单片机的智能多用表设计毕业
本文主要围绕“智能多用表控制系统”进行了比较详细的介绍，不仅对这种系统的起源发展背景以及国内外的研究现状做了综合分析，更在此基础上制定了本文的设计目标。笔者选用了目前单片机市场上最畅销的AT89C51单片机作为主要控制器芯片，并结合了其他必要的功能芯片，设计出了一款能够实现对电压电流以及温度等参数检测等功能的智能多用表控制系统，该系统不仅在硬件上突破了目前相关产品的成本消耗，更将硬件系统结构简化到最精，大幅度地降低了电能消耗、提高了待机时长，另外由于采用了普及程度较为广泛的C语言进行了程序代码的设计和开发，因此大大减少了软件系统的设计周期。本文最终通过Proteus软件对所设计的系统进行了全面的仿真，对各种能指标进行了检验，检验结果显示系统的各项性能完全达标。
目录
一、 引言 1
（一） 多用表控制系统发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 4
（三） ADC0832采样芯片简介 4
（四） 温度传感器简介 5
（五） LCD1602字符点阵介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能多用表系统的硬件结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
1. 时钟电路设计 8
2. 复位电路设计 8
（三） AD采样芯片电路设计 9
（四） 温度传感器电路设计 9
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 智能多用表系统的主程序流程图设计 12
（二） AD转换工作流程设计 13
1. 启动指令 13
2. 通道选择指令 13
3. 读取指令 14
（三） 温度传感器工作流程设计 14
1. 复位操作 14
2. 读数据操作 15
3. 写数据操作 15
（四） LCD1602字符点阵屏幕驱
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
动流程设计 16
五、 Proteus软件仿真 16
（一） 仿真原理图绘制 17
（二） 启动仿真系统 17
（三） 显示检测结果 18
总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 25
附录三 程序 26
引言
多用表控制系统发展背景
本课题将在大学期间所学知识的基础删对智能多用表控制系统进行研究，所谓的智能多用表是在传统万用表的基础上添加上温度检测、电容检测、电感检测、磁场检测等复杂功能。传统的万用表大多数采用数字芯片进行控制，通过计数器芯片、译码器芯片以及功能各异的门电路芯片等，通过芯片之间的有效连接，实现对电压量、电流量以及其他常见参数的显示，并且在显示方面只能够通过显示能力较低的数码管对各项参数进行显示，使用体验感无法与现在的智能万用表进行相比。智能多用表控制系统是在单片机技术飞速发展并且趋向成熟后的一个产物，它的出现大大方便了实验人员以及学校学生的实验过程，在测量精准度以及使用步骤上都得到了大大的提高，由于传统万用表头采用机械式表头作为参数检测的最根本依照，而机械式表头非常容易受到损坏并且维修过程十分复杂，一旦出现故障将带了极大的测量误差，并且有时候一些误差不易被使用人员发现，因此常常将误差引入到整个实验过程，给实验结果带来极大的干扰，这些弊端都是传统万用表所无法避免的，而在以单片机作为主控的智能多用表出现后，使用人员在智能万用表的辅助下，往往能够简化实验过程并且得到经过精准度的实验结果。
本课题将选用大学期间所学的C51单片机作为主控器件，结合模拟电路、数字电路、PCB设计等专业课程学到的知识，通过方案制定、硬件系统设计、软件系统设计以及Proteus仿真等过程，设计一款智能多用表控制系统，实现对大学期间所学知识的总结以及展示。
国内外发展现状
目前国内外对于智能多用表控制系统的研究重点主要放在其主控器件以及AD采样器件的性能上，首先32位单片机的高速处理性能以及较低的功耗是手持多用表主控芯片的首选，另外高精度的模数转换器芯片能够带来更高的参数测量精度，这是智能万用表设计人员的首要考虑对象。国内外目前最高性能的多用表能够实现8位半的电压测量精度，该测量精度提高了高端科研领域的前进。
