基于51单片机的直流数字电压表(0-500V)自动切换量程

gaoxings · 发表于 2019-1-31 14:02

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基于51单片机的直流数字电压表(0-500V)自动切换量程

实现功能：基于51单片机的0-500V自动切换量程数字电压表,测量精度<1%.
电路组成：100：1的电阻分压网络，TLC2543(12位)A/D转换芯片进行模拟信号采样,LM339电压比较器电路实现量程分档切换,51单片机进行数据处理，1602液晶显示电压及A/D转换数据值。
不足之处：电阻分压网络估计精度不是很高，上网查了下，99K,9K电阻误差一般1%左右，不像proteus一样一点误差都没有；还有个问题是,当在显示中测量100V以上的电压时，电压太大，对电路有危险，所以应当加保护电路，可我不知道怎样加最合适，希望网友能给点建议，最好是有曾经做过实物的建议。

电路原理图

#include<reg52.h>
#include<intrins.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
uint LCD[6]; //电压数据转换成LCD1602液晶字符显示
uint Volt;
//***********TLC549管脚配置*********//
//sbit DO  = P1^0;       //时钟
//sbit CS  = P1^1;       //片选
//sbit CLK = P1^2;       //数据输出
//*********************************//
sbit RS = P2^0;                      //1602液晶数据/命令选择端
sbit RW = P2^1;                      //1602液晶读写端
sbit E  = P2^2;                      //1602液晶使能端
sbit X1 = P2^3;
sbit X2 = P2^4;
sbit X3 = P2^5;
sbit CS=P1^2;       //片选引脚
sbit CLK=P1^3;    //时钟脉冲引脚
sbit SDO=P1^0;    //数据输出引脚
sbit SDI=P1^1;    //数据输入引脚
sbit EOC=P1^4;                //转换结束引脚
//*********ADC0809管脚配置************//
//sbit ALE = P1^3;       //地址锁存允许信号
//sbit CLK = P1^4;       //时钟脉冲输入端
//sbit ST = P1^5;             //A/D转换启动信号
//sbit EOC = P1^6;       //A/D转换结束信号
//sbit OE = P1^7;             //数据输出允许信号
//sbit ADD_A = P1^0;       //地址选择输入端
//sbit ADD_B = P1^1;
//sbit ADD_C = P1^2;
//************************************//
// Function Prototypes
void check_busy(void);
void write_command(uchar com);
void write_date(uchar date);
void LCD_init(void);
void string(uchar ad ,uchar *s);
//void lcd_test(void);
void delay(uint);
void Volt_To_LCD1602(void);
void delay_ms(uint xms);
void Data_Conversion(void);
//uchar TLC549_ADC(void);
/*******************************************
LCD1602 driver mapped as IO peripheral
*******************************************/
// Delay
// Delay
void delay(uint j)
{
      uchar m = 60;
  for(; j>0; j--)
  {
            while(--m);
m = 59;
while(--m);
m = 60;
  }
}

// Test the Busy bit
void check_busy(void)
{
      do
  {
            P0 = 0xff;
E = 0;
RS = 0;
RW = 1;
E = 1;
_nop_();
  } while(P0 & 0x80);
  E = 0;
}

// Write a command
void write_command(uchar com)
{
      check_busy();
  E = 0;
  RS = 0;
  RW = 0;
  P0 = com;
  E = 1;
  _nop_();
  E = 0;
  delay(1);
}

// Write Data
void write_date(uchar date)
{
      check_busy();
  E = 0;
  RS = 1;
  RW = 0;
  P0 = date;
  E = 1;
  _nop_();
  E = 0;
  delay(1);
}

// Initialize LCD controller
void LCD_init(void)
{
      write_command(0x38); // 8-bits, 2 lines, 7x5 dots
  write_command(0x0C); // no cursor, no blink, enable display
  write_command(0x06); // auto-increment on
  write_command(0x01); // clear screen
  delay(1);
}

