单片机应用系统设计与仿真.doc

东 华 大 学 机 械 工 程 学 院 实验指导书 实验名称 单片机应用系统设计与仿真 课程名称 自选综合实验 专 业 机械工程及自动化 学 期 第一学期 姓 名 Xin.Wei 学 号 指导教师 实验成绩 实 验 日 期 年 月 日  一、实验目的及要求 实验目的： 熟练掌握Proteus软件的基本应用 掌握应用keil和Proteus进行单片机系统的仿真方法 （3）学会设计单片机应用系统. （4）掌握MCS51系列单片机的编程 2. 实验要求： （1） 学习Proteus的应用软件 （2） 学习消化已有典型单片机应用系统。 （3） 自行设计出单片机控制系统的软件硬件结构，并制定出其调试方案。 （4） 实验全过程应有比较详细的工作记录，其内容包括：工作日志，电路设计与分析，软件流程图与源程序，制作、调试中的现象与失误甚至失败的记录，实验原始数据的记录，实验器材的使用记录等。 二、实验装置 计算机、单片机实验板、 Proteus软件 keil软件。 三、实验内容 1、学习Proteus软件，消化已有单片机应用系统 2、设计新的单片机控制的应用系统软硬件结构，并要有所创新。 3、制作出控制系统的硬件并编写控制软件。进行系统的软硬件调试。 四、实验报告要求 1、对采用单片机实现系统原理进行详尽分析与阐述。 2、说明自己设计的控制系统的工作原理和主要特点及创新点。 3、归纳整理实验记录，写出实验测试报告。 4、写出经过本次设计后的体会与收获。 五、实验进度安排 实验内容 学时数 学习Proteus软件 6 学习典型的单片机应用系统 8 设计新的应用系统 6 软件设计及仿真调试 8 撰写实验报告及验收 4 六、考核方式 需提交资料 实验报告 仿真电路 控制程序 设计任务 题目：基于51单片机的数字万用表设计 检测对象：交直流电压测量，电阻测量，过压自动报警 设计要求：电路系统中包含按键系统、显示系统（七段数码管显示或LCD显示屏显示），达到一定的精度要求 设计背景 传统的电桥平衡法等方法在测试过程中不够智能而且体积笨重，价格昂贵，需要外围环境优越，测试操作过程中需要调整很多参数，而基于单片机的智能数字式万用表价格便宜，操作简单，显示准确，还有过压报警系统，更加人性化。目前，数字万用表已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，表现出强大的生命力。 整体设计思路 虽然数字万用表种类很多，但基本工作原理则是大同小异。都是把被测的模拟量转化成数字量显示。所以最关键的是模数转换电路。 主要由直流数字电压表DVM它由阻容滤波器、前置放大器、模数转换器A／D、发光二极管显示器LED及保护电路等组成。 在数字电压表的基础上再增加交流一直流转换器AC／DC、电阻一电压转换器Ω／V，就构成了数字万用表的基本部分。 分步设计 步骤一：电路图模块设计 电路分为电压衰减模块，电压档位自选模块，电阻档位自选模块，交直流电压判别模块，绝对值电路模块，电压显示模块，电阻显示模块，绝对值电路模块，AD转换、电压值处理及LCD显示模块。 各模块设计原理如下。 电压衰减模块：由于待测电压范围太大，高的可到500v，而AD只能参考输入为+-5V，所以对于未知信号，可以先衰减再测量。 如下图，左端电压输入，在默认继电器导通的情况下经电阻R1、R2分压，将待测电压值衰减至原来的百分之一。 电压档位自选模块：电压经衰减后的值可分为0-20v、20-200v、200-500v三档，继电器由单片机控制通断，完成档位的自动选择（利用三极管的导通原理）。 电阻档位自选模块：电阻按其大小可分为0-1k，1-10k，10k-100k，大于100k四档，通过单片机控制继电器的开端进行档位的选择。 注：由于电路中继电器数目较多，将单片机的端口经74LS138译码器进行扩展后进行控制（了解译码器输入输出真值表的对应关系）。 交直流电压判别模块：如下图所示，左端为一反向比较器通过调节变阻器R3阻值输出一负值到比较器的负向端，而输入电压经衰减分档后的结果与其进行比较，可控制光电耦合器中光电管的亮灭，进而控制INT_1端输出高低电平。其中，低电平代表交流电压测量，高电平代表直流电压测量。 绝对值电路模块：由于电压输入值的正负无法确定，为保证后续测量工作的进行，需对电压值进行取绝对值处理，如下图所示，经左端的整流及右端的滤波处理后，输出电压值确保为正值。 电压显示模块：利用LCD输出，选用16x1的显示屏。直流电压显示为DC：XXXX……交流电压显示为AC：XXXX……电阻显示为RE：XXXX…… AD转换、电压值处理及LCD显示模块：单片机的复