基于单片机的智能仪器综合设计实验

基于单片机的智能仪器综合设计实验1.实验目的在实验一~实验三的基础上，完成综合设计实验，学会信号采集、数据处理、键盘控制、LCD显示等功能的智能仪器设计。

2.实验内容利用K分度号热电偶进行温度检测，测温范围为0-1200ºC，室温为25ºC，按键选择室温和被测温度的显示，用LCD显示。

具有8路温度信号循环检测功能，通道切换时间可调；具有任意指定通道显示功能。

（选作）具有北京时间显示、修改功能。

（选作）3.主要仪器设备PC机；单片机实验板、连接导线、ST7920图形液晶模块Keil c51软件4.设计思想该实验主要完成北京时间显示与修改,数据采集通道显示与修改,室温显示与设定,采集结果显示。

4.1 硬件设计4.1.1 最小系统设计该实验中的最小系统模块中包括CPU、复位电路和晶振，其最小系统原理图如图4.1.1所示432EA /VP 31X 119X 218R ESE T 9R D 17W R 16INT 012INT 113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PS EN29A LE/P 30TX D 11R XD 10U 58051A HR 2R ES2C 3C APV CCR 1R ES2S0SW S PSTC 2C APC 1C APY 1C RY ST ALP00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27P10P11P12P13P14P15P16P17P30P31P32P33P34P35P36P37A LE PS ENV CC X 1X 2R ESE T图4.1.1 CPU 时钟与复位电路图4.1.2 4*4非编码键盘电路本次设计中采用的4*4的非编码键盘。

矩阵式非编码键盘的电路原理图如图4.1.2所示。

当没有键按下时，行线和列线之间是不相连。

若第N 行第M 列的键被按下，那么第N 行与第M 列的线就被接通。

如果在行线上加上信号，根据列线的状态，便可得知是否有键按下。

如果在行线上逐行加上一个扫描信号（本实验中用的低电平），就可以判断按键的位置。

常用的按键识别有两种方法：一种是传统的行扫描法；另一种是速度较快的线反转法，这种方法必须采用可编程并行接口。

本实验中采用的是行扫描法进行识键。

paizu123456789pai1VCCC 1P00P01P02P03P04P05P06P07S1S2S3S13S4S5S6S14S7S8S9S15S10S11S12S16P00P01P02P03P04P05P06P07图4.1.2 矩阵键盘原理图4.1.3 LCD 显示电路本设计采用ST7920控制器的LCD 液晶显示器，其具有低电压，字迹清晰、能够显示汉字和字符等特点，且编程方便，易于查看、修改。

本实验中主要用到了VSS 、VDD 、RS 、RW 、CS 引脚。

ST7920液晶显示器与MCU 接口电路原理图如图4.1.3所示。

V S S1V D D 2V 03R S 4R W 5C S 6D B 07D B 18D B 29D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714P S B 15N C 16R S T17N C 18B L A19B L K 20U 2LC DV CCR 210K15uV CCP27P26P25图4.1.3 LCD 显示电路原理图4.1.4 AD 采集电路本设计采用ADC0809为电压采集转换芯片。

ADC0809是一种8位逐次比较型A/D 转换器，转换时间为100us ，输入电压范围为0~5V ，片内有8通道模拟开关，可接入8个模拟量输入。

芯片内有输出数据锁存器，输出的数字量可直接与连接n.d d b图4.2.1 主程序流程图4.2.2 数据采集部分当主函数调用该函数时，感函数首先选择通道号，然后启动ADC0809，对指定通道数据采集10次，并将转换后的结果存储在全局变量table数组中供后续程序处理。