// Display a string
void string(uchar ad, uchar *s)
{
      write_command(ad);
  while(*s>0)
  {
               write_date(*s++);
   delay(100);
  }
}
//****************************************************//
//函数名:delay_ms(uint xms)
//函数功能:ms级延时函数
//***************************************************//

void delay_ms(uint xms)
{
      uint x,y;
      for(x=xms;x>0;x--)
            for(y=110;y>0;y--);

}
/*
void ADC0808_Init()
{
  ST=0;
  OE=0;
}
*/
//***************************************************//
//函数名称：ADC0808_ADC()
//函数功能：读取一次A/D转换的数据
//***************************************************//
/*
void ADC0808_ADC()
{
  ST=0;
  ST=1;
      ST=0;
  //OE=0;
  while(EOC==0);       //自动发送
  OE=1;

}
*/
//***************************************************//
//函数名称:TLC549_ADC()
//函数功能:读取上一次A/D转换的数据,启动下一次A/D转换
//**************************************************//
/*
uchar TLC549_ADC(void)
{
      uchar n, tmp;

      CS  = 1;                   //CS置高,片选无效
      CLK = 0;

      CS  = 0;                   //CS置低,片选有效,同时DO输出高位
      _nop_();
      _nop_();                   //适当延迟时间1.4us Setup Time

      for(n = 0; n < 8; n++) //串行数据移位输入
      {
            tmp <<= 1;
            tmp |=  DO;

            CLK = 1;       //0.4us
            _nop_();       //CLK transition time Max 0.1us
            CLK = 0;       //0.4us
      }
      CS = 1;          //CS置高,片选无效
      for(n = 17; n != 0; n--) _nop_();  //Next Coversion需要延迟17us
      return (tmp);
}
*/
//****************************************//
//函数功能:将模拟信号转换为数字信号
//函数名称：TLC2543_ADC()
//输入参数:uchar CH_i
//输出参数:uint类型
//****************************************//
unsigned int TLC2543_ADC(unsigned int CH_i)          //CH_i,通道值
{
      unsigned int AD_Val = 0;
      unsigned char i;
      CS = 1;                                              //一个转换周期开始
      EOC = 0;
      CLK = 0;                                     //为第一个脉冲做准备
      _nop_();
      _nop_();
      CS = 0;                                              //CS置0片选有效
      EOC = 1;                                     //EOC开始应设置为高电平
  CH_i<<=4;  //将通道值（D7，D6，D5，D4）移入高四位，转换通道设置
  CH_i|=0x02; //D3,D2,D1,D0=0,0,1,0 ，输出数据为12位，先输出低位
      for(i=0;i<8;i++)       //将A/D转换方式控制字写入TLC2543，并读取低8位转换结果
      {

      AD_Val>>=1; //将读取结果逐位右移（先输出的是低位）
      CLK=0;
      _nop_();
if((CH_i&0x80)==0x80)
         SDI=1;
      else
         SDI=0;
         CH_i<<=1;       //在脉冲上升沿，从高位至低位依次将控制字写入TLC2543
   CLK=1;
   _nop_();
      if(SDO==1)                   //在脉冲下降沿，TLC2543输出数据，写入AD_Val的第12位
      {
         AD_Val|=0x800;
      }
      else
      {
         AD_Val|=0x000;
      }
      }
  SDI=0;       //8个数据流输入后，SDI端必须保持在一个固定的电平上，指引EOC变高
  for(i=8;i<12;i++)       //读取转换值的第8至第11位
  {
AD_Val>>=1;
      CLK=0;
      _nop_();
CLK=1;
      _nop_();
      if(SDO==1)
      {
         AD_Val|=0x800;       //在脉冲下降沿，TLC2543输出数据，写入AD_Val的第12位
      }
      else
      {
         AD_Val|=0x000;       //第12位写 ‘0’
      }
      }
  CLK=0;       //在第12个时钟下降沿来临时，EOC开始变低，开始对本次采样的模拟量进行A/D转换，
  _nop_();       //给硬件一点转换时间
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  _nop_();
  CS=1;    // 停止转换，高电平无效
  EOC=0;
  return AD_Val;
}

