单片机的智能仪器设计.doc

目录 1绪论 5 1.1课题来源 5 1.2课题背景和研究目的的意义 6 1.3国内外在该研究方向的研究现状及分析 8 2智能仪器的功能要求 9 2.1智能仪器功能实现的要求 9 2.2智能仪器的未来发展及要求 9 3基于单片机的智能仪器总体设计 11 3.1单片机对浮点数处理方法的介绍 11 3.1.1浮点数的基本知识 11 3.1.2浮点数的加减运算 12 3.1.3浮点数的乘除运算 15 3.2单片机芯片的选择 17 3.3智能仪器的方案选择 19 4系统硬件设计 20 4.1智能仪器硬件设计框图 20 4.2主控制器 24 4.2.1主控制器硬件及框图 24 4.3键盘按键电路设计分析 25 4.4液晶显示电路设计分析 26 5智能仪器系统程序设计 31 5.1系统软件流程图设计 31 5.2主程序设计 32 5.3键盘按键程序设计 41 5.4液晶显示程序设计 47 6智能仪器的具体操作步骤 54 结 论 56 参考文献 57 1绪论 1.1课题来源 当今社会，随着人们生活的不断提高，电子产品已经走进了家家户户，无论是生活还是学习，还是娱乐和消遣几乎样样都离不开电子产品，大型复杂的计算能力是人脑所不能胜任的，而且比较容易出错。基于单片机的智能仪器作为一种快速通用的计算工具方便了用户的使用。基于单片机的智能仪器可谓是我们最亲密的电子伙伴之一。 单片机由于其微小的体积和极低的成本，广泛的应用于家用电器、工业控制等领域中。在工业生产中，单片机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 1.2课题背景和研究目的的意义 智能仪器是一类新型的、内部装有微处理器或单片机的微机化电子仪器，它是由传统的电子仪器发展而来的，但在结构和内涵上已经发生了本质的变化。在物理结构上，微型计算机包含于电子仪器中，微处理器及其支持部件是智能仪器的一个组成部分；但是从计算机的角度来看，测试电路与键盘、 通信接口及显示器等部件一样，可看作是计算机的一种外围设备。 因此，智能仪器实际上是一个专用的微型计算机系统，它主要由硬件和软件两大部分组成。 智能仪器的主体部分是由单片机及其扩展电路（程序存储器EPROM、数据存储器RAM及输入输出接口等）组成的。主机电路是智能仪器区别于传统仪器的核心部件，用于存储程序、 数据，执行程序并进行各种运算、数据处理和实现各种控制功能。输入电路和A/D 转换接口构成了输入通道；而D/A转换接口及驱动电路则构成了输出通道；键盘输入接口、显示器接口及打印机接口等用于沟通操作者与智能仪器之间的联系，属于人—机接口部件；通信接口则用来实现智能仪器与其他仪器或设备交换数据和信息。 与传统仪器相比，研究基于单片机的智能仪器有几方面的目的与意义：（1）微处理器或单片机的引入使智能仪器的功能较传统仪器有了极大的提高。许多原来用硬件电路难以解决或根本无法解决的问题，由于利用软件而获得较好的解决。（2）智能仪器可以通过数据处理进行自动校正、非线性补偿、数字滤波等修正和克服由各种传感器、变换器、放大器等引进的误差和干扰，从而提高仪器的精度和其他性能指标。（3）智能仪器一般都具有很高的自动化水平。单片机能控制仪器的整个测量过程，如键盘扫描，量程选择，数据采集、传输、处理及显示记录输出等，实现测量过程的自动化。（4）智能仪器具有对外接口能力，能很方便地通过接口组成多功能自动测试系统。（5）智能仪器由于采用了微处理器，从而可以用软件代替许多硬件电路的工作。这样仪器可以简化结构、减少体积、减低成本和提高可靠性。（6）智能仪器通常具有自测试和自诊断功能。它能自行测试功能是否正常，自行诊断是否存在故障及故障的部位，提高了仪器的可靠性，简化和加快了仪器的维修工作。 1.3国内外在该研究方向的研究现状及分析 从电子仪器在国内外的发展历程，我们可以发现，从仪器使用的器件来看大致经历了三个阶段，即真空管时代—晶体管时代—集成电路时代。若从仪器的工作原理来看，又可以分为以下几个阶段：第一代，模拟式电子仪器（又称指针式仪器）。这一代仪器应用和处理的信号均为模拟量。第二代，数字式电子仪器，如数字电压表、数字式测温仪、 数字频率计等。它们的基本工作原理是将待测的模拟信号转换成数字信号并进行测量，测量结果以数字形式输出显示。第三代，智能型仪器。这一代仪器是计算机科学、通信技术、微电子学