第14章-精密电压表_电流表_显示器_计数器

ID:111078 · 发表于 2016-3-28 22:14

51单片机轻松入门—基于STC15W4K系列（C语言版）
李友全编著详见:http://www.51hei.com/bbs/dpj-37954-1.html

第14章电压表\电流表\显示器\计数器

通过本模块的学习制作，可以进一步熟悉高精度ADC的运用，单片机内部DataFlash的读写、动态显示程序的编写（包括小数的显示）以及自定义的SPI主从机数据通信原理，测试中，本模块可以直接插接到第一章

介绍的单片机实验板“通用计数器/显示器接口”上使用。

1 功能说明与电路原理分析

同一个模块，通过硬件上的简单设置可实现4种不同的功能

K3(P4.2)	K4(P4.3)	模块功能	K1(P3.6)	K2(P3.7)	电压表档位	输入阻抗
0	0	电流表	0	0	2.0480V	2MΩ
0	1	计数器	0	1	20.480V
1	0	显示器	1	0	204.80V	1MΩ
1	1	电压表（默认）	1	1	20.480V（默认）

① 电压表说明：

使用18位MCP3421A0T-E/CH芯片作ADC，通过软件校准的方式可使整个模块电压测量误差最大值不大于量程的±0.05%，在电路上，2V档由外部信号直接输入ADC，其它档位使用

1MΩ电阻降压，然后使用MCP6V01T-E/SN 轨到轨自动调零运放作ADC输入电压跟随器，由

于精度要求高，普通运放无法满足要求。

② 电流表说明：使用0.1Ω/0.5W的电流取样电阻，可测量0～2A范围内的电流，取样出来的电压信号不经过电

压跟随器，直接送入ADC芯片。

③ 通用显示器说明：

外部单片机通过CLK与DAT两条信号线向模块送入数据，模块能显示0～99999范围内整数或小数值，外部单片机需要一次向模块发送5个字节的数据，第1字节表示模块地址，默认值为0

，在多个模块CLK与DAT并接在一起的情况下，只有与发送地址相符的模块才接收与处理总线

上的数据，第2、3、4字节是需要显示的数据，第2字节是数据高字节，第3字节是数据中间字节，4字节是数据低字节，第5字节确定需要显示的小数位数，所有字节都是按高位在前，低位在后的顺序发送，每一位的发送是外部单片机先把数据位放到DAT线上，然后拉低CLK线

，模块内部是在CLK下降沿后读取DAT线上的状态，经测试，模块在22.1184MHz工作频率下外

部单片机数据发送时钟脉冲高电平1uS、低电平5uS条件下工作正常，也就是说发送一组数据的最短时间需要大约（1 + 5）×8×5 = 240uS,为了提高稳定性，可以适当降低通信时钟频率（主要是延长脉冲低电平时间），但也不能过低，要求一组数据必须在0.2秒内传送完成

，超过0.2秒，模块自动清除前面已收到的不完整的数据，这样保证了数据传送的可靠性。

④ 计数器说明：外部脉冲信号通过DAT线送入模块，每产生一个脉冲下降沿，计数器数值加1，超过最大值

99999后从0开始循环，要求外部脉冲信号低电平不能大于0.6V，高电平不能小于2V，高电平最大值也不能超过40V，模块具有断电自动存储数据的功能，可通过开关将CLK线接GND，上

电瞬间即可将显示的计数值清零。

部分程序预览（完整代码请下载附件）：

第14章(电压_电流表_计数器_显示器).rar (821.41 KB, 下载次数: 273)