其流程图如图4.2.2所示。

图4.2.2 数据采集函数流程图该函数要实现去掉采集结果的最大值和最小值，并将采集结果转换为标准电压。

所以该函数首先采用冒泡排序法对全局变量table数组进行排序，然后去掉两个最值，求取剩余项的平均值，最后将结果转换为标准电压值。

其流程图如图4.2.3所示。

准备table数组排序table数组中间8个数求和转换为标准电压值返回图4.2.3 滤波函数流程图4.2.4 查表部分该函数主要采用了对半查表法进行程序编写。

K分度表中0～1200°C范围的121个电压值（每隔10°C对应一个电压值）都放大1000倍变成整数，构成一张表存放在程序存储器中备查。

该函数主要对全局变量进行操作，将所得结果赋值给全局变量fhwd供后续操作。

其流程图如图4.2.4所示。

图4.2.4 查表函数流程图该函数主要被定时器调用。

此函数主要用行扫描法先将行拉低，再读取值，若读回的值与输出值不一致则表示有键按下，再根据读回的值判断具体按键，返回该按键的值。

流程图如图4.2.5所示。

图4.2.5 按键扫描函数流程图4.2.6 中断部分该函数主要用于整个程序中的定时，并在其中调用按键函数，以达到实时采集按键信息的目的。

可以通过按键实时修改北京时间、室内温度和通道选择。

因为该函数中代码较长，所以选择50ms定时中断一次。

当中断次数达到20次时，秒计数自增一，修改时间更新标志。

当秒变量等于60时，秒变量清零，分变量自增一，以此递推关系类推。

当时变量等于24时，分、秒、时变量均清零，重新计数。

其流程图如图4.2.6所示。

图4.2.6 中断函数流程图4.2.7 显示部分该函数主要在主函数中被调用。

当刷新标志位变化时，就调用该函数刷新显示。

该函数主要执行步骤为送显示命令，然后送待显示字符，最后刷新显示。

其流程图如图4.2.7所示。

图4.2.7显示程序流程图4.2.8 延时部分该函数主要用于数据采集过程中的延时。

该函数是用C语言编写，为非精确定时。

主要通过两个嵌套for循环达到延时的目的。

其流程图如图4.2.8所示。

图4.2.8 延时函数流程图5.调试该函数的调试过程遇到不少麻烦。

可能因为代码太长，自己思路不是很清晰所致。

最终该程序代码能够实现数据采集，北京时间显示，室温显示，通道号显示，采集结果显示。

但按键修改部分功能没有调试成功，如果要修改室温或者数据采集通道号只有通过修改程序来达到目的。

单个调试按键函数没问题，如果让LCD显示按键返回值，可以在LCD上看到准确的结果，但如果是在定时器中用按键返回值去修改一些功能便出现了“没按键按下”的奇怪现象。

最初怀疑是定时时间太短，而定时器中代码太长，加长定时时间后没见效果。

现在我想是按键消抖部分出了问题。

消抖所花时间太长。

当消抖时间过的时候按键已经弹起，没有按键按下信息了。

6.参考文献[1].《智能仪器》程德福林君北京机械工业出版社2009.8[2].《51单片机基础综合实验板实验指导书》李家庆2009.2附录一:硬件原理图654321D C BAEA /VP31X 119X 218R ESE T9R D 17W R 16INT 012INT 113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PS EN29A LE/P 30TX D 11R XD 10U 58051A HR 2R ES2C 3C APV CC R 1R ES2S0SW S PSTC 2C APC 1C AP Y 1C RY ST AL IN-026msb2-1212-220IN-1272-3192-418IN-2282-582-615IN-312-714lsb2-817IN-42EO C7IN-53A DD -A 25IN-64A DD -B 24A DD -C23IN-75A LE22ref(-)16EN A BL E 9ST AR T 6ref(+)12C LO CK10U 4A DC 080912345678J23C ON 8X 1A N ORX 1B N OR ST AR TO EC LKC LK3D2SD 4C D1Q 5Q6U 7A74LS74C LK3D 2SD 4C D1Q 5Q6U 8A 74LS74C LK2C LK1ALEC LKC LK2V CCC LK1P00P01P02P03P04P05P06P07P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27P10P11P12P13P14P15P16P17P30P31P32P33P34P35P36P37A LE PS ENV CC X 1X 2R ESE T P27P26P25O E ST AR T V CC P36P37V SS 1V DD 2V 03R S 4R W 5C S 6D B07D B18D B29D B310D B411D B512D B613D B714PS B 15N C 16R ST 17N C 18B LA 19B LK 20U 2LC DV CCR 210K15uV CCP27P26P25p a i z u123456789pai1V CCC 1P00P01P02P03P04P05P06P07S1S2S3S13S4S5S6S14S7S8S9S15S10S11S12S16P00P01P02P03P04P05P06P07附录二:源程序代码#include "reg51.h"#include "math.h"#define THCO 0x3c#define TLCO 0xb0#define Keyscan P1#define rowkey() (~P1)&0x0f //读入P1低4位（列按键值）宏unsigned int code K_TAB[121]={ 