微機檢測課程設(shè)計---蓄電池電量采集系統(tǒng)設(shè)計及仿真

1、<p><b>　　交通與汽車工程學院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　課 程 名 稱: 微機檢測系統(tǒng)課程設(shè)計 </p><p>　　課 程 代 碼: </p><p>　

2、　題 目: 蓄電池電量采集系統(tǒng)設(shè)計及仿真 </p><p>　　年級/專業(yè)/班: </p><p>　　學 生 姓 名: </p><p>　　學 生 學 號： </p>

3、<p>　　開 始 時 間: 2012 年 月 日</p><p>　　完 成 時 間: 2012 年 月 日</p><p>　　課程設(shè)計成績： </p><p>　　指導教師簽名： 年 月 日</p><p

4、><b>　　目 錄</b></p><p>　　摘要 ……………………………………………………………………………………………2</p><p>　　1 引言 …………………………………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 問題提出 ………………………………………………………………………………

5、…3</p><p>　　1.2 任務(wù)與分析 ………………………………………………………………………………3</p><p>　　2 方案設(shè)計 ……………………………………………………………………………………4</p><p>　　2.1 方案論證 …………………………………………………………………………………4</p><p>　　2

6、.2 最終設(shè)計方案總體設(shè)計框圖 ……………………………………………………………4</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ………………………………………………………………………………5</p><p>　　3.1 80C51單片機 ……………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2 人機交互設(shè)備 ……………

7、……………………………………………………7</p><p>　　3.3 AD采樣電路 ………………………………………………………………………………8</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ………………………………………………………………………………9</p><p>　　4.1 設(shè)計思路、過程 …………………………………………………………………………9</p&

8、gt;<p>　　4.2 主程序流程圖 …………………………………………………………10</p><p>　　4.3 濾波子程序框圖 ……………………………………………………………………10</p><p>　　4.4 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序框圖 ……………………………………………………………………10</p><p>　　

9、4.5 延時子程序框圖 …………………………………………………………………………10</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試過程 ………………………………………………………………………………11</p><p>　　5.1原理圖的繪制和檢查 ……………………………………………………………………11</p><p>　　5.2 Keil程序調(diào)試 …………………………………

10、………………………………………12</p><p>　　5.3 Proteus仿真軟件介紹 …………………………………………………………………13</p><p>　　5.4 Proteus仿真圖建立 …………………………………………………………………13</p><p>　　5.5 Proteus仿真調(diào)試結(jié)果 …………………………………………………………………

11、14</p><p>　　結(jié)論……………………………………………………………………………………………22</p><p>　　致謝 ……………………………………………………………………………………………23</p><p>　　參考文獻 ………………………………………………………………………………………24</p><p>　　附錄A 程序源

12、代碼……………………………………………………………………………25</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　單片機因其體積小、功能強、價格低廉而得到廣泛應用。蓄電池在現(xiàn)代工業(yè)的各種場合都有廣泛的應用，為各種系統(tǒng)提供必不可少的電源，蓄電池的重要性可見一斑，尤其在現(xiàn)代汽車上，蓄電池更是必不可少。本文介紹用51單片機設(shè)計制作的汽車蓄電池電壓檢測系

13、統(tǒng)，由51單片機、AD0804芯片、液晶屏LM044L和一些常用元器件組成，用滑動變阻器的滑頭端輸出電壓來模擬蓄電池的電壓，經(jīng)過AD采樣，將電壓值通過LM044L顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 汽車蓄電池；LM044L；51單片機；proteus仿真</p><p><b>　　1 引 言 </b></p><p>　　1.1 問題的提

14、出 </p><p>　　目前汽車上用于蓄電池檢測顯示的設(shè)備過于復雜，能否利用現(xiàn)在所學的單片機知識及常見元器件搭建出能夠檢測并顯示的蓄電池系統(tǒng)，將會影響自己的實踐能力。</p><p>　　1.2 任務(wù)與分析 </p><p>　　本課程設(shè)計是應用51單片機原理和微機控制與接口技術(shù)設(shè)計蓄電池檢測系統(tǒng)控制器的硬件電路，并采用c語言進行程序設(shè)計。通過控制外部AD0804