本文主要研究内容
在对智能多用表控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对智能多用表控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图，下列为本课题将要实现的功能指标。
选用AT89C51芯片作为主控单片机，通过复位电路以及时钟电路的搭建，构建51单片机最小系统，实现对片外的ADC0832模数转换器、DS18B20温度传感器以及LCD1602液晶屏等功能模块的驱动；
能够实现电流电压采集和显示功能，通过配置模数转换电路，实现对模拟电压电流值的采集，并将其转换为数字信号传送给51单片机；
配置LCD1602液晶屏电路，通过并行总线实现对该屏幕的驱动，实现对开机画面、电压测量结果以及温度测量结果的显示；
配置DS18B20温度传感器电路，通过单总线对该器件进行驱动，实现对周围环境的温度检测。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
目录
一、 引言 1
（一） 多用表控制系统发展背景 1
（二） 国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 1
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 常用单片机的比较与选择 3
（二） AT89C51单片机介绍 4
（三） ADC0832采样芯片简介 4
（四） 温度传感器简介 5
（五） LCD1602字符点阵介绍 6
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能多用表系统的硬件结构框图设计 7
（二） 最小系统设计 7
1. 时钟电路设计 8
2. 复位电路设计 8
（三） AD采样芯片电路设计 9
（四） 温度传感器电路设计 9
（五） LCD1602字符点阵屏幕电路设计 10
四、 软件系统设计 11
（一） 智能多用表系统的主程序流程图设计 12
（二） AD转换工作流程设计 13
1. 启动指令 13
2. 通道选择指令 13
3. 读取指令 14
（三） 温度传感器工作流程设计 14
1. 复位操作 14
2. 读数据操作 15
3. 写数据操作 15
（四） LCD1602字符点阵屏幕驱
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
动流程设计 16
五、 Proteus软件仿真 16
（一） 仿真原理图绘制 17
（二） 启动仿真系统 17
（三） 显示检测结果 18
总结 21
参考文献 22
致谢 23
附录一 原理图 24
附录二 元件列表 25
附录三 程序 26
引言
多用表控制系统发展背景
本课题将在大学期间所学知识的基础删对智能多用表控制系统进行研究，所谓的智能多用表是在传统万用表的基础上添加上温度检测、电容检测、电感检测、磁场检测等复杂功能。传统的万用表大多数采用数字芯片进行控制，通过计数器芯片、译码器芯片以及功能各异的门电路芯片等，通过芯片之间的有效连接，实现对电压量、电流量以及其他常见参数的显示，并且在显示方面只能够通过显示能力较低的数码管对各项参数进行显示，使用体验感无法与现在的智能万用表进行相比。智能多用表控制系统是在单片机技术飞速发展并且趋向成熟后的一个产物，它的出现大大方便了实验人员以及学校学生的实验过程，在测量精准度以及使用步骤上都得到了大大的提高，由于传统万用表头采用机械式表头作为参数检测的最根本依照，而机械式表头非常容易受到损坏并且维修过程十分复杂，一旦出现故障将带了极大的测量误差，并且有时候一些误差不易被使用人员发现，因此常常将误差引入到整个实验过程，给实验结果带来极大的干扰，这些弊端都是传统万用表所无法避免的，而在以单片机作为主控的智能多用表出现后，使用人员在智能万用表的辅助下，往往能够简化实验过程并且得到经过精准度的实验结果。