0,397,798,1203,1611,2022,2436,2850,32 66,3681,4095,4508,4919,5327,5733,6137,653 9,6939,7338,7737,8137,8537,8938,9341,9745, 10151,10560,10969,11381,11793,12207,1262 3,13039,13456,13874,14292,14712,15132,155 52,15974,16395,16818,17241,17664,18088,18 513,18938,19363,19788,20214,20640,21066,2 1493,21919,22346,22772,23198,23624,24050, 24476,24902,25327,25751,26176,26599,2702 2,27445,27867,28288,28709,29128,29547,299 65,30383,30799,31214,31629,32042,32455,32 866,33277,33686,34095,34502,34909,35314,3 5718,36121,36524,36925,37325,37724,38122, 38519,38915,39310,39703,40096,40488,4089 7,41296,41657,42045,42432,42817,43202,435 85,43968,44349,44729,45108,45486,45863,46 238,46612,46985,47356,47726,48095,48462,4 8828}; /*0～1200°C范围的K分度表，每隔10°C对应一个电压值*/unsigned int table[10]={255,200,255,250,255,255,255 ,255};unsigned int da=0,max=120,min=0,mid,temp,var,fhwd ;unsigned int sum=0,bcdy,tdflag=1,swflag=1;float u1;unsigned char time[8]={"00:00:00"},flag=0,Returnnum ber = 0,adflag=1;unsigned charH=0,M=0,S=0,sw=25,td=0,shiw,gew,tdz, swz[2],fhwdz[4];unsigned char KeyScanner(void);//按键扫描程序void delay(unsigned int x);//nms延时程序void ad0809(int a);//芯片启动程序void send_command(unsigned char command_data); //发送命令void send_data(unsigned char command_data); //发送数据void InitLCD(void); //液晶初始化void DispHanzi(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,unsigned char *stri); //汉字显示void DispZimu(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,unsigned char *stri);//字母数字都可以显示void ser2 (void);//查表子函数//void lbo(void);//滤波子函数sbit a_c = P2^0;sbit a_b = P2^1;sbit a_a = P2^2;sbit eoc = P2^3;sbit p24 = P2^3;sbit r s = P3^7;sbit w r = P3^6;sbit CS = P2^5; //液晶接口sbit S ID = P2^6;sbit S CLK = P2^7;sbit key = P2^4;void lbo(void){int i,j;for(i=0;i<9;i++)for(j=i+1;j<10;j++){if (table[i]>table[j]){temp=table[i];table[i]=table[j];table[j]=temp;}}for(i=1;i<9;i++){sum+=table[i];}u1=(float)sum/408;}void main(){unsigned char time[8]={"00:00:00"};p24=1;TMOD=0x11; //定时器0初始化TH0=THCO;TL0=TLCO;TR0=1;ET0=1;EA=1;InitLCD();DispHanzi(0,0,4,"当前时间");//第1行0列显示汉字DispZimu(0,4,8,time);DispHanzi(1,0,4,"通道选择");DispHanzi(2,0,4,"室内温度");DispHanzi(3,0,4,"采集结果");while(1){if(adflag==1){ad0809(td);adflag=0;lbo();ser2 ();fhwdz[0]=fhwd/1000+0x30;fhwdz[1]=fhwd%1000/100+0x30;fhwdz[2]=fhwd%100/10+0x30;fhwdz[3]=fhwd%10+0x30;DispZimu(3,5,4,&fhwdz);}if(flag==1){flag=0;time[0]=H/10+0x30;//数字转为ASCCII值进行显示time[1]=H%10+0x30;time[3]=M/10+0x30;time[4]=M%10+0x30;time[6]=S/10+0x30;time[7]=S%10+0x30;DispZimu(0,4,8,time);}if(tdflag==1){adflag=1;tdz=td+0x30;DispZimu(1,5,1,&tdz);tdflag=0;if(swflag==1){adflag=1;shiw=sw/10;gew =sw%10;bcdy=K_TAB[shiw]+(K_TAB[shiw+1]-K_TAB[shiw])/10*(int)gew;swz[0]=shiw+0x30;swz[1]=gew+0x30;swflag=0;DispZimu(2,5,2,&swz);}}}}void InitLCD(void) //液晶初始化{send_command(0x30); //功能设置:一次送8位数据,基本指令集send_command(0x06); //点设定:显示字符/光标从左到右移位,DDRAM地址加1 send_command(0x0c); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动send_command(0x04); //显示设定:开显示,显示光标,当前显示位反白闪动send_command(0x01); //清DDRAMsend_command(0x02); //DDRAM地址归位send_command(0x80); //把显示地址设为0X80，即为第一行的首位}//nms 延时程序void delay(unsigned int x){unsigned char i;while(x-->0)for(i=0;i<125;i++);}//ADC启动程序void ad0809(int a){int i;switch(a) //选择采集通道{case 0: a_a=0;a_b=0;a_c=0;break;case 1: a_a=1;a_b=0;a_c=0;break;case 2: a_a=0;a_b=1;a_c=0;break;case 3: a_a=1;a_b=1;a_c=0;break;case 4: a_a=0;a_b=0;a_c=1;break;case 5: a_a=1;a_b=0;a_c=1;break;case 6: a_a=0;a_b=1;a_c=1;break;case 7: a_a=1;a_b=1;a_c=1;break;}for(i=0;i<10;i++){rs=1; //起动AD0809wr=1;delay(1);wr=0;delay(1);wr=1;while(!eoc); //等待转换结束rs=0; //取出读得的数据table[i]=P0; //送相关通道数组delay(1);}}void send_command(unsigned char command_data) //发送命令{unsigned char i;unsigned char i_data,temp_data1,temp_data2;i_data=0xf8; //操作命令,可以查看资料delay(10);CS=1;SCLK=0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;temp_data1=i_data&0xf0;temp_data2=i_data&0x0f;temp_data1>>=4;temp_data2<<=4;i_data=temp_data1|temp_data2;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}CS=0;}void send_data(unsigned char command_data) //发送数据{unsigned char i;unsigned chari_data,temp_data1,temp_data2;i_data=0xfa; //操作命令,可以查看资料delay(10);CS=1;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}i_data=command_data;temp_data1=i_data&0xf0;temp_data2=i_data&0x0f;temp_data1>>=4;temp_data2<<=4;i_data=temp_data1|temp_data2;i_data&=0xf0;for(i=0;i<8;i++){SID=(bit)(i_data&0x80);SCLK=0;SCLK=1;i_data=i_data<<1;}CS=0;}/* x,y为起始座标x(0<=x<=3),y(0<=y<=7),x为行座标,y为列座标;how为要显示汉字的个数;str是要显示汉字的地址*/void DispHanzi(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,unsigned char *stri)//汉字显示{unsigned char hi=0;if(x==0) send_command(0x80+y);//else if(x==1) send_command(0x90+y);else if(x==2) send_command(0x88+y);else if(x==3) send_command(0x98+y);for(hi=0;hi<how;hi++){send_data(*(stri+hi*2));send_data(*(stri+hi*2+1));}}void DispZimu(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char how,unsigned char *stri)//字母数字都可以显示{unsigned char hi=0;//字母显示if(x==0) send_command(0x80+y);else if(x==1) send_command(0x90+y);else if(x==2) send_command(0x88+y);else