15、芯片來檢測滑動變阻器模擬輸出的蓄電池電壓。本系統(tǒng)的難點在于AD芯片的應用以及如何在LM044L上顯示信息。課程設(shè)計需要Proteus軟件進行仿真，所以需要進行相關(guān)程序的編寫。2 方案設(shè)計 </p><p><b>　　2.1方案論證</b></p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　系統(tǒng)采用AT89C

16、51單片機作為主控芯片，AD0804芯片作為電壓檢測的AD轉(zhuǎn)換模塊。在LM044L上顯示。</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　與方案一相比，方案二采用LCD12864顯示。</p><p>　　進行方案比較，方案二可以精確的顯示提示信息，由于未要求顯示漢字提示信息，方案2相對方案一，程序比較復雜，過程比方案一繁瑣，

17、故選用方案一。</p><p>　　系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為主控芯片，AD0804芯片作為電壓檢測的AD轉(zhuǎn)換模塊。在LM044L上顯示。</p><p>　　2.2方案總體設(shè)計框圖</p><p>　　圖2-1 方案一系統(tǒng)總體框圖</p><p><b>　　方案二系統(tǒng)總體框圖</b></p>&

18、lt;p>　　在設(shè)計里面，利用單片機設(shè)計電路，以滑動變阻器模擬蓄電池電壓，用AD芯片進行采樣，最后通過LM044L液晶顯示器進行顯示，由于使用軟硬件結(jié)合的方式代替了數(shù)字電路的復雜性，所以電路結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試也相對方便，經(jīng)濟實惠。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 80C51單片機</p><p&g

19、t;　　3.1.1 80C51單片機介紹</p><p>　　80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴展了MCS-48單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。</p><p>　　80C51內(nèi)置中央處理

20、單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。</p><p>　　此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。80C51有PDIP(40pin)和

21、PLCC(44pin)兩種封裝形式。其引腳圖如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 80C51單片機引腳圖</p><p>　　80C51系列單片機都是以8031為核心發(fā)展起來的，具有和51系列單片機及基本結(jié)構(gòu)和軟件特征，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2 80C51單片機框圖</p><p>　　80C51

22、單片機的引腳功能：</p><p>　　1、主電源引腳Vss和Vcc。</p><p><b>　　① Vss接地。</b></p><p>　?、?Vcc正常操作時為+5伏電源。</p><p>　　2、外接晶振引腳XTAL1和XTAL2。</p><p>　?、?XTAL1內(nèi)部振蕩電路反相放

23、大器的輸入端，是外接晶體的一個引腳。當采用外部振蕩器時，此引腳接地。。 </p><p>　?、?XTAL2內(nèi)部振蕩電路反相放大器的輸出端。是外接晶體的另一端。當采用外部振蕩器時，此引腳接外部振蕩源。</p><p>　　3、控制或與其它電源復用引腳RST/VPD，ALE/，和/Vpp。</p><p>　?、?RST/VPD 當振蕩器運行時，在此引腳上出現(xiàn)

24、兩個機器周期的高電平（由低到高跳變），將使單片機復位在Vcc掉電期間，此引腳可接上備用電源，由VPD向內(nèi)部提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　② ALE/ 正常操作時為ALE功能（允許地址鎖存）提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器，ALE 引腳以不變的頻率（振蕩器頻率的）周期性地發(fā)出正脈沖信號。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個AL

25、E脈沖，ALE 端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）八個LSTTL電路。 對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（功能）。</p><p>　?、?外部程序存儲器讀選通信號輸出端，在從外部程序存儲取指令（或數(shù)據(jù)）期間，在每個機器周期內(nèi)兩次有效。同樣可以驅(qū)動八LSTTL輸入。</p><p>　?、?/Vpp /Vpp為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。當/Vpp

26、為高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，當/Vpp 為低電平時，則訪問外部程序存儲器。</p><p>　　對于EPROM型單片機，在EPROM編程期間，此引腳上加21伏EPROM編程電源（Vpp）。</p><p>　　4、輸入/輸出引腳P0.0 - P0.7，P1.0 - P1.7，P2.0 - P2.7，P3.0 - P3.7。</p><p>　?、?P0口（P0.

