第14章-精密電壓表_電流表_顯示器_計數器

ID:111078 · 發表于 2016-3-28 22:14

51單片機輕松入門—基于STC15W4K系列（C語言版）
李友全編著詳見:http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-37954-1.html

第14章電壓表\電流表\顯示器\計數器

通過本模塊的學習制作，可以進一步熟悉高精度ADC的運用，單片機內部DataFlash的讀寫、動態顯示程序的編寫（包括小數的顯示）以及自定義的SPI主從機數據通信原理，測試中，本模塊可以直接插接到第一章

介紹的單片機實驗板“通用計數器/顯示器接口”上使用。

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2016-3-28 21:58 上傳

1 功能說明與電路原理分析

同一個模塊，通過硬件上的簡單設置可實現4種不同的功能

K3(P4.2)	K4(P4.3)	模塊功能	K1(P3.6)	K2(P3.7)	電壓表檔位	輸入阻抗
0	0	電流表	0	0	2.0480V	2MΩ
0	1	計數器	0	1	20.480V
1	0	顯示器	1	0	204.80V	1MΩ
1	1	電壓表（默認）	1	1	20.480V（默認）

① 電壓表說明：

使用18位MCP3421A0T-E/CH芯片作ADC，通過軟件校準的方式可使整個模塊電壓測量誤差最大值不大于量程的±0.05%，在電路上，2V檔由外部信號直接輸入ADC，其它檔位使用

1MΩ電阻降壓，然后使用MCP6V01T-E/SN 軌到軌自動調零運放作ADC輸入電壓跟隨器，由

于精度要求高，普通運放無法滿足要求。

② 電流表說明：使用0.1Ω/0.5W的電流取樣電阻，可測量0～2A范圍內的電流，取樣出來的電壓信號不經過電

壓跟隨器，直接送入ADC芯片。

③ 通用顯示器說明：

外部單片機通過CLK與DAT兩條信號線向模塊送入數據，模塊能顯示0～99999范圍內整數或小數值，外部單片機需要一次向模塊發送5個字節的數據，第1字節表示模塊地址，默認值為0

，在多個模塊CLK與DAT并接在一起的情況下，只有與發送地址相符的模塊才接收與處理總線

上的數據，第2、3、4字節是需要顯示的數據，第2字節是數據高字節，第3字節是數據中間字節，4字節是數據低字節，第5字節確定需要顯示的小數位數，所有字節都是按高位在前，低位在后的順序發送，每一位的發送是外部單片機先把數據位放到DAT線上，然后拉低CLK線

，模塊內部是在CLK下降沿后讀取DAT線上的狀態，經測試，模塊在22.1184MHz工作頻率下外

部單片機數據發送時鐘脈沖高電平1uS、低電平5uS條件下工作正常，也就是說發送一組數據的最短時間需要大約（1 + 5）×8×5 = 240uS,為了提高穩定性，可以適當降低通信時鐘頻率（主要是延長脈沖低電平時間），但也不能過低，要求一組數據必須在0.2秒內傳送完成

，超過0.2秒，模塊自動清除前面已收到的不完整的數據，這樣保證了數據傳送的可靠性。

④ 計數器說明：外部脈沖信號通過DAT線送入模塊，每產生一個脈沖下降沿，計數器數值加1，超過最大值

99999后從0開始循環，要求外部脈沖信號低電平不能大于0.6V，高電平不能小于2V，高電平最大值也不能超過40V，模塊具有斷電自動存儲數據的功能，可通過開關將CLK線接GND，上

電瞬間即可將顯示的計數值清零。

部分程序預覽（完整代碼請下載附件）：

第14章(電壓_電流表_計數器_顯示器).rar (821.41 KB, 下載次數: 277)

