单片机智能流量显示仪

1、学 号 天津城建大学单片机原理及应用A设计说明书 智能流量显示仪设计起止日期： 2014 年 月 日 至 2014 年 月 日学生姓名班级成绩指导教师(签字)控制与机械工程学院2014年 月 日天津城建大学课程设计任务书2013 2014 学年第 1 学期 控制与机械工程 学院 电气工程及其自动化 专业 班级课程设计名称： 单片机原理及应用A课程设计 设计题目： 智能流量显示仪设计 完成期限：自 2014 年 月 日至 2014 年 月 日共 1 周设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：一、课程设计的目的1、进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。2、掌握单片机的接口技术及相关外围芯片的外特

2、性，控制方法。3、通过课程设计，掌握以单片机为核心的电路设计的基本方法和技术。4、通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。5、通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，了解开发一单片机应用系统的全过程，为今后从事相应打下基础。二、课程设计的基本要求1、认真认识设计的意义，掌握设计工作程序，学会使用工具书和技术参考资料，并培养科学的设计思想和良好的设计作风。2、提高模型建立和设计能力，学会应用相关设计资料进行设计计算的方法。3、提高独立分析、解决问题的能力，逐步增强实际应用训练。4、课程设计的说明书要求简洁、通顺，计算正确，图纸表达内容完整、清楚、规范。5、课程设计说明

3、书封面格式要求见天津城市建设学院课程设计教学工作规范附表1。三、课程设计具体要求1、要求每位同学独立完成设计任务。2、原理图设计。 1）原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。 2）图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。 3）原理图要完整，CPU，外围器件，扩器接口，输入/输出装置要一应俱全。3、程序调计 1）根据要求，将总体项能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。2）根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设直出完整的程序流程图。4、设计说明书 1）原理图设计说明简要说明设计目的，原理图中所使用的元器件功能及在图中的作用，各器

4、件的工作过程及顺序。 2）程序设计说明对程序设计总体功能及结构进行说明，对各子模块的功能以及各子模块之间的关系作较详细的描述。 3）画出工作原理图，程序流程图如并给出相应的程序清单。四、设计任务采用AT89S52设计一个智能流量二次显示仪表，其技术要求为：1、输入信号：mVV级脉冲信号01000Hz2、输出信号：1）累计流量显示。采用八位浮点形式，开始显示小数点后五位：0.00000m3；最后显示小数点后三位：0000.000m3。2）瞬时流量显示。采用四位浮点形式，开始显示小数点后两位：00.00m3；最后显示小数点一位：000.0m3。指导教师（签字）： 系（教研室）主任（签字）： 批准日

5、期：2014 年 月 日目录一、绪论二、设计总体方案2.1 设计内容2.2 设计要求三、硬件系统的方案设计3.1 单片机AT89C513.2 1602LCD显示屏3.3 AD模数转换芯片ADC0809四、模块设计4.1晶振电路与复位电路4.2 单片机与A/D接口4.3 显示电路4.4 报警系统五、软件系统的方案设计.5.1 软件设计主程序流程图.5.2 A/D转换程序流程图.5.3 显示模块流程图.5.4 报警系统流程图.六、总结七、 参考文献一、绪论随着计算机的发展，产业自动化水平的进步，在油田系统中逐渐使用智能仪表来计量油井的出油量，计量仪表精确度的高低，直接影响着企业的经济效益，。那么在

6、我国现有经济水平下，使用单片机开发的智能流量显示仪，具有计量精度高、功耗低、稳定可靠、成本低等特点，作为二次开发仪表是非常适用的。该仪表计量精确，性价比极高，不仅适于油量计算，还广泛适用于很多气体、液体等计量场合。流量显示仪表的发展经过了机械运算记录图表示，模拟运算机械计数式，简单逻辑运算数显示和微处理器运算及多功能数字显示四个过程。自从单片机出现后，各种各样的智能流量显示仪不断出现，取代了原有的传统的机械式或者纯模拟、数字电路构成的流量显示仪。智能流量显示仪以单片机为核心可以进行各种流量计算、累加、显示等功能。二、设计总体方案2.1设计内容根据系统的设计要求，当流量传感器把所测得的流量发送到

7、AT89C51单片机上，经AT89C51处理，将把流量在显示电路上显示。当开机后，显示屏和计时器进行初始化设置。同时，本系统能够设置报警流量，在到达报警时间后能够通过LED发光二极管以及发音器提示报警。 利用AT89C51芯片控制流量传感器进行实时流量检测并显示，能够实现快速测量流量。系统框图如下图：图1 基于AT89S52的流量测控系统2.2设计要求设计的主要功能和指标如下：（1）输入信号：mVV级脉冲信号01000Hz（2）输出信号：a.累计流量显示。采用八位浮点形式，开始显示小数点后五位：0.00000m3；最后显示小数点后三位：0000.000m3。b.瞬时流量显示。采用四位浮点形式，

8、开始显示小数点后两位：00.00m3；最后显示小数点一位：000.0m3。（3）流量修正范围：在全流程范围内8段进行补偿修正。（4）设累计流量值补偿系数位：最多8位整数。三、硬件系统的方案设计3.1 单片机AT89C51AT89C51单片机引脚图如下：图2 AT89C51芯片引脚3.2 1602LCD显示屏由于设计中要求显示测试流量，因此显示屏首先要能够一次性容纳这些字符。工作电压不能太高，与单片机的连接方式需要简单，显示准确。本设计中采用的是1602型LCD液晶屏能够很好的满足这些要求。 此液晶属于工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。LCD液晶显示器是一种低压、微功耗的显示器