27、0 - P0.7）是一個8位漏極開路型雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它是分時傳送的低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)總線，P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動八個LSTTL負載。</p><p>　?、?P1口（P1.0 - P1.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。</p><p>　?、?P2口（P2.0 - P2.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙

28、向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址。P2口可以驅(qū)動(吸收或輸出電流)四個LSTTL負載。</p><p>　　④ P3口（P3.0 - P3.7）是一個帶有內(nèi)部提升電阻的8位準雙向I/O口。能驅(qū)動四個LSTTL負載。且具有第二功能。</p><p>　　3.1.2 選用80C51單片機原因</p><p>　　在課程設(shè)計里蓄電池電壓信號在模數(shù)轉(zhuǎn)換后，只

29、需要通過單片機內(nèi)部進行數(shù)據(jù)處理以及軟件濾波，顯示電路采用分時復用P0口，在設(shè)計里面使用的引腳較少，占用的資源也比較少。而且該芯片是以8031為核心，性能價格比高，應用成熟，且對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為熟悉，芯片功能夠用而且適用，從而選用80C51單片機作為主控芯片。</p><p>　　3.2 人機交互設(shè)備</p><p>　　為了進行實時的顯示，本次設(shè)計選用LM044L作為顯示設(shè)備，LM044L可

30、分為無字符型和有字符型。由于Proteus中自帶的LM044L為無字符型，所以還要在程序中加入字符編碼。</p><p>　　3.3 AD采樣電路</p><p>　　圖3-4 AD電路</p><p>　　系統(tǒng)采用ADC0804AD轉(zhuǎn)換芯片采樣滑動變阻器上的電壓，其他外部電路采用芯片資料上的典型應用電路。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>

31、　　4.1設(shè)計思路、過程</p><p>　　系統(tǒng)采用AT89C51單片機進行設(shè)計，程序首先對AD進行初始化，滑動變阻器滑片的不同位置將對應不同的電壓值，AD采集到的數(shù)值也不相同。通過調(diào)用轉(zhuǎn)換程序?qū)ζ溥M行標度變換，最終顯示在LM044L上。</p><p><b>　　4.2程序流程圖</b></p><p>　　圖4-1 主程序框圖<

32、/p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序</p><p>　　圖4-2 按鍵檢測子程序框圖</p><p>　　4.3 濾波子程序流程圖</p><p>　　4.4延時子程序框圖</p><p>　　圖4-3 延時子程序框圖</p><p><b>　　說明：</b><

33、;/p><p>　　該程序主要是實現(xiàn)軟件可變延時的功能，該延時子程序主要實現(xiàn)1ms延時 (程序由雙重循環(huán)嵌套實現(xiàn)，外循環(huán)執(zhí)行減1操作1次，內(nèi)循環(huán)執(zhí)行加1操作100次。調(diào)用延時函數(shù)的實參值不同，其延時的時間不同，延時時間=實參*1ms。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)仿真與調(diào)試</b></p><p>　　通過上面的設(shè)計，設(shè)計已經(jīng)基本完成。對K

34、eil進行相應的檢查和調(diào)試，并用Proteus對所設(shè)計系統(tǒng)進行仿真用以驗證設(shè)計的正確性及可行性。</p><p>　　5.1 原理圖的繪制和檢查</p><p>　　打開altium，繪制系統(tǒng)的原理圖。原理圖包括能輸出+5V電源電路、AD電路、時鐘電路、顯示電路、報警電路（指示）以及復位電路。繪制完成的原理圖如圖5-1</p><p>　　圖5-1 系統(tǒng)原理圖<

35、;/p><p>　　5.2 Keil程序調(diào)試</p><p>　　程序調(diào)試結(jié)果如圖5-2：</p><p>　　Creating hex file from “dianya”表明 .hex文件創(chuàng)建成功。“dianya”- 0 Error(s),1 Warning(s)表明文件編譯結(jié)果沒有錯誤只有一個警告，因為keil用的是未注冊版本。</p><p&

36、gt;　　圖5-2 程序編譯結(jié)果</p><p>　　5.3 Proteus仿真軟件介紹</p><p>　　系統(tǒng)采用Proteus軟件來進行程序的仿真。Proteus是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能。還能仿真單片機及其外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及其外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機