/*顯示程序，用STC15F2K60S2做顯示芯片
// 硬件說明：P42 P43 P36 P37
0 0 電流表 0 0 1.9999V
0 1 計數器 0 1 19.999V
1 0 顯示器 1 0 199.99V
1 1 電壓表 1 1 999.99V
// 待顯示數據由主機傳來，定義5個字節的顯示代碼
// 第一字節是本機的地址碼，對本機而言，必須是“0”
// 接下來三字節是要顯示的數據(高字節在前，低字節在后)
// 第五個字節是要顯示的小數點位置，可能值是0-4，表示顯示幾位小數
//分別代表：0——不顯示 1——十位，2——百位，3——千位，4——萬位，個位后小數點固定不顯示
99999 9999.9 999.99 99.999 9.9999
//接線：P07 P06 P05 P04 P03 P02 P01 P00
// e d h c g a f b
//0 0 0 1 0 1 0 0 0 0x28
//1 1 1 1 0 1 1 1 0 0xee
//2 0 0 1 1 0 0 1 0 0x32
//3 1 0 1 0 0 0 1 0 0xa2
//4 1 1 1 0 0 1 0 0 0xe4
//5 1 0 1 0 0 0 0 1 0xa1
//6 0 0 1 0 0 0 0 1 0x21
//7 1 1 1 0 1 0 1 0 0xea
//8 0 0 1 0 0 0 0 0 0x20
//9 1 0 1 0 0 0 0 0 0xa0
//A 0 1 1 0 0 0 0 0 0x60
//b 0 0 1 0 0 1 0 1 0x25
//C 0 0 1 1 1 0 0 1 0x39
//d 0 0 1 0 0 1 1 0 0x26
//E 0 0 1 1 0 0 0 1 0x31
//F 0 1 1 1 0 0 0 1 0x71
//H 1 1 1 1 1 1 1 1 0xff
//顯示位接線 P15 P14 P13 P16 P12
// （高位）1 2 3 4 5（低位）
//P32（INT0）接時鐘線，P33（INT1）接數據線*/
#include "STC15F2K60S2.H " // 包含STC15F2K60S2單片機寄存器定義文件
#include "UART.H"
#include <intrins.h>
#include "mcp3421.H"
#include "myfun.h"
#include "PowerDown_save.H"
#define Hidden 16
#define Address 0 // 本機地址，不同顯示模塊修改此數值即可
#define TimeOver 500 // 定義一個超時值（5字節通信），500*2ms=1S，允許最慢2秒傳送完一幀數據
sbit CLK=P3^2; // 外部輸入的時鐘端
sbit DAT=P3^3; // 外部輸入的數據端
unsigned char code DispCode[]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0,0x60,0x25,0x39,0x26,0x31,0x71,0xff};/*/顯示代碼*/
unsigned char code DispBit[]={0xdf,0xef,0xf7,0xbf,0xfb}; //位碼表（左邊最高位）11011111（P1) 11101111（P1) 11110111（P1) 10111111（P1) 11111011（P1)（右邊最低位）
unsigned long DispData=0; // 用來顯示的值
unsigned char DispBuf[5]={0,0,0,0,0}; // 顯示緩沖區 DispBuf[0]是左邊最高位 DispBuf[4]是右邊最低位
unsigned char temp0,temp1,temp2,temp3,temp4; // 最高位 temp0 ，最低位 temp4，5位最大顯示99 999，只接收3字節,顯示緩沖5字節。
unsigned char RecDatCount; // 接收的數據位數計數器
unsigned char bdata RecDat; // 接收到的數據
sbit RecDat0=RecDat^0; // 定義接收數據的末位為RecDat0，這要求RecDat位于bdata空間中
bit ReciveOK ; // 接收完成標志，為1，說明已接收到完整的5個字節，可進行數據處理了
unsigned char DotCnt=1; // 顯示小數位數。
unsigned char InAddress=0; // 外部輸入地址，確定是否與本機地址相同
bit StartOverCount; // 一旦有接收中斷，則置位該位，如果收到40位，則清該位
unsigned int OverCount; // 超時計數器，當有接收中斷發生，就讓這個計數器開始計數（每個T0中
// 斷計數一次，如果這個計數器計到了500（即1秒）仍沒有被清除，說明接收有誤，由主程序清 RecDatCount
extern struct POWER_UP Power_up; // 計數器變量
// 中斷程序用于完成5字節數據接收（1字節地址、3字節長整數、1字節小數位數說明）
void ReciveDate() interrupt 0 // 外部中斷0（int0）中斷處理程序
{
if(StartOverCount==0) StartOverCount=1; // 開啟溢出計時器
RecDatCount++; // 中斷次數（0-40）
RecDat=RecDat<<1; // 主機是先發送高位，后發送低位
if(DAT)
RecDat0=1;
else
RecDat0=0;
if(RecDatCount==8) // 接收完第一個字節
{
InAddress=RecDat; // 保存外部輸入的地址
}
else if(RecDatCount==16) // 第2個數據,長整數最高字節
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才處理數據，方便多模塊并聯使用
DispData=RecDat*65536;
}
else if(RecDatCount==24) // 第3個數據，長整數中間字節
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才處理數據，方便多模塊并聯使用
DispData=DispData+RecDat*256;
}
else if(RecDatCount==32) // 第4個數據，長整數最低字節
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才處理數據，方便多模塊并聯使用
DispData+=RecDat;
}
else if(RecDatCount==40) // 否則就是第5個數據，即小數點顯示位數
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才處理數據，方便多模塊并聯使用
DotCnt=RecDat;
ReciveOK=1; // 要求刷新顯示器
RecDatCount=0; // 中斷次數（0-40）
