數(shù)字電流表設計基于ATmega16單片機

1、 數(shù)字電流表設計姓名： 學號： 班級： 指導教師： 完成時間： 年 月 號目 錄摘要1關鍵詞1一引言 1 1.1設計要求 1 1.2 課程設計目的1二數(shù)字電流表硬件設計 4 2.1系統(tǒng)硬件框圖 4 2.2 電流表工作原理 4 2.3 LED動態(tài)顯示器接口及顯示方式4 2.4 ATmega16單片機7三程序流程圖及相應模塊9四課程設計總結 13五成員分工及工作情況 13六參考文獻14七附錄（程序源代碼及注釋）15摘要 本次課程設計是基于ATmega16單片機開發(fā)平臺和ADC模數(shù)轉換器基礎上實現(xiàn)的一種數(shù)字電流表系統(tǒng)。該系統(tǒng)以ATmega16單片機作為系統(tǒng)核心 ，通過數(shù)字電流表的設計方案,掌握了C語

2、言的編程方法， 并熟練的運用ATmega16單片機定時器以及ADC0808模/數(shù)轉換芯片將模擬電流量轉變?yōu)閿?shù)字量然后在液晶顯示屏上直接顯示數(shù)字的電流值。關鍵詞 ATmega16單片機，A/D模數(shù)轉換，數(shù)碼管顯示 1.1設計要求 完成一臺數(shù)字電流表 采用ATmega16作為主控芯片，并用數(shù)碼管顯示結果電流表量程為0A1A測量結果用四位數(shù)字顯示，如 0123測量結果超限（大于等于1A）時，數(shù)碼管顯示EEEE 1.2 課程設計目的 （1）通過本次課程設計加深對單片機課程的全面認識和掌握。 （2）掌握了通用I/O口輸出結構的設置和數(shù)碼管顯示器的應用。 （3） 通過完成一個包括電路設計和程序開發(fā)的完整過

3、程，使自身了解開發(fā)單片機應用系統(tǒng)的全過程，強化鞏固所學知識，為以后的學習和工作打下基礎。 (4)進一步熟悉和掌握單片機的結構和工作原理。 （5）鍛煉團隊分工合作與協(xié)調能力。 （6） 通過這次課程設計，掌握以單片機為核心的電路設計的基本方法和技術。 （7）通過實際程序的設計和調試，逐步掌握模塊化程序設計的方法和調試技術。2.1系統(tǒng)硬件框圖 2.2 電流表工作原理 由于通常所說的電流表是指靈敏電流計，其量程太小不能直接測量電流。所以要想得到一個量程較大的電流表需要將一個理想電壓表改裝而成。用一個內阻無窮大的電壓表并聯(lián)分流電阻，待測電流流過電阻R，R和U即為已知，則根據(jù)歐姆定律 U=I R，I就是電

4、流表測得的電流值，電壓值通過AD轉換器將模擬電壓信號轉換為數(shù)字電壓信號，傳送到ATmega16中，單片機輸出到LED數(shù)碼管顯示讀數(shù)。2.3 LED動態(tài)顯示器接口及顯示方式 單片機中通常使用7段LED構成字型“8”，另外，還有一個小數(shù)點發(fā)光二極管，以顯示數(shù)字、符號及小數(shù)點。這種顯示器有共陰極和共陽極兩種，如圖。發(fā)光二極管的陽極連在一起的稱為共陽極顯示器，陰極連在一起稱為共陰極顯示器。一位顯示器由8個發(fā)光二極管組成，其中，7個發(fā)光二極管構成字型8的各個筆畫，另一個小數(shù)點為dp發(fā)光二極管。當在某段發(fā)光二極管上施加一定的正向電壓時，該段筆劃即亮；不加電壓則暗。為了保護各段LED不被破壞，需外加限流電阻

5、。 以共陰極LED為例，如圖，各LED公共陰極K0接地。若向各控制端a、bg、dp順次送入11100001信號，則該顯示7字型。在多位LED顯示時，為了簡化電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個8位 I/O口控制。而共陰（共陽）極公共端K分別由相應的I/O線控制，實現(xiàn)各位的分時選通。如14圖所示為5位共陰極動態(tài)顯示接口電路。其一個顯示正負，其余四個顯示電流值。 五位LED動態(tài)顯示接口電路 由于4位LED所有段選線皆由一個8位控制，因此，在每一瞬間，4位LED會顯示相同的字符。要想每位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選

6、控制口輸出相應字符段選碼，而位選則控制口在該顯示位送入選通電平為共陰，故應送低電平。以保證該位應顯示相應字符。如圖為ATmega16控制的4位共陰極LED動態(tài)顯示接口電路。 LED結構圖 八段LED數(shù)碼管字符型字段編碼表2.4 ATmega16單片機 ATmega16系列單片機 VCC 電源正GND 電源地端口A(PA7.PA0) 端口A 做為A/D 轉換器的模擬輸入端。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口A 處

7、于高阻狀態(tài)。 端口B(PB7.PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口B 處于高阻狀態(tài)。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口C(PC7.PC0) 端口C 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。如果JTAG接口使