本课题将选用大学期间所学的C51单片机作为主控器件，结合模拟电路、数字电路、PCB设计等专业课程学到的知识，通过方案制定、硬件系统设计、软件系统设计以及Proteus仿真等过程，设计一款智能多用表控制系统，实现对大学期间所学知识的总结以及展示。
国内外发展现状
目前国内外对于智能多用表控制系统的研究重点主要放在其主控器件以及AD采样器件的性能上，首先32位单片机的高速处理性能以及较低的功耗是手持多用表主控芯片的首选，另外高精度的模数转换器芯片能够带来更高的参数测量精度，这是智能万用表设计人员的首要考虑对象。国内外目前最高性能的多用表能够实现8位半的电压测量精度，该测量精度提高了高端科研领域的前进。
本文主要研究内容
在对智能多用表控制系统的发展背景以及国内外的研究现状进行了简要的介绍后，下面对本文的结构安排进行阐述，以便于更加清晰的对本系统的设计过程进行展现。论文的第一章是引言章节，该章节主要对智能多用表控制系统的发展背景等进行了介绍，并通过对设计现状的对比确立了本系统的设计目标；在接下来的第二章，将对系统的总体设计方案进行设计，包括对几种常用控制器的对比，并对所要使用的元器件进行了简要介绍；在对主控器件以及外围元器件进行确立后，文章第三章将对硬件系统进行设计，通过Altium designer绘制了相关模块的电路原理图从而进行设计思路的讲解；硬件系统设计完毕后，第四章开始对系统的软件部分进行设计，并通过Visio软件绘制了相应的软件流程图，下列为本课题将要实现的功能指标。
选用AT89C51芯片作为主控单片机，通过复位电路以及时钟电路的搭建，构建51单片机最小系统，实现对片外的ADC0832模数转换器、DS18B20温度传感器以及LCD1602液晶屏等功能模块的驱动；
能够实现电流电压采集和显示功能，通过配置模数转换电路，实现对模拟电压电流值的采集，并将其转换为数字信号传送给51单片机；
配置LCD1602液晶屏电路，通过并行总线实现对该屏幕的驱动，实现对开机画面、电压测量结果以及温度测量结果的显示；
配置DS18B20温度传感器电路，通过单总线对该器件进行驱动，实现对周围环境的温度检测。
方案选择及元器件介绍
常用单片机的比较与选择
本文结合了自身当前的知识掌握情况以及对于单片机的学习经历，最终制订了两个单片机的待选方案。
第一个方案是选用ATMEL公司的AT89C51单片机，C51单片机的数据处理宽度为八位，如果采用该单片机作为本次毕业设计的主控单片机，那么将能够带来极高的性价比，目前AT89C51单片机的平均价格为2RMB左右，作为系统的主控核心，成本能够控制在如此之低的水平，那么能够大大地提高控制系统的性价比。另外大学三年中对于AT89C51单片机的学习过程中，对其内部21个寄存器的配置以及使用已经有了很充分的经验和操作经历，因此如果使用AT89C51单片机，那么将能够给本次的毕业设计的成功带来足够的保障性。在电路构建方面以及PCB布局方面，由于AT89C51单片机体积较大，40个管脚全部采用直插形式，没有任何贴片引脚，因此对于PCB的布局以及焊接工作，能够大大降低设计难度，并且也能够在一定程度上增强系统的稳定性。
第二个方案时选用ATMEL公司的AVR单片机，所谓的AVR单片机指的是一种经过技术改进的并且采用RISC指令结构的单片机，其名称AVR的由来——该单片机是由ATMEL公司的A和V两位员工（A和V是他们名字的首字母）共同设计出来的，在51单片机的基础上，去除51单片机的复杂指令结构，而采用RISC指令结构，因此去RISC的首字母R，将A、V和R三个字母相连，这就是AVR单片机名称的由来。AVR单片机在一定意义上来讲，是51单片机的一种改进品，因为随着单片机技术的飞速发展，一开始设计人员威乐增强51单片机的稳定性，因此将外部输入的时钟频率经过多次分频，使得51单片机的主频变得非常小，通过牺牲主频的方式来保证单片机的稳定性。而AVR单片机经过了内部结构的改进，使得单片机不用经过大幅度分频，就可在较高速的主频频率下就能够稳定的工作，因此AVR单片机的运行速度相对来说比51单片机要高。AVR单片机的管脚封装形式与51单片机相同，同样能够大大有利于系统电路以及PCB布局的设计。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1223.html