StartOverCount=0; // 接收到40個字符，清標志
OverCount=0; // 清超時計數器
RecDat=0;
}
}
void EX0_Init() // 外中斷0用于數據接收 CLK 輸入端口
{
IT0=1; // 外部引腳下降沿觸發(CLK時鐘信號）
EX0=1; // 外中斷int0中斷允許
PX0=1; // 將外中斷置為高級中斷，定時器T0低級中斷
EA=1; // 比較器斷0電存儲只能使用低級中斷，無法更改。
}
void EX1_Init() // 外中斷1用于數據接收 DAT 輸入端口與計數器脈沖輸入口
{
IT1=1; // 設置為下降沿觸發，用于計數器脈沖輸入
EX1=1; // 開外部中斷1
PX1=1; // 將外中斷1置為高級中斷，定時器T0低級中斷
EA=1; // 開總中斷
}
void Timer0_Init() // 初始化定時器0用于動態顯示程序
{
TMOD &= 0xF0; // 設置定時器模式
TMOD |= 0x01; // 設置定時器模式
TH0=(65536-4000)/256 ; // 計數脈沖周期 T=1/F= 1/(22.1184/12)= 0.5425uS
TL0=(65536-4000)%256 ; // 4000*0.5425=2.17mS
TR0=1; // T0開始運行
ET0=1; // 定時器T0中斷允許
PT0=0; // 將定時器置為低級中斷
EA=1;
}
// 定時器 T0 用于完成5位數碼管論流點亮
void Timer0() interrupt 1 // 定時器T0的中斷處理代碼
{
unsigned char temp; // 動態顯示中間變量
static unsigned char Count; // 用于統計當前正顯示哪一位(先顯示左邊最高位)
//********* 數據接收過程的時間限制 ************
if(StartOverCount) // 如果要求計數的標志是1
OverCount++; // 計數器加1
//********* 正式動態顯示程序 ******************
P1|=0x7c; // 關斷前次顯示0111 1100
temp=DispBit[Count];
P1&=temp; // 開啟P1位控制
temp=DispBuf[Count]; // 5位顯示緩沖器BCD碼
P0=DispCode[temp]; // 查字形碼表格（0-16)
if(Count<4) // 顯示小數點（最右端小數點不顯示）
{
if(DotCnt==(4-Count))
{
P0&=0xDF; // 點亮小數點h位置 1101 1111
}
}
Count++;
if(Count==5) Count=0;
TH0=(65536-4000)/256 ; // 計數脈沖周期 T=1/F= 1/(22.1184/12)= 0.5425uS
TL0=(65536-4000)%256 ; // 4000*0.5425=2.17mS
}
void long_to_bcd(unsigned long temp)
{
unsigned char temp0,temp1,temp2,temp3,temp4; // 最高位 temp0 ，最低位 temp4，5位最大顯示99 999，只接收3字節,顯示緩沖5字節。
temp%=100000; // 如果收到的數超過10 0000則僅取小于10 0000的值
temp4 = temp % 10; // 獲得個位
temp3 = temp / 10 % 10; // 獲得十位
temp2 = temp / 100 % 10; // 獲得百位
temp1 = temp / 1000 % 10; // 獲得千位
temp0 = temp / 10000 % 10; // 獲得萬位
if((temp0==0)&&(DotCnt<4)) // 如果最高位等于0，而顯示的小數位數小于4位
DispBuf[0]=Hidden; // 那么最高位應該消隱
else
DispBuf[0]=temp0; // 否則將這個數送入最高位
if((temp0==0)&&(temp1==0)&&(DotCnt<3)) // 最高位、次高位同時為0，且小數位數小于3位
DispBuf[1]=Hidden;
else
DispBuf[1]=temp1;
if((temp0==0)&&(temp1==0)&&(temp2==0)&&(DotCnt<2))
// 最高位、次高位、第三位均為0，且小數位數小于2位時消隱
DispBuf[2]=Hidden;
else
DispBuf[2]=temp2;
if((temp0==0)&&(temp1==0)&&(temp2==0)&&(temp3==0)&&(DotCnt<1))
// 最高位、次高位、第三位、第四位均為0，且小數位數小于1位(無)時消隱
DispBuf[3]=Hidden;
else
DispBuf[3]=temp3;
DispBuf[4]=temp4; // 最低位直接顯示
}
void main(void)
{
//////////////////////// 電壓電流表變量 ///////////////////
unsigned char test_data[3]={0x00,0x00,0x00}; // 存放 MCP3421 AD轉換結果
long aa; // 計算 MCP3421電壓值的中間變量
float VIN3421; // 計算出來的MCP3421原始電壓
long V3421; // 顯示時用于將數據擴大1000或10000倍
///////////////////////////////////////////////////////////
UART_init(); // 串口初始化（占用定時器1）9600/22.1184MHz
printf("串口初始化完畢");
Timer0_Init(); // 初始化定時器0用于動態顯示程序
ReciveOK=1; // 要求刷新顯示器
CLK=1; // 數據接收端口初始化
DAT=1;
DispData=0X00; // 上電顯示0.0000
DotCnt=4; // 上電顯示0.0000
/*************************************************************************
// 2A電流表，電流取樣電阻：0.1Ω/0.5W，
*************************************************************************/
if ((P42==0)&&(P43==0)) // 電流表
{
DotCnt=4; // 2V檔，保留4位小數，2.0480A
WrToMCP3421(SlaveADDR, 0x9C); // 1001 1100 18位分辨率
delay300ms();
while(1)
{
aa=test_data[0]<<8;
aa=aa+test_data[1];
aa=aa<<8;
aa=aa+ test_data[2];
VIN3421=2.048*aa/131071; // 得到取樣電阻上的電壓值