//****************************************//
//函数名称

ata_Conversion()
//函数功能:电压换算
//*****************************************//
void Data_Conversion(void)
{
      uint ad_val;
  unsigned char o,p,k,l;

      ad_val = TLC2543_ADC(4);
      o=ad_val/1000;                //取千位数字
      p=(ad_val%1000)/100;          //取百位数字
      k=(ad_val%100)/10;             //取十位数字
      l=ad_val%10;                         //取个位数字
      write_command(0x80+0x40);
      write_date(0X30+o);
      write_date(0x30+p);
      write_date(0x30+k);
      write_date(0x30+l);
      //delay_ms(1000);
      if((X3==0)&&(X2==0))       //0-5V
      {
            //ADD_A = 0;
            //ADD_B = 1;
            //ADD_C = 0;
            Volt       = 5.0 / 4096 * ad_val*1000;             //(100-500)
            LCD[0] = Volt/1000;       //千位

            LCD[1] = Volt/100%10;  //百位
            LCD[2] = Volt/10%10; //十位
            LCD[3] = '.';                               //小数点
            LCD[4] = Volt%10;          //个位
            LCD[5] = 'V';                            //字符V

            write_command(0x80+8);
            write_date(0x30+LCD[0]);

            write_date(0x30+LCD[1]);
            write_date(0x30+LCD[2]);
            write_date(LCD[3]);
            write_date(0x30+LCD[4]);
            write_date(LCD[5]);
      }
      if((X3==1)&&(X2==0))       //5-50V
      {
            //ADD_A = 1;
            //ADD_B = 0;
            //ADD_C = 0;
            Volt = 5.0/4096*ad_val*1000;       //(50-500)
            LCD[0] = Volt/1000;       //千位

            LCD[1] = Volt/100%10;  //百位

            LCD[2] = Volt/10%10; //十位
            LCD[3] = '.';                               //小数点
            LCD[4] = Volt%10;          //个位
            LCD[5] = 'V';                            //字符V

            write_command(0x80+8);
            write_date(0x30+LCD[0]);

            write_date(0x30+LCD[1]);

            write_date(0x30+LCD[2]);
            write_date(LCD[3]);
            write_date(0x30+LCD[4]);
            write_date(LCD[5]);
      }
      if((X3==1)&&(X2==1))       //50V-500V
      {
            //ADD_A = 0;
            //ADD_B = 0;
            //ADD_C = 0;
            Volt = 5.0/4096*ad_val*1000;       //(500-5000)
            LCD[0] = Volt/1000;       //千位

            LCD[1] = Volt/100%10;  //百位

            LCD[2] = Volt/10%10; //十位
            LCD[3] = '.';                               //小数点
            LCD[4] = Volt%10;          //个位
            LCD[5] = 'V';                            //字符V

            write_command(0x80+8);
            write_date(0x30+LCD[0]);

            write_date(0x30+LCD[1]);

            write_date(0x30+LCD[2]);
            write_date(LCD[3]);
            write_date(0x30+LCD[4]);
            write_date(LCD[5]);
      }
}

void Volt_To_LCD1602(void)
{
      Data_Conversion();                   //电压换算并放大1000倍
}

int main()
{
      //uint m;
      LCD_init();
      //ADC0808_Init();
      //ADC0808_ADC();
  delay_ms(100);
  write_command(0x01);
      write_command(0x80);
      string(0x80,"Voltage:");
      //delay_ms(2000);

      while(1)
      {

            delay_ms(50);
            Volt_To_LCD1602();
            //delay_ms(4000);

      }
}

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