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1、多功能显示仪表单片机课程设计学 校：西安科技大学设计题目：多功能显示仪表设计成员： 多功能显示仪表多功能显示仪表摘 要本作品采用 c8051f040 单片机为控制核心；实现的功能有：1 测压模块通过精密电阻和继电器实现的分压电路 ，能够测四个不同档位的电压，可以自动换挡。测压范围 01000V2 万年历模块用实时时钟芯片 DS1302 实现，DS1302 是美国 DALLAS 公司推出的一种高性能、低功耗、带 RAM 的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为 2.5V5.5V。3 测温模块用 DS18b20 数字温度传感器实现，DS18B20
2、是美国 Dallas 半导体公司研制的一款单总线可编程智能温度传感器。它将 A/D 转换器、寄存器、接口电路集成在一个芯片中，可以直接输出数字信号。4 输入模块4X4 键盘实现各种按键功能。5 显示模块128X64 液晶显示6 声光报警有超温报警及闹钟报警功能。关键词：c8051f040 单片机，实时时钟芯片 DS1302，12864 液晶显示，DS18b20 数字温度传感器1 选题意义在当今社会中，很多设计工程中都需要器件的测量，因此对仪表的要求就体现出来了，而且随着电子技术的发展，传统的测试仪表逐渐被多功能的现代仪表而代替。在这样的大背景下我们这次的作品就是一个多功能测试仪表，它的主控芯片
3、是 c8051f040 单片机，其突出的先进设计理念就是多功能。它具备了普通仪表的测量功能：测电阻，测电压和温度，除此之外还具有图形显示功能，能够显示万年历。体积小、功能多、成本低等优点使它具备了市场竞争力。2 主系统设计本作品我们采用 c8051f040 单片机作为微控器，外围电路采用几种集成芯片实现功能要求。外围芯片有实时时钟芯片 DS1302，DS18b20 数字温度传感器多功能显示仪表等。通过多功能测量网实现测量电压、温度，万年历等功能，通过单片机内部AD 采样并在 128X64 液晶显示。主系统结构图如 2-1。图 2-1 系统结构图3 方案选择及论证3.1 单片机系统方案选择在单片
4、机的选择上我们选择了 c8051f040 单片机，他采用了流水线指令结构，20 个向量中断源，8 位 ADC,和 12 位 DAC,4352 字节内部 RAM 及 64K 的FLASH，完全可以适应我们作品的需要。软件没有限制，价格适宜，因此我们选用它作为作品的微控制器。3.2 自动量程方案及电阻选择（1）.在自动量程设计上有很多种方案，但是我们要考虑低功耗及高性能的要求，因此我们有以下方案的比较选择。方案一：采用模拟开关实现自动量程的开关功能。模拟开关可以降低系统多功能显示仪表功耗，因为模拟开关是集成芯片，所以体积小，使作品轻小便携。但是由于模拟开的内部是由 MOS 管作为开关，所以它的的内
5、部电阻会随着栅极所加电压的升高而降低，而我们的工作电压为 3.3V，因此模拟开关会产生很大的导通内阻，使测量准确度降低。因此，整个系统采用模拟开关并不能实现我们作品所要求的自动量程切换的功能。方案二：用继电器实现自动量程切换功能。继电器一端接分压网络，另一端接单片机的 I/O 口，通过软件实现自动量程切换功能。因为继电器是机械结构，在导通前后可看做断开和零欧接通，具有较好的稳定性，可做为开关功能使用。所以我们采用继电器来实现自动量程切换功能。（2）.因为我们整个系统的测量最终都是测的电压量，因此电压方案的设计至关重要，我们选用电阻分压方案，通过精密电阻的分压实现不同档位的需求。以下是我们的方案
