智能化儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、智能化儀器課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告測(cè)控0710730221124 方晶晶1 .課程設(shè)計(jì)的目的和任務(wù)本次課程設(shè)計(jì)是以 AT89C51單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一個(gè)具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功 能和直流電壓測(cè)量功能的智能化測(cè)量?jī)x器。要求具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘顯示和校時(shí) 功能，電壓測(cè)量顯示功能等?？勺鳛橥ㄓ玫亩蝺x表使用，根據(jù)電壓與被 測(cè)物理量的關(guān)系顯示被測(cè)物理量，應(yīng)用于多種測(cè)量場(chǎng)合。通過課程設(shè)計(jì)進(jìn) 一步熟悉并掌握單片機(jī)的編程，對(duì)智能化儀器的設(shè)計(jì)思路和步驟等有一定 的了解。并為將來的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。硬件部分主要包括 DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、AD轉(zhuǎn)換器ICL7135、8 只共陰LED數(shù)碼管及相應(yīng)的顯示控制和驅(qū)動(dòng)電路、 鍵盤電路等

2、。要求掌握 電路的原理和各部分功能的實(shí)現(xiàn)過程，重點(diǎn)是與單片機(jī)的連接上。軟件部分要求編寫相關(guān)匯編程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)ICL7135的控制和讀數(shù)，經(jīng)運(yùn)算后得到測(cè)量電壓值；編程并控制DS12887芯片，獲得日期和時(shí)間值；利用按鍵可實(shí)現(xiàn)日期和時(shí)間初值的設(shè)置，以及時(shí)間、日期和測(cè)量值的顯示 切換功能；根據(jù)輸入電壓與被測(cè)物理量的關(guān)系顯示被測(cè)物理量。并完成軟 硬件的聯(lián)機(jī)調(diào)試。完成圖1系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖2 .系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原理結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)一個(gè)能顯示和設(shè)置時(shí)間日期值，測(cè)量電壓值的小型系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖1所示。3 .硬件電路設(shè)計(jì)及組成該系統(tǒng)的硬件電路主要包含了89C51單片機(jī)、ICL

3、7135四位半A/D轉(zhuǎn)換器、DS12887實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、8個(gè)共陰LED數(shù)碼管顯示器和按鍵等。其 硬件組成框圖如圖 2。LED數(shù)碼管顯示器在目前的大多數(shù)智能儀器設(shè)計(jì)中，往往需要記錄測(cè)量的日期和時(shí)間信 息，以及自動(dòng)完成設(shè)定時(shí)間的自動(dòng)測(cè)量和控制等，這就要求在儀器中帶有 實(shí)時(shí)時(shí)鐘。由于利用單片機(jī)直接編程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，編程復(fù)雜而且還要考 慮后備電源供電等問題，因此，選用自帶后備電池的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，應(yīng)用 它，可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間和日期的處理，單片機(jī)只要利用 DS12887的秒更新，每秒讀一次時(shí)鐘數(shù)據(jù)即可。為了實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量功能，選用了A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135 ,該芯片集成了一個(gè)四位半的雙斜積分式 A/D轉(zhuǎn)換器

4、，精度高、抗干擾能力強(qiáng)，能滿足一般測(cè) 量的精度要求。器件在雙極性輸入的情況下，測(cè)量速度可達(dá)3次/S以上，在單極性輸入的情況下，測(cè)量速度可達(dá)25次/S左右，適用于一般的直流信號(hào)和慢速變化信號(hào)的測(cè)量。根據(jù)ICL7135的積分特性及其與 BUSY信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，利用89C51單片機(jī)的計(jì)數(shù)器，通過對(duì)BUSY信號(hào)高電平 期間的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)的方法實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量，以簡(jiǎn)化電路連接。時(shí)序關(guān) 系圖如圖3。積分器輸出反向積分最大計(jì)數(shù)值20001自動(dòng)校零信號(hào)積分10001計(jì)數(shù)值1000a十?dāng)?shù)值滿度測(cè)量計(jì)數(shù)值40002BUSY信號(hào)3 ICL7135積分輸出與BUSY信號(hào)的關(guān)系圖設(shè)計(jì)中應(yīng)用了 8個(gè)LED共陰數(shù)碼管作

5、為輸出結(jié)果的顯示，利用2個(gè)擴(kuò) 展I/O 口、控制段碼和位碼輸出，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。設(shè)置了4個(gè)按鍵，用于時(shí)間顯示、日期顯示和測(cè)量值顯示的切換，時(shí)間和日期的設(shè)置等。4 .軟件設(shè)計(jì)4. 1軟件的總體設(shè)計(jì)思路方法和流程圖圖4程序的總體流程圖該儀器的主要功能是實(shí)現(xiàn)電壓測(cè)量和時(shí)間日期的顯示。結(jié)合硬件電路設(shè)計(jì)，軟件實(shí)現(xiàn)的主要任務(wù)是： 控制A/D轉(zhuǎn)換器ICL7135并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果,經(jīng)運(yùn)算處理后，顯示電壓值，設(shè)置和讀取實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887中的時(shí)間和日期信息并輸出顯示等。系統(tǒng)軟件主要由1個(gè)主程序和3個(gè)中斷服務(wù)子程序及若干輔助功能子 程序組成。程序的總體流程圖如圖4。主程序完成對(duì) DS12887芯片的初始設(shè)置