VIN3421=VIN3421/0.1; // I=U/R
VIN3421=VIN3421-0.000; // 要求零輸入零輸出
if (VIN3421<0 ) VIN3421=0; // 數碼管沒編寫顯示負數的功能，電腦能直接顯示負數
printf("I= ：%.5f ",VIN3421);
// 浮點數轉長整數
V3421=VIN3421*10000; // 2V檔，保留4位小數，2.0480
long_to_bcd(V3421);
delay300ms(); // 延時避免硬接頻繁操作
delay300ms();
}
}
/*************************************************************************
// 計數器, DAT為計數脈沖輸入端，上電瞬間如果CLK=0則清除計數值
*************************************************************************/
if ((P42==0)&&(P43==1))
{
DotCnt=0; // 計數器不顯示小數
ReadFLASH(); // 讀取單片機內部FLASH中保存的重要數據，只需2個時鐘。
comparator_init(); // 比較器掉電中斷初始化
EraseFLASH(); // 扇區擦除需要21mS
EX1_Init(); // 外部計數端口初始化
while(1);
}
/*************************************************************************
// 5位通用顯示器
*************************************************************************/
if ((P42==1)&&(P43==0))
{
DotCnt =4; // 上電時顯示0.0000
EX0_Init(); // 外中斷0用于數據接收時鐘輸入端口
while(1)
{
if(ReciveOK) // 如果收到了40位數據，將數值轉BCD碼放入顯示緩沖器。
{
long_to_bcd(DispData);
ReciveOK=0;
}
if(OverCount>=TimeOver) // 出現了超時錯誤
{
RecDatCount=0; // 將接收計數器清零
StartOverCount=0; // 接收到40個字符，清除計數標志
OverCount=0; // 清超時計數器
}
}
}
/*************************************************************************
// 18位分辨率電壓表
*************************************************************************/
if ((P42==1)&&(P43==1))
{
if ((P36==0)&&(P37==0)) DotCnt=4; // 2V檔，保留4位小數，2.0480
if ((P36==0)&&(P37==1)) DotCnt=3; // 20V檔，保留3位小數, 20.048
if ((P36==1)&&(P37==0)) DotCnt=2; // 200V檔，保留2位小數, 200.48
if ((P36==1)&&(P37==1)) DotCnt=2; // 1000V檔，保留2位小數, 999.99
WrToMCP3421(SlaveADDR, 0x9C); // 1001 1100 18位分辨率
delay300ms();
while(1)
{
RdFromMCP3421(SlaveADDR, test_data,3); //連續讀取3個字節數據
aa=test_data[0]<<8;
aa=aa+test_data[1];
aa=aa<<8;
aa=aa+ test_data[2];
VIN3421=2.048*aa/131071;
if ((P36==0)&&(P37==0)) // 2V檔
{
VIN3421=VIN3421*1.00; // 2V檔，無衰減，精密校準
printf("2V ：%.5f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*10000; // 2V檔，保留4位小數，2.0480
}
if ((P36==0)&&(P37==1)) // 20V檔
{
VIN3421=VIN3421*10.00; // 20V檔，10倍衰減+衰減電阻誤差補償
printf("20V ：%.4f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*1000; // 20V檔，保留3位小數，20.480
}
if ((P36==1)&&(P37==0)) // 200V檔
{
VIN3421=VIN3421*100.00; // 200V檔，100倍衰減+衰減電阻誤差補償
printf("200V ：%.3f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*100; // 200V檔，保留2位小數，204.80
}
if ((P36==1)&&(P37==1)) // 1000V檔
{
VIN3421=VIN3421*1.00; // 2V檔，無衰減，精密校準
printf("2V ：%.5f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*10000; // 2V檔，保留4位小數，2.0480
}
VIN3421=VIN3421*10.00; // 20V檔，10倍衰減+衰減電阻誤差補償
//
VIN3421=VIN3421-0.000; // 要求零輸入零輸出
if (VIN3421<0 ) VIN3421=0; // 數碼管沒編寫顯示負數的功能，電腦能直接顯示負數
printf("20V ：%.5f ",VIN3421);
// 浮點數轉長整數
if ((P36==0)&&(P37==0)) V3421=VIN3421*10000; // 2V檔，保留4位小數，2.0480
if ((P36==0)&&(P37==1)) V3421=VIN3421*1000; // 20V檔，保留3位小數, 20.048
if ((P36==1)&&(P37==0)) V3421=VIN3421*100; // 200V檔，保留2位小數, 200.48
if ((P36==1)&&(P37==1)) V3421=VIN3421*100; // 1000V檔，保留2位小數, 999.99
long_to_bcd(V3421);
delay300ms(); // 延時避免硬接頻繁操作
delay300ms();
}
}
}
void X1_ISR(void) interrupt 2 // 外部中斷1中斷函數實現計數功能
{
Power_up.times++;
long_to_bcd(Power_up.times);
}