if(x==3) send_command(0x98+y);for(hi=0;hi<how;hi++){send_data(*(stri+hi));}}void ser2 (void) //查表子程序{unsigned int j;da=(unsigned int)(u1*10000)+bcdy;//u1扩大10000倍while(1){mid=(max+min)/2;//中心元素位if(K_TAB[mid]==da){var=mid*10;break;} //中心元素等于查表的元素,计算if((max-min)==1) //线形插值计算{j=(K_TAB[max]-K_TAB[min])/10; //表中相邻两值对应温度相j=(da- K_TAB[min])/j;var=10*min+j;fhwd=(unsigned int)var;break;}if(K_TAB[mid]>da)max=mid;elsemin=mid;}}void timer0() interrupt 1{static unsigned char count=0,K_count=0,number = 0 ,shiwei = 0,Mode=0;//MODE, 1：修改小时；2：修改分钟；3：选择通道号；4：设定室温TH0=THCO;TL0=TLCO;count++;if(count==20) //秒计时，定时器定时50ms,计20次为一秒{count=0;S++; flag=1;if(S==60){S=0;M++;adflag=1;if(M==60) //时间计时{M=0; H++;if(H==24)H=0;}}}/* Returnnumber = KeyScanner(); //读取矩阵键盘返回值if(Returnnumber >= 1 && Returnnumber <= 16) //有键按下{K_count++;if(K_count >= 30) //消抖处理{K_count = 0;if(Returnnumber == 16) //第十六号键，修改Mode,Mode++;if(Mode==5) Mode=1;else if(Returnnumber == 15)//第15号键，+ 键{if(Mode == 1) //实时时间小时加{ H++; if(H >= 24)H = 0; }else if(Mode == 2)//实时时间分钟加{ M++; if(M >= 60)M = 0; }else if(Mode == 3)//通道号加{ td++; if(td > 7)td = 0; tdflag=1;}else{ sw++; if(sw > 60)sw = 0;swflag=1; }//室温加}else if(Returnnumber == 14) //第14号键，- 键{if(Mode == 1) //小时减{if(H == 0)H = 23;else H--;}else if(Mode == 2) //分钟减{if(M == 0)M = 59;else M--;}else if(Mode == 3)//通道号减{ td--; if(td < 0)td = 7; tdflag=1;}else{ sw--; if(sw < 0)sw = 60; swflag=1;}//室温减}else if(Returnnumber == 13) //第十三键清零{ H = 0; M = 0; S = 0;td=0;sw=25;tdflag=1;swflag=1; }else if(Returnnumber >=1 && Returnnumber <=10) //1~10号键对应数字1~10{if(Returnnumber == 10) Returnnumber = 0; //10号键对应数字0if(Mode == 1 ){number ++;if(number == 1) {H = Returnnumber * 10;shiwei = H;if(H > 20)H = 20;}else { H = shiwei + Returnnumber; number = 0; if (H >23)H = 23;}}if(Mode == 2 ){number ++;if(number == 1) {M = Returnnumber * 10;shiwei = M;if(M > 50)M = 50;}else { M = shiwei + Returnnumber; number = 0; if (M >59)M = 59;}}if(Mode == 3 ){td = Returnnumber;if(td >= 8)td = 8;tdflag=1;}if(Mode == 4 ){number ++;if(number == 1) {sw = Returnnumber * 10;shiwei = sw;if(sw > 60)M = 60;}else { sw = shiwei + Returnnumber; number = 0; if (sw >60)sw = 60;}}}}}else K_count=0;}unsigned char KeyScanner(void){unsigned char scan = 0xef,keyin = 0,KeyNumber = 0,row,col;for(col = 0;col < 4;col++){Keyscan = scan;keyin = rowkey();if(keyin != 0){if(keyin == 1)row = 1;else if(keyin == 2)row = 2;else if(keyin == 4)row = 3;else if(keyin == 8)row = 4;KeyNumber = row + col * 4;break;}scan = (scan <<1 ) | 0x01;}return KeyNumber; */}。