6、，定時(shí)器 T0、T1的初始化， 中斷系統(tǒng)的初始化設(shè)置等功能。4. 2各主要功能模塊的設(shè)計(jì)方法和流程圖1)時(shí)鐘芯片 DS12887的設(shè)計(jì)由于時(shí)鐘芯片 DS12887的中斷請(qǐng)求信號(hào)與 89C51的INTO相連，在主 程序中對(duì)DS12887進(jìn)行初始化設(shè)置，寫入初始狀態(tài)的時(shí)間和日期值，再設(shè)置秒更新中斷允許，CPU每秒響應(yīng)一次中斷，讀取當(dāng)前的時(shí)鐘和日期信息， 經(jīng)拆字處理后放入緩存地址中，再根據(jù)切換狀態(tài)要求顯示的內(nèi)容，在顯示 中斷中可直接調(diào)用相關(guān)的處理函數(shù)輸出時(shí)間或日期顯示。時(shí)鐘流程圖如圖 5所示。INT0中斷圖5時(shí)鐘流程圖2) ICL7135的設(shè)計(jì)將ICL7135的BUSY信號(hào)口與 89C51的INT1

7、相連，根據(jù)ICL7135的 積分特性及其與 BUSY信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系，利用89C51單片機(jī)的計(jì)數(shù)器 T1計(jì)數(shù)，記錄BUSY信號(hào)高電平期間ICL7135的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù) N,將N 減去10000后即可獲得測(cè)量電壓值。由于獲得的電壓值是十六進(jìn)制形式的，在這過程中必須轉(zhuǎn)化成十進(jìn)制，所以調(diào)用一個(gè)十六進(jìn)制轉(zhuǎn)十進(jìn)制的函數(shù)， 將得到的值轉(zhuǎn)換成五位的十進(jìn)制，在萬位加小數(shù)點(diǎn)后經(jīng)拆字處理后放入緩 存地址等待顯示。最后得到的結(jié)果是-1.9999到1.9999的電壓值。A/D流程圖如圖6所示。圖6 A/D流程圖3）顯示的設(shè)計(jì)8個(gè)LED數(shù)碼管顯示器采用動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，段碼和位碼分別由一個(gè)擴(kuò)展的輸出口控制，其中段碼口地

8、址為 0BFFFH ,位碼口地址為0DFFFH。 由于在顯示中要切換顯示的內(nèi)容，在程序中采用定時(shí)器T0進(jìn)行定時(shí)中斷，每隔一段時(shí)間中斷一次更新顯示的內(nèi)容。在中斷的最開始判斷顯示的內(nèi)容，再根據(jù)要求調(diào)用不同的顯示內(nèi)容，讀取緩存地址用于顯示。另外在顯示程 序中加了一個(gè)閃爍位的判斷，在鍵盤設(shè)置中需要在設(shè)置的位上進(jìn)行閃爍方 便于觀看，原理是針對(duì)要求閃爍的位置減少動(dòng)態(tài)顯示的次數(shù)，以區(qū)別于其 它位。顯示流程圖如圖 7所示。7 顯示流程圖4）按鍵的設(shè)計(jì)4 個(gè)按鍵直接連到 P1 口的低 4 位，功能如下：S1 顯示切換鍵，用于切換當(dāng)前顯示的內(nèi)容為測(cè)量值或日期或時(shí) 間；S2設(shè)置鍵，用于進(jìn)入/退出日期設(shè)置、時(shí)間設(shè)置或

9、儀表常數(shù)等的設(shè) 置狀態(tài)；S3右移鍵，用于右移選擇當(dāng)前設(shè)置數(shù)據(jù)的位置；S4加1鍵，用于當(dāng)前設(shè)置內(nèi)容加1;在具體的設(shè)計(jì)中，先判斷是否有鍵按下，延時(shí)去抖動(dòng)，再進(jìn)行一次判斷，如果確實(shí)有鍵按下，判斷鍵是否彈起，在鍵彈起之后執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能。切換鍵是所有中最簡(jiǎn)單的一個(gè)鍵，建立一個(gè)顯示標(biāo)志符就行，根據(jù)標(biāo)志符判斷要顯示的內(nèi)容。設(shè)置鍵按下之后停止時(shí)鐘芯片工作，進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)，使當(dāng)前顯示內(nèi)容的第一個(gè)低位閃爍。右移鍵使閃爍位右移三位，使當(dāng)前顯示內(nèi)容的第二個(gè)低位閃爍。加 1 鍵是最煩瑣的鍵，首先要判斷當(dāng)前顯示內(nèi)容為時(shí)間還是日期，再判斷閃爍位的位置，讀取閃爍位進(jìn)行相應(yīng)內(nèi)容加 1 處理，將加 1 后的內(nèi)容重新保存到時(shí)間日期

10、的顯示緩存區(qū)。特別注意的是日的設(shè)置中大小月的處理， 在加 1 的過程中， 大月可以加到 31 日， 而小月只是 30 日， 所以在這過程中， 對(duì)日的加 1 處理我對(duì)十二個(gè)月分開進(jìn)行判斷處理。對(duì)于閏年，我這里就沒再考慮。5個(gè)人總結(jié)通過兩個(gè)多星期的學(xué)習(xí)，并學(xué)到了很多實(shí)際操作的知識(shí)，提高了動(dòng)手能力，并在老師的幫助下順利完成了整個(gè)課程設(shè)計(jì)的任務(wù)。在功能模塊中我實(shí)現(xiàn)了時(shí)間日期值的顯示和設(shè)置、電壓量的測(cè)量，并能切換三者的顯示，基本上達(dá)到了課程的要求。此次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，將匯編及單片機(jī)等已學(xué)課程進(jìn)行一次在學(xué)習(xí)的良好機(jī)會(huì)。通過這次再學(xué)習(xí)，無疑進(jìn)一步提高了自己的專業(yè)技能，為今后踏足社會(huì)，在該領(lǐng)域上發(fā)揮自己的特長(zhǎng)，以及就業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在上個(gè)學(xué)期單片機(jī)課程的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)功能指標(biāo)的要求制定總體的設(shè)計(jì)方案。在這期