9、件，只要23伏就可以工作，工作电流仅为几微安，是任何显示器无法比拟的，同时可以显示大量信息，除数字外，还可以显示文字、曲线，比传统的数码LED显示器显示的界面有了质的提高。在仪表和低功耗应用系统中得到了广泛的应用。 1602拥有很多出色的优点： (1) 显示质量高，由于液晶显示器的每一个点收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光，因此液晶显示器的画质高而且不会闪烁。 (2) 数字式接口，液晶显示器都是数字式的，和单片机的接口简单操作也很方便。 (3) 功率消耗小，相比而言液晶显示器的主要功耗在内部电极和驱动IC上，因而耗电量比其他器件要小很多。3.3 AD模数转换芯片ADC0809 模拟信号

10、采集需要用到模数转换器，而ADC0809具有较高的转换速度和精度，分辨率为8位，且受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功耗较低，且具有8路模拟信号采集，模数转换器ADC0809个引脚功能如下：IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ALE：地址锁存允许信号，当高电平有效时，允许C,B,A所示的通道被选中，并把该通道的模拟信号接入A/D转换器。START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。EOC： A

11、/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基准电压。Vcc：电源，单一+5V。GND：接地端。图3 ADC0809芯片引脚实际画图时由于PROTEUS中没有ADC0809，因此用ADC0808代替。ADC0808和ADC0809的使用接发相同，只是ADC0809的转换误差为1位，ADC0808为5位而已。 ADC0809是由单一电源，+5V供电，模拟

12、电压的输入范围为0-5V，故本设计允许输入的模拟电压最大值为5V。该电路模块的工作过程：第22脚ALE为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；6脚ATART为测试控制，当输入一个2us宽高电平时，就开始A/D转换；7脚EOC为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平；9脚ENABLE为A/D转换数据输出允许控制，当ENABLE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出；可读出数据。ADC0809的转换速度取决于芯片的时钟频率，要求时钟频率范围为：10-1280KHZ,在本设计中我们采用了由单片机ALE脚的六分频晶振信号再通过14024二分频得到，故ADC0809的工作频

13、率为1MHZ,转换时间为1us。ADC0809与MCS-51单片机的连接主要涉及两个问题。一是8路模拟信号通道的选择，二是A/D转换完成后转换数据的传送。转换数据的传送有定时传送方式、查询方式、中断方式这三种方式。A、B、C的值与被选择的通道之间的关系如下表11所示：表11 通道选择表CBA被选择通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7四、模块设计4.1 晶振电路与复位电路晶振电路和复位电路与单片机连接构成最小系统电路，如何选取合适的引脚，选取何种连接方式都至关重要。在晶振电路中，主要用到了AT89C51DE的XTAL1和XTAL2两

14、个引脚。 （1）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 （2）XTAL2：来自反向振荡器的输出。 在晶振电路中，AT89C51具有两种晶振方式，一种是片内时钟振荡方式，但需要在引脚外接石英晶体和振荡电容，振荡电容的值一般取10-30pf。另一种是外部时钟方式，即将XTAL1接外部时钟，XTAL2脚悬空。本设计的晶振电路如图4所示。图4 晶振电路单片机的晶振频率采用11.0592MHZ，外加两个30pF电容。 XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，外接石英晶体和振荡电容，构成了片内时钟振荡方式。而振荡周期指的就是单片机外接石英晶体振荡器的周期。当时钟起振后，产生

15、一定的频率的时钟信号，单片机的CPU在时钟信号的控制下能一步一步完成自己的工H 电容C1和C2主要用于校正波形，振荡器的作用主要是产生时钟振荡。而整个电路的作用则是为了产生自激振荡。对于复位电路，AT89C51有两种复位方式，分别是上点复位和按键复位。本设计采用的是按键复位，即利用一个复位电容和按键的组合使得复位变得更加直接和简单。 引脚RST作用是复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。在按下按键后，系统自动复位，十分方便。在复位电路中添加按键主要是为了能够使得复位更加方便，电容主要是在复位后进行充电，而上拉电阻起到限流的作用，保护了电路。本设计的复位电路如图5

16、所示。图5 复位电路4.2 单片机与A/D接口 MCS-51和ADC接口必须弄清和处理好三个问题：（1）要给START线送一个100ns宽的启动正脉冲；（2）获取EOC线上的状态信息，因为它是A/D转换的结束标志；（3）要给“三态输出锁存器”分配一个端口地址，也就是给OE线上送一个地址译码器输出信号。MCS-51和ADC接口通常可以采用查询和中断两种方式。A/D接口电路如图6所示：图6 A/D接口电路 4.3 显示电路液晶显示器是一种将液晶显示器件,连接器件,集成电路,PCB线路板,背光源,结构器件装配在一起的组件。在显示电路中，VSS接地，VDD接5V正电源，VEE为液晶显示器对比度调整端，

17、接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，为了获得最佳对比度，VEE接地。RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。RS和R/W选用不同的高低电平，将影响寄存器的选择。 表2 寄存器选择控制表由于液晶显示器的功能是显示各字符，所以RS置高电平，R/W接地。8位双向数据线D0-D7与双向I/O口相连。下图为液晶显示电路图：图7 液晶显示电路图4.4 报警系统 报警电路中加一PNP三极管驱动，基极接单片机P3.4口，当端口变成低电平时，驱动三极管导通，可使蜂鸣器发声、报警发光二极管亮，如图8所示。图8 报警电路五、软件系统的方案设计5.1 软件设计主程序流程图主程序流程图如下：图9 主程序流程图5.2 A/D转换程序流程图 A/D转换流程图如下：图10 A/D转换流程图5.3 显示模块流程图显示流程图如下：图11 显示流程图5.4 报警程序流程图报警系统流程图：图12 报警系统流程图六、总结通过本次设计实验，我的知识层面