2016-3-28 22:14 上传

点击文件名下载附件

/*显示程序，用STC15F2K60S2做显示芯片
// 硬件说明：P42 P43 P36 P37
0 0 电流表 0 0 1.9999V
0 1 计数器 0 1 19.999V
1 0 显示器 1 0 199.99V
1 1 电压表 1 1 999.99V
// 待显示数据由主机传来，定义5个字节的显示代码
// 第一字节是本机的地址码，对本机而言，必须是“0”
// 接下来三字节是要显示的数据(高字节在前，低字节在后)
// 第五个字节是要显示的小数点位置，可能值是0-4，表示显示几位小数
//分别代表：0——不显示 1——十位，2——百位，3——千位，4——万位，个位后小数点固定不显示
99999 9999.9 999.99 99.999 9.9999
//接线：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
//显示位接线 P15 P14 P13 P16 P12
// （高位）1 2 3 4 5（低位）
//P32（INT0）接时钟线，P33（INT1）接数据线*/
#include "STC15F2K60S2.H " // 包含STC15F2K60S2单片机寄存器定义文件
#include "UART.H"
#include <intrins.h>
#include "mcp3421.H"
#include "myfun.h"
#include "PowerDown_save.H"
#define Hidden 16
#define Address 0 // 本机地址，不同显示模块修改此数值即可
#define TimeOver 500 // 定义一个超时值（5字节通信），500*2ms=1S，允许最慢2秒传送完一帧数据
sbit CLK=P3^2; // 外部输入的时钟端
sbit DAT=P3^3; // 外部输入的数据端
unsigned char code DispCode[]={0x28,0xee,0x32,0xa2,0xe4,0xa1,0x21,0xea,0x20,0xa0,0x60,0x25,0x39,0x26,0x31,0x71,0xff};/*/显示代码*/
unsigned char code DispBit[]={0xdf,0xef,0xf7,0xbf,0xfb}; //位码表（左边最高位）11011111（P1) 11101111（P1) 11110111（P1) 10111111（P1) 11111011（P1)（右边最低位）
unsigned long DispData=0; // 用来显示的值
unsigned char DispBuf[5]={0,0,0,0,0}; // 显示缓冲区 DispBuf[0]是左边最高位 DispBuf[4]是右边最低位
unsigned char temp0,temp1,temp2,temp3,temp4; // 最高位 temp0 ，最低位 temp4，5位最大显示99 999，只接收3字节,显示缓冲5字节。
unsigned char RecDatCount; // 接收的数据位数计数器
unsigned char bdata RecDat; // 接收到的数据
sbit RecDat0=RecDat^0; // 定义接收数据的末位为RecDat0，这要求RecDat位于bdata空间中
bit ReciveOK ; // 接收完成标志，为1，说明已接收到完整的5个字节，可进行数据处理了
unsigned char DotCnt=1; // 显示小数位数。
unsigned char InAddress=0; // 外部输入地址，确定是否与本机地址相同
bit StartOverCount; // 一旦有接收中断，则置位该位，如果收到40位，则清该位
unsigned int OverCount; // 超时计数器，当有接收中断发生，就让这个计数器开始计数（每个T0中
// 断计数一次，如果这个计数器计到了500（即1秒）仍没有被清除，说明接收有误，由主程序清 RecDatCount
extern struct POWER_UP Power_up; // 计数器变量
// 中断程序用于完成5字节数据接收（1字节地址、3字节长整数、1字节小数位数说明）
void ReciveDate() interrupt 0 // 外部中断0（int0）中断处理程序
{
if(StartOverCount==0) StartOverCount=1; // 开启溢出计时器
RecDatCount++; // 中断次数（0-40）
RecDat=RecDat<<1; // 主机是先发送高位，后发送低位
if(DAT)
RecDat0=1;
else
RecDat0=0;
if(RecDatCount==8) // 接收完第一个字节
{
InAddress=RecDat; // 保存外部输入的地址
}
else if(RecDatCount==16) // 第2个数据,长整数最高字节
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才处理数据，方便多模块并联使用
DispData=RecDat*65536;
}
else if(RecDatCount==24) // 第3个数据，长整数中间字节
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才处理数据，方便多模块并联使用
DispData=DispData+RecDat*256;
}
else if(RecDatCount==32) // 第4个数据，长整数最低字节
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才处理数据，方便多模块并联使用
DispData+=RecDat;
}
else if(RecDatCount==40) // 否则就是第5个数据，即小数点显示位数
{
if(InAddress==Address) // 地址相符才处理数据，方便多模块并联使用
DotCnt=RecDat;
ReciveOK=1; // 要求刷新显示器
RecDatCount=0; // 中断次数（0-40）
StartOverCount=0; // 接收到40个字符，清标志
OverCount=0; // 清超时计数器
RecDat=0;
}
}
void EX0_Init() // 外中断0用于数据接收 CLK 输入端口
{
IT0=1; // 外部引脚下降沿触发(CLK时钟信号）