復制代碼

ID:140358 · 發表于 2016-10-4 07:19

很好！很實用的

ID:84250 · 發表于 2016-12-30 16:56

樓主編程風格嚴謹，值得我們學習，贊

ID:200118 · 發表于 2017-5-24 23:22

下載學習

ID:216902 · 發表于 2017-7-3 20:22

學習 MCP3421 ADC

ID:421232 · 發表于 2018-12-12 19:42

謝謝分享

ID:288930 · 發表于 2019-1-18 13:57

謝謝分享！

ID:384252 · 發表于 2019-4-30 12:00

沒有用過18位的ADC，不知道這么高精度的ADC讀出來的值是否會穩定呢？另外，使用18位ADC采樣的電壓值，在數碼管上顯示會跳動嗎？

ID:717268 · 發表于 2020-3-27 23:38

本人覺得此處使用18位的ADC時，輸出顯示位數可以擴充到十萬為甚至百萬位。

ID:800180 · 發表于 2020-7-14 09:02

STC15F2K60S2芯片引腳功能有沒有

ID:501595 · 發表于 2020-7-26 08:53

正好需要，下載下來做一個看看

ID:895892 · 發表于 2021-3-24 20:19

好教材值得收藏

ID:1007039 · 發表于 2022-3-8 21:32

已下載收藏，慢慢學習。

ID:968906 · 發表于 2023-4-6 16:24

沒有用過18位的ADC，不知道這么高精度的ADC讀出來的值是否會穩定呢？另外，使用18位ADC采樣的電壓值，在數碼管上顯示會跳動嗎？

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第14章-精密電壓表_電流表_顯示器_計數器

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