6、设计比较。方案一：采用精密电阻分压方案，分别用 5 个精密电阻实现 5 个级别的分压，通过软件和继电器自动选择不同的分压量程实现不同档位的选择，经过运放和模拟开关后给单片机的 A/D 采集口，实现采集并显示。继电器用电源模块的+5V 供，用三极管驱动。通过单片机的 I/O 口实现软件控制，选择相应的分压既相对应的档位。因为精密电阻的精度极高，因此分压精度高，使得测量精度高，而且软件控制档位选择非常方便，虽然用占用 I/O 口资源，但总体考虑此方案不错，因此我们在测电压上选择此方案。方案二：采用经典法测电压。用传统的电阻分压法及继电器控制，需要用到的继电器较多，这样既增加了系统功耗又增大了作品体
7、积。并且没有跟单片机 I/O 口联系到一起，不能实现软件控制，因此我们放弃次此方案。综上所述，我们选用方案一，在测电流时原理基本一样，也是通过精密电阻分压后 A/D 采集电压信号并显示。多功能显示仪表（分压原理图）3.3 万年历模块选择我 们 选 择 的 位 DS1302。 DS1302 是 美 国 DALLAS 公 司 推 出 的 一 种 高 性 能 、 低功 耗 、 带 RAM 的 实 时 时 钟 电 路 ， 它 可 以 对 年 、 月 、 日 、 周 日 、 时 、 分 、 秒 进 行 计 时 ，具 有 闰 年 补 偿 功 能 ， 工 作 电 压 为 2.5V 5.5V。 采 用 三 线
8、 接 口 与 CPU 进 行 同 步 通 信 ，并 可 采 用 突 发 方 式 一 次 传 送 多 个 字 节 的 时 钟 信 号 或 RAM 数 据 。 DS1302 内 部 有 一 个318 的 用 于 临 时 性 存 放 数 据 的 RAM 寄 存 器 。 DS1302 的 引 脚 排 列 ,其 中 Vcc1 为 后备 电 源 ， VCC2 为 主 电 源 。 在 主 电 源 关 闭 的 情 况 下 ， 也 能 保 持 时 钟 的 连 续 运 行 。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两 者 中 的 较 大 者 供 电 。 当 Vcc2 大 于 Vcc1 0.2V 时 ，Vcc2
9、给 DS1302 供 电 。 当 Vcc2 小 于 Vcc1 时 ， DS1302 由 Vcc1 供 电 。 X1 和 X2 是振 荡 源 ， 外 接 32.768kHz 晶 振 。 RST 是 复 位 /片 选 线 ， 通 过 把 RST 输 入 驱 动 置 高 电平 来 启 动 所 有 的 数 据 传 送 。 RST 输 入 有 两 种 功 能 ： 首 先 ， RST 接 通 控 制 逻 辑 ， 允 许地 址 /命 令 序 列 送 入 移 位 寄 存 器 ； 其 次 ， RST 提 供 终 止 单 字 节 或 多 字 节 数 据 的 传 送 手段 。 当 RST 为 高 电 平 时 ， 所
10、 有 的 数 据 传 送 被 初 始 化 ， 允 许 对 DS1302 进 行 操 作 。 如果 在 传 送 过 程 中 RST 置 为 低 电 平 ， 则 会 终 止 此 次 数 据 传 送 ， I/O 引 脚 变 为 高 阻 态 。 上电 运 行 时 ， 在 Vcc2.5V 之 前 ， RST 必 须 保 持 低 电 平 。 只 有 在 SCLK 为 低 电 平 时 ，才 能 将 RST 置 为 高 电 平 。 I/O 为 串 行 数 据 输 入 输 出 端 (双 向 )。多功能显示仪表（DS1302 连接图）3.4 测温电路选择温度传感器的种类众多，在应用与高精度、高可靠性的场合时 DA
11、LLAS（达拉斯）公司生产的 DS18B20 温度传感器当仁不让。超小的体积，超低的硬件开消，抗干扰能力强，精度高，附加功能强。DS18B20 的主要特征：全数字温度转换及输出。 先进的单总线数据通信。 最高 12 位分辨率，精度可达土 0.5摄氏度。 12 位分辨率时的最大工作周期为 750 毫秒。 可选择寄生工作方式。检测温度范围为55 C +125C (67F +257F)。 内置 EEPROM，限温报警功能。 64 位光刻 ROM，内置产品序列号，方便多机挂接。 多样封装形式，适应不同硬件系统。 多功能显示仪表4 （DS18B20 连接图）3.5 液晶显示HS12864-15 系列中文
