖周期也固定，由計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出計(jì)數(shù)時(shí)就愛(ài)你，有定時(shí)的功能。AT89C51的TC是加1計(jì)數(shù)的。當(dāng)工作在定時(shí)器方式時(shí)，對(duì)振蕩源12分頻的脈沖計(jì)數(shù)，即每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)值加1，計(jì)數(shù)速率112fosc，當(dāng)fosc=12MHz時(shí)，計(jì)數(shù)速率=1000KHz,即計(jì)數(shù)器每加1用時(shí)1us。圖3.2 A/D轉(zhuǎn)化與中斷服務(wù)程圖3.3引腳表格圖3.3引腳表格引腳作用P0P7控制LCD顯示RST復(fù)位引腳P1.0P1.6與ADC0809相連P3.0P3.7串口第4章 程序調(diào)試與系統(tǒng)仿真程序在Kei