EX0=1; // 外中断int0中断允许
PX0=1; // 将外中断置为高级中断，定时器T0低级中断
EA=1; // 比较器断0电存储只能使用低级中断，无法更改。
}
void EX1_Init() // 外中断1用于数据接收 DAT 输入端口与计数器脉冲输入口
{
IT1=1; // 设置为下降沿触发，用于计数器脉冲输入
EX1=1; // 开外部中断1
PX1=1; // 将外中断1置为高级中断，定时器T0低级中断
EA=1; // 开总中断
}
void Timer0_Init() // 初始化定时器0用于动态显示程序
{
TMOD &= 0xF0; // 设置定时器模式
TMOD |= 0x01; // 设置定时器模式
TH0=(65536-4000)/256 ; // 计数脉冲周期 T=1/F= 1/(22.1184/12)= 0.5425uS
TL0=(65536-4000)%256 ; // 4000*0.5425=2.17mS
TR0=1; // T0开始运行
ET0=1; // 定时器T0中断允许
PT0=0; // 将定时器置为低级中断
EA=1;
}
// 定时器 T0 用于完成5位数码管论流点亮
void Timer0() interrupt 1 // 定时器T0的中断处理代码
{
unsigned char temp; // 动态显示中间变量
static unsigned char Count; // 用于统计当前正显示哪一位(先显示左边最高位)
//********* 数据接收过程的时间限制 ************
if(StartOverCount) // 如果要求计数的标志是1
OverCount++; // 计数器加1
//********* 正式动态显示程序 ******************
P1|=0x7c; // 关断前次显示0111 1100
temp=DispBit[Count];
P1&=temp; // 开启P1位控制
temp=DispBuf[Count]; // 5位显示缓冲器BCD码
P0=DispCode[temp]; // 查字形码表格（0-16)
if(Count<4) // 显示小数点（最右端小数点不显示）
{
if(DotCnt==(4-Count))
{
P0&=0xDF; // 点亮小数点h位置 1101 1111
}
}
Count++;
if(Count==5) Count=0;
TH0=(65536-4000)/256 ; // 计数脉冲周期 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位最大显示99 999，只接收3字节,显示缓冲5字节。
temp%=100000; // 如果收到的数超过10 0000则仅取小于10 0000的值
temp4 = temp % 10; // 获得个位
temp3 = temp / 10 % 10; // 获得十位
temp2 = temp / 100 % 10; // 获得百位
temp1 = temp / 1000 % 10; // 获得千位
temp0 = temp / 10000 % 10; // 获得万位
if((temp0==0)&&(DotCnt<4)) // 如果最高位等于0，而显示的小数位数小于4位
DispBuf[0]=Hidden; // 那么最高位应该消隐
else
DispBuf[0]=temp0; // 否则将这个数送入最高位
if((temp0==0)&&(temp1==0)&&(DotCnt<3)) // 最高位、次高位同时为0，且小数位数小于3位
DispBuf[1]=Hidden;
else
DispBuf[1]=temp1;
if((temp0==0)&&(temp1==0)&&(temp2==0)&&(DotCnt<2))
// 最高位、次高位、第三位均为0，且小数位数小于2位时消隐
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、第四位均为0，且小数位数小于1位(无)时消隐
DispBuf[3]=Hidden;
else
DispBuf[3]=temp3;
DispBuf[4]=temp4; // 最低位直接显示
}
void main(void)
{
//////////////////////// 电压电流表变量 ///////////////////
unsigned char test_data[3]={0x00,0x00,0x00}; // 存放 MCP3421 AD转换结果
long aa; // 计算 MCP3421电压值的中间变量
float VIN3421; // 计算出来的MCP3421原始电压
long V3421; // 显示时用于将数据扩大1000或10000倍
///////////////////////////////////////////////////////////
UART_init(); // 串口初始化（占用定时器1）9600/22.1184MHz
printf("串口初始化完毕");
Timer0_Init(); // 初始化定时器0用于动态显示程序
ReciveOK=1; // 要求刷新显示器
CLK=1; // 数据接收端口初始化
DAT=1;
DispData=0X00; // 上电显示0.0000
DotCnt=4; // 上电显示0.0000
/*************************************************************************
// 2A电流表，电流取样电阻：0.1Ω/0.5W，
*************************************************************************/
if ((P42==0)&&(P43==0)) // 电流表
{
DotCnt=4; // 2V档，保留4位小数，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; // 得到取样电阻上的电压值
VIN3421=VIN3421/0.1; // I=U/R
VIN3421=VIN3421-0.000; // 要求零输入零输出
if (VIN3421<0 ) VIN3421=0; // 数码管没编写显示负数的功能，电脑能直接显示负数
printf("I= ：%.5f ",VIN3421);
// 浮点数转长整数
V3421=VIN3421*10000; // 2V档，保留4位小数，2.0480