12、图形液晶模块的特性主要由其控制器 ST7920 决定。ST7920 同时作为控制器和驱动器，它可提供 33 路 com 输出和 64 路 seg 输出。在驱动器 ST7921 的配合下，最多可以驱动 256*32 点阵液晶。HS12864-15 系列产品硬件特性如下：提供 8 位，4 位并行接口及串行接口可选；并行接口适配 M6800 时序；自动电源起动复位功能；内部自建振荡源；64*16 位字符显示 RAM；2M 位中文字型 ROM，总共提供 8192 个中文字型；16K为半宽字型 ROM，总共提供 126 个西文字型；64*16 为字符产生 RAM。其原理图如下图所示：多功能显示仪表3.6
13、 三 端 稳 压 集 成 电 路 7805电 子 产 品 中 ， 常 见 的 三 端 稳 压 集 成 电 路 有 正 电 压 输 出 的 78 系 列 和负 电 压 输 出 的 79系 列 。 顾 名 思 义 ， 三 端 IC 是 指 这 种 稳 压 用 的 集 成 电 路， 只 有 三 条 引 脚 输 出 ， 分 别 是 输 入 端 、 接 地 端 和 输 出 端 。 它 的 样 子 象 是 普 通的 三 极 管 ， TO- 220 的 标 准 封 装 ， 也 有 9013 样 子 的 TO-92 封 装 。用 78/79 系 列 三 端 稳 压 IC 来 组 成 稳 压 电 源 所 需 的
14、 外 围 元 件 极 少 ， 电 路内 部 还 有 过 流 、 过 热 及 调 整 管 的 保 护 电 路 ， 使 用 起 来 可 靠 、 方 便 ， 而 且 价 格便 宜 。 该 系 列 集 成 稳 压 IC 型 号 中 的 78 或 79 后 面 的 数 字 代 表 该 三 端 集 成 稳压 电 路 的 输 出 电 压 ， 如 7806 表 示 输 出 电 压 为 正 6V， 7909 表 示 输 出 电 压 为负 9V。78XX 系 列 集 成 稳 压 器 的 典 型 应 用 电 路 如 下 图 所 示 ， 这 是 一 个 输 出 正5V 直 流 电 压 的 稳 压 电 源 电 路 。
15、IC 采 用 集 成 稳 压 器 7805， C1、 C2 分 别 为输 入 端 和 输 出 端 滤 波 电 容 ， RL 为 负 载 电 阻 。 当 输 出 电 较 大 时 ， 7805 应 配上 散 热 板 。多功能显示仪表3.7 声光报警电路当 P1-5 出现高电平，发光二极管导通，同时三极管导通，使扬声器发出警报声。3.8 4*4 键盘8 位，X 方向位与 Y 方向位共同作用决定其按键，通过软件来控制。多功能显示仪表软件的设计软件部分主要包括系统初始化、自动控制模块、波形液晶显示、A/D 采样液晶显示等各个模块程序。软件设计主流程图如图 4-1 所示。图 4-1 程序主流程图 多功能显
16、示仪表开始显示主操作菜单初始化电压页面 万年历页面节日温度页面系统设定页面确定键是否按下在对应页面执行陈旭是否有返回键按下是否显示主操作菜单是否主程序流程图多功能显示仪表5 系统整体性价比评估整个作品我们本着低成本，高性能的设计理念来制作完成，微控器我们选用性价比较好的 c8051f040 低功耗单片机，它丰富的资源满足了我们作品性能的要求，市场价格也不贵，堪称物美价廉。在自动量程功能上考虑了低功耗及可行性后，我们用继电器来实现，这样既实现了功能，也没有增加成本。温度测量我们选用价格低廉的 DS18B20,使作品整体成本降低。万年历模块我们选择了精度较准确的 DS1302.因此整个系统实现了精确的测量功能而成本却非常低，是具备市场竞争力的高性价比的作品。多功能显示仪表心得体会通过这次单片机课设，学到了不少东西，这次课设我做的主要是一个显示功能，用液晶 12864 显示各个参数，包括万年历，温度等。还