8、能，即使復位出現(xiàn)引腳 PC5(TDI)、 PC3(TMS)與 PC2(TCK)的上拉電阻被激活。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能. 端口D(PD7.PD0) 端口D 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時，若內部上拉電阻使能，則端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。端口D 也可以用做其他不同的特殊功能. RESET 復位輸入引腳。持續(xù)時間超過最小門限時間的低電平將引起系統(tǒng)復位。門限時間見P36Table 15。持續(xù)時間小于門限間的脈沖不能保證可靠復位。 XTA

9、L1 反向振蕩放大器與片內時鐘操作電路的輸入端。 XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。 AVCC AVCC是端口A與A/D轉換器的電源。不使用ADC時，該引腳應直接與VCC連接。使用ADC時應通過一個低通濾波器與VCC 連接。AREF A/D 的模擬基準輸入引腳。 3、 主程序及相應模塊主程序代碼void main(void)DDRA=0x0f;PORTA=0x0f;DDRC=0xff;PORTC=0x00;TCCR0=0x0B;TCNT0=0x00;OCR0=0x7C;TIMSK=0x02;ADMUX=0x47;SFIOR&=0x1F;SFIOR|=0x60;DSCSRA=0xAD;

10、#asm("sei") /使能全局中斷while(1)if(time_2ms_ok)display();time_2ms_ok=0;主流程圖子程序代碼unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;子程序流程圖 四、課設總結這是我們學習單片機半年以來第一次自己學著去編程動手去調試。在開始時有著迷茫與恐慌，感覺根本無從下手。因為自己對單片機的硬件設計，軟件設計掌握的深度不夠，但通過此次課程設計，卻改變了很多，首先對于硬件電路的工作原理有了進一步的學習，同樣就有了進一步的認識；其次軟件方面，在程序的設計，程

11、序的調試方面都學到了很多東西，這是第一次編寫單片機的大程序，很有成就感盡管程序與流程圖還有欠缺的地方。在一個好的氛圍里才能踏下心來做東西，在這幾天課設的時間里，實驗室的氛圍和同學們的熱情對我的影響很大，大家一起努力，這也是我們能完成課設的動力。另外在編程中出現(xiàn)問題時，一定要戒驕戒躁，腳踏實地，認真看書，仔細分析，仔細調試，就一定會發(fā)現(xiàn)錯誤，克服困難，我們也是這么做的，這在課設中十分重要。 單片機在現(xiàn)實生活中有很大的的實用價值，學好這們課程非常關鍵，可以讓自己的知識儲備更加豐富，而這次寶貴的課程設計活動正好提供了一個很好的機會加深對單片機知識的掌握。通過這次課程設計，我對protel99以及av

12、r stdio 4等軟件的使用掌握的更加熟練，對C語言程序有了跟深層次的理解。 最后感謝我們的老師，老師幽默的語言與互動使課堂不在枯燥，老師那嚴謹?shù)慕虒W態(tài)度與循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪引導我們，同時也是我們的好榜樣。五、成員分工及工作情況 1、 黃威燦：負責AD轉換；2、 齊超：主要負責AD中斷和定時器中斷；3、 張恒秋:主要負責數(shù)碼管顯示。六、參考文獻1AVR單片機嵌入式系統(tǒng)原理與應用實踐M，北京：北京航空航天大學出版社，2007.10.2 黃智偉.全國大學生電子設計競賽系統(tǒng)設計M，北京：北京航空航天大學出版社，2006.6.3 李廣弟，朱月秀，王秀山.單片機基礎M，北京

13、：北京航空航天大學出版社，2001.7.4 趙曙光，郭萬有，楊頌華.可編程邏輯器件原理開發(fā)與應用M,西安：西安電子科技大學， 2000.5 譚浩強.C語言程序設計（第二版）M，北京：清華大學出版社，1991.6手把手教你學AVR單片機C程序設計M，北京：北京航空航天大學出版社，2009.4.7、 附錄# include <avr/io.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intflash unsigned char ledshow11=0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0

14、x7F,0x5F,0x79;flash unsigned char position6=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;/數(shù)碼管位選unsigned char dis_buff4=0,0,0,0,posit;bit time_2ms_ok;void adc_to_disbuffer(unsigned int adc)unsigned char i;for(i=0;i<=3;i+)dis_buffi=adc%10;adc/=10;/AD轉換中斷interrupt TIM0_COMP void timer0_comp_isr(void)time_2ms_ok=1;/定時器中斷inte

15、rruptADC_INTvoid adc_isr(void)unsigned int adc_data,adc_i;adc_data =ADCW;adc_i=(unsigned long)adc_data*1000/1024;/換算成電流值adc_to_disbuffer(adc_v);/AD轉換/數(shù)碼管顯示void display(void)if(adc_i>=1)PORTA|=0x0f;PORTC=ledshow11;elsePORTA|=0x0f;PORTC=ledshowdis_buffposit;if(posit=3)PORTC|=0x80;PORTA&=positionposit;if(+posit>=4)p