单片机的智能多用表设计
摘 要智能多用表控制系统指的是以单片机芯片作为控制器并结合ADC0832模数转换器以及DS18B20温度传感器等其他功能模块驱动的自动控制系统，实现了对电压电流以及温度等参数检测等功能的电子系统。在硬件系统上使用了目前在大学教学和市场上最受欢迎的51单片机作为控制器芯片，在软件上通过C语言编写了程序代码，并通过Keil软件环境进行了程序代码的优化和编译。在硬件系统和软件系统都设计完毕后，对这款控制系统进行了大量的测试和优化，在测试过程中系统表现出了非常高的稳定性和使用价值，非常适合进行大量生产并逐步取代相关产品。
目录
目录 4
一、 引言 1
（一） 智能多用表检测的研究背景及意义 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） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51处理器简介 3
（三） LCD1602液晶显示器介绍 4
（四） 温度传感器简介 4
（五） ADC0832模数转换器芯片简介 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能多用表系统的系统原理框图 7
（二） 51单片机最小系统 7
1.时钟电路 7
2.复位电路 8
（三） 液晶显示器电路设计 8
（四） 温度传感器电路设计 9
（五） 直流电压采集电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 智能多用表系统的软件工作流程设计 11
（二） 液晶显示器工作流程设计 12
（三） 温度传感器工作流程设计 13
1.复位操作 13
2.读数据操作 13
3.写数据操作 14
（四） 直流电压采集流程设计 14
五、 Proteus软件仿真 16
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
引言
智能多用表检测的研究背景及意义<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
br /> 智能多用表中电压检测技术是伴随着半导体技术的出现和发展而实现的，这种技术能够实现模拟电压值得快速测量并通过特定方式进行显示，并伴有一定的报警信号等常见功能，目前电压检测技术已经形成了模拟电路检测以及数字电路检测两种大类，其中模拟电路检测具有检测速度快、响应时间短以及功耗低等显著特点，而数字电路检测具有检测清晰度高以及显示效果好等特点。目前电子式电压表的测量前端有两种主要方式，第一种是通过模拟电路来实现，将待测电压信号通过前端的衰减、放大、滤波、波形整形以及比较等处理，能够在很短的响应时间下快速得到测量数据，将测量数据传送到后端的数字处理模块进行显示以及报警等操作；第二种方法是通过高清晰度或者高速的A/D（模数转换器）来对待测电压进行采集，接着转换成数字信号，接着将信号传送芯片内，通过对采集结果进行解码、显示以及报警等处理，这种纯数字式的电压检测相比模拟电路检测来说，响应时间较长并且系统的整体功耗高，然而近些年随着模数转换技术的不断发展，纯数字式电压检测系统也在不断的得到发展和普及。
国内外发展现状
目前国内外对于电压检测技术都有着广泛的研究，虽然对于直流电压以及低频信号电压已经有了非常完善的测量方法，但是对于高频以及甚高频的测量方法还不能得到普及，尽管ADI以及TI公司等都有推出其独特并且能够对射频信号电压进行检测的集成芯片，但是这些芯片的成本较为昂贵，还不能够实现在电压表中的普及，因此目前国内外的科研小组以及研究所对于高频电压的检测仍在不断地进行攻坚克难。目前国内外对于电压测量技术的实现上，所取得的现状主要表现在能够实现较高位数的测量结果，六位半的电压表造价已经大幅度降低，国外先进的电压表已经能够达到八位。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能多用表控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，首先通过到图书馆以及互联网查阅资料对智能多用表控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；再确定了智能多用表控制系统可以由51单片机控制，接着，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；接着是智能多用表控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；最后是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下列为本课题将要实现的功能指标。
1）设计复位电路和时钟电路，将这两者与51单片机进行连接构建AT89C51单片机最小系统电路，实现对模数转换器、温度传感器以及液晶屏等模块的驱动；
2）设计液晶屏电路，通过51单片机对液晶屏进行驱动，实现电压值以及温度等参数的显示；
3）设计ADC0832模数转换器电路，通过模数转换器实现对电压值的检测，并将电压值转换为数字信号，送入单片机进行处理和显示，直流电压的测量范围为0~5V；
4）能够实现对周围环境的温度实时检测，检测范围为0~100摄氏度。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机具有4Kb大小的内部FLASH和128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，这款单片机轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是AT89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。
图1 MSP430单片机
综合上面对AT89C51单片机和MSP430单片机的描述和对比，可以发现两款单片机的特点差异非常明显，很容易作出决定，其中51单片机内部资源丰富，成本低廉，然而处理速度较慢；而MSP430单片机内部资源更加丰富，处理速度较高，然而其开发成本是51单片机的数十倍，而本系统对于处理速度没有较高的要求，因此本文选用AT89C51单片机作为系统的核心。