37、愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。</p><p><b>　　5.4 仿真圖建立</b></p><p>　　系統(tǒng)采用Proteus軟件進行仿真，利用軟件自帶的仿真模塊建立系統(tǒng)的仿真圖。圖5.1為蓄電池電壓檢測系統(tǒng)的最小系統(tǒng)圖。</p><p>　　圖5.1主控芯片仿真</p><p&g

38、t;　　系統(tǒng)采用滑動變阻器作為蓄電池的輸入電壓，通過改變滑片的位置將輸出不同的電壓。為了顯示器件的對比，在此選用了軟件自帶的電壓表進行檢測。</p><p>　　圖5.2 系統(tǒng)檢測系統(tǒng)</p><p>　　系統(tǒng)采用LM044L液晶屏作為顯示器件，其具體的仿真連接圖如下。</p><p>　　圖5.3 系統(tǒng)的顯示器件圖</p><p>　　5.

39、5 Proteus仿真調(diào)試結(jié)果</p><p>　　圖5.4，圖5.5分別表示在不同的電壓輸入值中。對應的顯示情況。</p><p>　　當調(diào)節(jié)滑動變阻器改變AD輸入值，此時可以通過電壓表觀察此時滑動變阻器的電壓為+11.8V，單片機通過采集進行程序處理，在顯示器上面對應的顯示當前值。</p><p>　　圖5-4 Proteus仿真圖（1）</p>

40、<p>　　當逐漸調(diào)節(jié)滑動變阻器,此時顯示器顯示當前的電壓值改變。 </p><p>　　圖5-5 Proteus仿真圖（2）</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　此次設(shè)計過程中，我查閱了一些相關(guān)資料，使得我更深入的了解51系列單片機芯片的應用以及相關(guān)軟件、硬件的使用方法。在這段時間里，我不僅完成

41、設(shè)計所要求的內(nèi)容，也掌握了一些AT89C52芯片的具體功能。</p><p>　　此外，設(shè)計中所涉及到的元器件還有：電容、電阻、排阻、液晶顯示器、AD0804等，我通過查閱相關(guān)元器件的作用及工作原理。</p><p>　　在整個設(shè)計過程中，我們不僅能將書本上學到的關(guān)于單片機相關(guān)的知識與實踐相結(jié)合，而且還培養(yǎng)了查找相關(guān)資料和自學能力。這將對我們今后的實踐提供很大的幫助。設(shè)計中還讓我意識到：理

42、論和實踐相結(jié)合的重要性。雖然電路看上去比較簡單，但實際行動起來將會遇到許多困難。因此，設(shè)計過程中要保持一種持之以恒、嚴謹?shù)膶W習態(tài)度，這樣才會在設(shè)計過程中及時的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在唐嵐老師的指導下，我完成了本次課程設(shè)計。唐嵐老師是一個擁有專業(yè)知識，嚴謹治學態(tài)度，精益求精作風的老師，她的嚴以律己、寬以待

43、人的崇高風范，樸實無華、平易近人的人格魅力對我影響深遠。在課程設(shè)計里面，她讓我重新認識到了專業(yè)知識學習的重要性，還使我明白了許多為人處世的道理。本課程設(shè)計從選題到完成，都是老師指導下完成。另外，本次設(shè)計的完成也離不開各位同學給我的建議和幫助。在此，我謹向唐嵐老師和幫助過我的老師和同學們，表示崇高的敬意和衷心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><

44、p>　?。?］張毅剛. 新編MCS-51單片機應用設(shè)計[M]. 哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社.2004</p><p>　　［2］倪志蓮,張怡典. 單片機應用技術(shù)[M].北京:北京理工大學出版社.2007</p><p>　?。?］張靖武.單片機系統(tǒng)的protues設(shè)計與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社.2007</p><p>　　［4］Anolog Dev

45、ice Corp,ADC0809 Databok,2005.</p><p><b>　　附錄A 程序源代碼</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　//#include <intrins.h></p><p>　　#define uchar unsi

46、gned char</p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define lcd P1 </p><p>　　sbit rs=P2^5; </p><p>　　sbit rw=P2^6; </p><p>　　sbit en=P2^7;</p>

