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1、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是美国Dallas半导体公司研制的一款单总
2、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，它的主控芯片是c8051f040单片机，其突出的先进设计理念就是多功能。
3、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A
4、DC,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
5、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
6、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
7、集电压信号并显示。（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2.5V5.5V。采用三线接口与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Vcc10
8、.2V时，Vcc2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。
9、I/O为串行数据输入输出端(双向)。（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 DALLAS（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55C +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
10、多机挂接。 多样封装形式，适应不同硬件系统。4 （DS18B20连接图）3.5液晶显示 HS12864-15系列中文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
11、产生RAM。其原理图如下图所示：3.6三端稳压集成电路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
12、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。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。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。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 主程序流程图5 系统整体性价比评估整个作品我们本着
13、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。 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。还有一个功能是测电压，通
14、过继电器精密电阻分压网络实现不同档位的切换功能。在做课设时候有不少心得体会，总结如下：一， 焊接硬件时一定要细心，不能出错，清楚原理，看清楚原理图，不能焊错一根线，在上电检查时一定主意不要短路，及时检查芯片是否发烫，如果有此现象及时断电检查电路。二， 编写程序时，一定要静下心来，只有心静才能编写出程序，而且编写程序时注意编程风格，比如对程序加注释，提高程序的可读性，注意变量的设置等。自己先到CPU里走一遍程序。三， 调作品时要软硬结合，根据现象分析原因，分析硬件是否好着，然后在线调试分析软件。四， 注意跟队友合作，团结的力量是伟大的。伟大领袖毛主席说过:人民的力量是无穷的 自动化0602 06
15、06050211 赵九龙 心得体会我们在这次作品的设计中，有我们自己的创新设计理念，如我们自动量程功能的设计，采用了继电器的方案，还有我们用精密电阻实现的分压网络等，都是我们在实践中得出来的思路。在以后的电路设计中我们会更加注意创新方面的设计。这次的试验我们学习了各种硬件，如DS18B20，DS1302的原理，并且又熟悉了焊接技术，这对我们以后的工作帮助很大！我们把单片机课程上学习的知识用到了实践中，这对我们学习兴趣的培养也是一种提高！让我们更想学习这门课程。在软件方面我们也有所提高，我们以前学习了C语言，汇编，通过这次设计，我们把它应用到了实际。虽然还不是很熟悉，但我们慢慢的掌握了一些，相信
16、在以后我们会把它掌握的很好。经过本次实训设计，感触颇深的是解决问题的方法、技巧。在这些天中，我们遇到许许多多问题，我们在老师指导和自己努力下一一解决，懂得了对待问题要多方法处理，多角度处理等思想。通过这些天的设计，我们不但增强了实践能力和协作精神，而且懂得了联系实际的重要性，这对我们以后的学习和工作不无裨益。大三的我们马上要面临工作，这次实训对我们的帮助很大，我们会好好利用这次实训拓宽我们的知识面，使这次实训的作用发挥到最大作用。 自动化0602 0606050217 雷云心得体会说起课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，选一个自己有兴趣的题目。其次，对实验要搞明
17、白，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去选题目做设计，到头来一点收获也没有。最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。这次单片机课程设计我们历时两个星期，在我们班里算是前几组完成的吧，但经过这两个星期的实践和体验下来，我们又怎么会去在乎那个先后问题呢，因为对我来说学到的不仅是那些知识，更多的是团队和合作。现在想来，也许学校安排的课程设计有着它更深层的意义吧，它不仅仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大潜能 硬件的设计跟焊接都要我们自己动手去焊，软件的编程也要我们不断的调试，在这次
18、课设中我主要负责硬件部分和电路图。当然，这其中也有很多问题，第一、不够细心比如由于粗心大意该割断的没割断造成短路。第二，态度决定一切，这次课设是对我的学习态度的一次检验。对于这次单片机综合课程实习，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。我们这次实习所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。第三，在做人上，没有想不到，只有做不到，只要你足够坚强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。作为自动化专业学生，我觉得做单片机课程设计是十分有意义的，而且是十分必要的。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专
19、业课的理论知识，很少有实践的机会，如何理论联系实际才是是硬道理。 自动化0602 0606050228 安迎璋 心得体会 单片机作为我们自动化的主要专业课之一，学校组织了一次为期两周的课程设计，在这次课程设计后我发现自己在一点一滴的学习和动手中对单片机的兴趣正在逐渐增加。在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？我想做类似的课程设计就为我们提供了良好的实践平台。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料。为了让我们的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是
20、十分必要的，同时也是必不可少的。 其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：CAD制图、汇编语言、数电以及模电等知识，使我重温了这些知识的应运，这是我做这次课程设计的又一收获。要做好一个课程设计，就必须做到：在设计程序之前，对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图。同时，在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。我们通过查阅大量有关资料，并在小组中互相讨论，交流经验和自学。通过这次设计，我懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，学会了坚持、耐心和
21、努力，这将为自己今后的学习和工作做出了最好的榜样。我觉得作为一名自动化专业的学生，单片机的课程设计是很有意义的。更重要的是如何把自己平时所学的东西应用到实际中。虽然自己对于这门课懂的并不多，很多基础的东西都还没有很好的掌握，觉得很难，也没有很有效的办法通过自身去理解，但是靠着这一个多礼拜的学习，在小组同学的帮助和讲解下，渐渐对这门课逐渐产生了一定的兴趣，自己开始主动学习并逐步从基础慢慢开始弄懂它。我认为这个收获应该说是相当大的。觉得课程设计反映的是一个从理论到实际应用的过程，但是更远一点可以联系到以后毕业之后从学校转到踏上社会的一个过程。小组人员的配合相处，以及自身的动脑和动手，都是以后工作中
22、需要的。 通过这次课程设计，今天我已明白它对我的重要意义，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是同学间的团结。 自动化0602 0606050225 武宇新 （040最小系统）（系统原理图）参考文献：1 柴钰, 单片机原理及应用,陕西：西安电子科技大学出版社,2 李广弟,单片机基础,北京：北京航空航天大学出版社,3 何希才,新型实用电子电路400例,电子工业出版社,4 赵负图,传感器集成电路手册,第一版,化学工业出版社,5 陈伯时,电力拖动自动控制系统,第二版,北京:机械工业出版社, 6 张毅刚,彭喜元,新编MCS-51单片机应用设计,第一版,哈尔滨工业大学出版社,