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一、 引言 1
（一） 智能多用表检测的研究背景及意义 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） 主控单片机的对比与选择 3
（二） AT89C51处理器简介 3
（三） LCD1602液晶显示器介绍 4
（四） 温度传感器简介 4
（五） ADC0832模数转换器芯片简介 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 智能多用表系统的系统原理框图 7
（二） 51单片机最小系统 7
1.时钟电路 7
2.复位电路 8
（三） 液晶显示器电路设计 8
（四） 温度传感器电路设计 9
（五） 直流电压采集电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 智能多用表系统的软件工作流程设计 11
（二） 液晶显示器工作流程设计 12
（三） 温度传感器工作流程设计 13
1.复位操作 13
2.读数据操作 13
3.写数据操作 14
（四） 直流电压采集流程设计 14
五、 Proteus软件仿真 16
总 结 19
参考文献 20
致 谢 21
附录一 原理图 22
引言
智能多用表检测的研究背景及意义<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
br /> 智能多用表中电压检测技术是伴随着半导体技术的出现和发展而实现的，这种技术能够实现模拟电压值得快速测量并通过特定方式进行显示，并伴有一定的报警信号等常见功能，目前电压检测技术已经形成了模拟电路检测以及数字电路检测两种大类，其中模拟电路检测具有检测速度快、响应时间短以及功耗低等显著特点，而数字电路检测具有检测清晰度高以及显示效果好等特点。目前电子式电压表的测量前端有两种主要方式，第一种是通过模拟电路来实现，将待测电压信号通过前端的衰减、放大、滤波、波形整形以及比较等处理，能够在很短的响应时间下快速得到测量数据，将测量数据传送到后端的数字处理模块进行显示以及报警等操作；第二种方法是通过高清晰度或者高速的A/D（模数转换器）来对待测电压进行采集，接着转换成数字信号，接着将信号传送芯片内，通过对采集结果进行解码、显示以及报警等处理，这种纯数字式的电压检测相比模拟电路检测来说，响应时间较长并且系统的整体功耗高，然而近些年随着模数转换技术的不断发展，纯数字式电压检测系统也在不断的得到发展和普及。
国内外发展现状
目前国内外对于电压检测技术都有着广泛的研究，虽然对于直流电压以及低频信号电压已经有了非常完善的测量方法，但是对于高频以及甚高频的测量方法还不能得到普及，尽管ADI以及TI公司等都有推出其独特并且能够对射频信号电压进行检测的集成芯片，但是这些芯片的成本较为昂贵，还不能够实现在电压表中的普及，因此目前国内外的科研小组以及研究所对于高频电压的检测仍在不断地进行攻坚克难。目前国内外对于电压测量技术的实现上，所取得的现状主要表现在能够实现较高位数的测量结果，六位半的电压表造价已经大幅度降低，国外先进的电压表已经能够达到八位。
本文主要研究内容
本文提出了采用8位型51单片机作为主控核心的智能多用表控制系统，通过将这种性价比超高并且带有高稳定性性能的芯片嵌入到这种系统中，能够大幅度地降低目前市场上相关产品的生产成本，并且在很大程度上改进了相关产品所存在的普遍缺点。在论文的结构安排上，首先通过到图书馆以及互联网查阅资料对智能多用表控制系统的发展背景进行了简要的阐述，并对目前国内外相关院校、企业或者兴趣小组的研究成果进行了调查与对比，从而分析出他们的研究现状；再确定了智能多用表控制系统可以由51单片机控制，接着，通过查阅大量资料，选择出了单片机外围模块所要使用的型号，并对其性能特点进行了简要介绍；接着是智能多用表控制系统的硬件设计章节，在这一部分，笔者将详细描述控制系统的硬件结构以及各个模块电路的设计过程；最后是软件设计章节，在这一部分，笔者将通过流程图形式对程序的设计过程进行详细的分析，下列为本课题将要实现的功能指标。
1）设计复位电路和时钟电路，将这两者与51单片机进行连接构建AT89C51单片机最小系统电路，实现对模数转换器、温度传感器以及液晶屏等模块的驱动；
2）设计液晶屏电路，通过51单片机对液晶屏进行驱动，实现电压值以及温度等参数的显示；
3）设计ADC0832模数转换器电路，通过模数转换器实现对电压值的检测，并将电压值转换为数字信号，送入单片机进行处理和显示，直流电压的测量范围为0~5V；
4）能够实现对周围环境的温度实时检测，检测范围为0~100摄氏度。
方案选择及元器件介绍
主控单片机的对比与选择
在进行系统的硬件和软件系统设计之前，首先要对系统所使用的主控单片机进行选取，在选取时主要应该对单片机的内部资源丰富度、成本高低、开发语言、使用熟练程度以及能够胜任本系统的功能指标等方面进行考核，经过三年的大学学习，我主要从以下两款单片机中进行对比和最终选取，第一是ATMEL公司生产的AT89C51单片机，第二个是德州仪器公司生产的MSP430系列单片机。
第一个方案是AT89C51单片机，该单片机具有4Kb大小的内部FLASH和128字节的RAM，虽然ROM和RAM的存储容量不是很大，但是足够应用于一些中小型单片机系统中，此外AT89C51能够通过琦20根地址线对外部扩展的存储器进行寻址，这使得它也经常出现在一些大型系统中。
第二个方案是选用德州仪器的MSP430系列单片机，这款单片机轻松实现40M以上的主频速度，该处理速度是AT89C51单片机的近五倍，在做一些数字信号处理上，中高端430单片机将是不错的选择。
图1 MSP430单片机
综合上面对AT89C51单片机和MSP430单片机的描述和对比，可以发现两款单片机的特点差异非常明显，很容易作出决定，其中51单片机内部资源丰富，成本低廉，然而处理速度较慢；而MSP430单片机内部资源更加丰富，处理速度较高，然而其开发成本是51单片机的数十倍，而本系统对于处理速度没有较高的要求，因此本文选用AT89C51单片机作为系统的核心。
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