47、<p>　　sbit ad_INTR=P2^4;</p><p>　　sbit ad_RD=P2^3;</p><p>　　sbit ad_WR=P2^2;</p><p>　　uchar code tab[]={"Battery Voltage is"};</p><p>　　uchar code tab1

48、[]={"V"};</p><p>　　uchar num;</p><p>　　uint shi,ge,x1,x2,get,get_l, m1,m2;</p><p>　　uint dianya;</p><p>　　/*****函數(shù)聲明********/</p><p>　　void delay

49、110(uint k);</p><p>　　void data_change(uint x);</p><p>　　void get0804();</p><p>　　void Tdelay(unsigned int i)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while

50、(i--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void get0804()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ad_WR=0;</b></p><p>　　Tdelay(5) ;</p

51、><p>　　ad_INTR=0;</p><p>　　Tdelay(5) ;</p><p>　　ad_INTR=1;</p><p>　　Tdelay(5) ;</p><p><b>　　ad_WR=1;</b></p><p>　　Tdelay(5);</p>

52、;<p>　　P1=0xff ; </p><p><b>　　ad_WR=0;</b></p><p>　　Tdelay(5);</p><p><b>　　ad_RD=0;</b></p><p>　　Tdelay(30);</p><p><b>

53、;　　get=P3;</b></p><p>　　Tdelay(5);</p><p><b>　　ad_RD=1;</b></p><p>　　Tdelay(5);</p><p><b>　　ad_WR=1;</b></p><p><b>　　}

54、</b></p><p>　　void delay110(unsigned char x)//延時110ms</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char a,b;</p><p>　　for(a=x;a>0;a--)</p><p>

55、　　for(b=110;b>0;b--);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　//</b></p><p>　　void write_com(unsigned char value) {</p><p><b>　　en=0;</b>

56、;</p><p><b>　　rs=1;</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　P1=value;</b></p><p>　　delay110(5);</p><p><b>　　en=1;&l

57、t;/b></p><p>　　delay110(5);</p><p><b>　　en=0;</b></p><p>　　rs=1; </p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_date(unsigned cha

58、r value) {</p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　rs=1;</b></p><p><b>　　P1=value;</b></p><

59、p>　　delay110(5);</p><p><b>　　en=1;</b></p><p>　　delay110(5);</p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><

60、b>　　} </b></p><p>　　void init_lcd()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　rw=0;</b></p><p>　　write_com(0x38); </p><p>　　w

61、rite_com(0x06);</p><p>　　write_com(0x0c); </p><p>　　write_com(0x01); }</p><p>　　void filter()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　

62、　int x;</b></p><p>　　x=get-get_l;</p><p>　　if(x>10 & x<-10) dianya=get_l;</p><p>　　else dianya=get;</p><p>　　get_l=get;</p><p><b>　　

63、}</b></p><p>　　void data_change(uint x)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　m1=(x*15)/255;</p><p>　　m2=((x*15)%255)*200/51;</p><p>　　shi=m1/10;<

64、;/p><p><b>　　ge=m1%10;</b></p><p>　　x1=m2/100;</p><p>　　x2=m2%100/10;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*****主函數(shù)****/</p><p>　　

65、void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar fb=0;</p><p>　　init_lcd();</p><p>　　delay110(300);</p><p>　　//dianya=111;</p><p><

66、;b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　get0804();</p><p><b>　　filter();</b></p><p>　　data_change(dianya);</p><p><

67、;b>　　fb=0;</b></p><p>　　delay110(1000);</p><p>　　write_com(0x01);</p><p>　　for(num=0;num<18;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write

68、_date(tab[num]) ;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　write_com(0x80+0x45);</p><p>　　write_date(0x30+shi);</p><p>　　write_date(0x30+ge);</p><p>　　write_

69、date(0x2e);</p><p>　　delay110(100);</p><p>　　write_date(0x30+x1);</p><p>　　write_date(0x30+x2);</p><p>　　write_com(0x80+0x59);</p><p>　　for(num=0;num<

70、;2;num++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_date(tab1[num]) ;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　delay110(1000);</p><p><b>　　} <