long_to_bcd(V3421);
delay300ms(); // 延时避免硬接频繁操作
delay300ms();
}
}
/*************************************************************************
// 计数器, DAT为计数脉冲输入端，上电瞬间如果CLK=0则清除计数值
*************************************************************************/
if ((P42==0)&&(P43==1))
{
DotCnt=0; // 计数器不显示小数
ReadFLASH(); // 读取单片机内部FLASH中保存的重要数据，只需2个时钟。
comparator_init(); // 比较器掉电中断初始化
EraseFLASH(); // 扇区擦除需要21mS
EX1_Init(); // 外部计数端口初始化
while(1);
}
/*************************************************************************
// 5位通用显示器
*************************************************************************/
if ((P42==1)&&(P43==0))
{
DotCnt =4; // 上电时显示0.0000
EX0_Init(); // 外中断0用于数据接收时钟输入端口
while(1)
{
if(ReciveOK) // 如果收到了40位数据，将数值转BCD码放入显示缓冲器。
{
long_to_bcd(DispData);
ReciveOK=0;
}
if(OverCount>=TimeOver) // 出现了超时错误
{
RecDatCount=0; // 将接收计数器清零
StartOverCount=0; // 接收到40个字符，清除计数标志
OverCount=0; // 清超时计数器
}
}
}
/*************************************************************************
// 18位分辨率电压表
*************************************************************************/
if ((P42==1)&&(P43==1))
{
if ((P36==0)&&(P37==0)) DotCnt=4; // 2V档，保留4位小数，2.0480
if ((P36==0)&&(P37==1)) DotCnt=3; // 20V档，保留3位小数, 20.048
if ((P36==1)&&(P37==0)) DotCnt=2; // 200V档，保留2位小数, 200.48
if ((P36==1)&&(P37==1)) DotCnt=2; // 1000V档，保留2位小数, 999.99
WrToMCP3421(SlaveADDR, 0x9C); // 1001 1100 18位分辨率
delay300ms();
while(1)
{
RdFromMCP3421(SlaveADDR, test_data,3); //连续读取3个字节数据
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档
{
VIN3421=VIN3421*1.00; // 2V档，无衰减，精密校准
printf("2V ：%.5f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*10000; // 2V档，保留4位小数，2.0480
}
if ((P36==0)&&(P37==1)) // 20V档
{
VIN3421=VIN3421*10.00; // 20V档，10倍衰减+衰减电阻误差补偿
printf("20V ：%.4f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*1000; // 20V档，保留3位小数，20.480
}
if ((P36==1)&&(P37==0)) // 200V档
{
VIN3421=VIN3421*100.00; // 200V档，100倍衰减+衰减电阻误差补偿
printf("200V ：%.3f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*100; // 200V档，保留2位小数，204.80
}
if ((P36==1)&&(P37==1)) // 1000V档
{
VIN3421=VIN3421*1.00; // 2V档，无衰减，精密校准
printf("2V ：%.5f ",VIN3421);
V3421=VIN3421*10000; // 2V档，保留4位小数，2.0480
}
VIN3421=VIN3421*10.00; // 20V档，10倍衰减+衰减电阻误差补偿
//
VIN3421=VIN3421-0.000; // 要求零输入零输出
if (VIN3421<0 ) VIN3421=0; // 数码管没编写显示负数的功能，电脑能直接显示负数
printf("20V ：%.5f ",VIN3421);
// 浮点数转长整数
if ((P36==0)&&(P37==0)) V3421=VIN3421*10000; // 2V档，保留4位小数，2.0480
if ((P36==0)&&(P37==1)) V3421=VIN3421*1000; // 20V档，保留3位小数, 20.048
if ((P36==1)&&(P37==0)) V3421=VIN3421*100; // 200V档，保留2位小数, 200.48
if ((P36==1)&&(P37==1)) V3421=VIN3421*100; // 1000V档，保留2位小数, 999.99
long_to_bcd(V3421);
delay300ms(); // 延时避免硬接频繁操作
delay300ms();
}
}
}
void X1_ISR(void) interrupt 2 // 外部中断1中断函数实现计数功能
{
Power_up.times++;
long_to_bcd(Power_up.times);
}

复制代码

ID:140358 · 发表于 2016-10-4 07:19

很好！很实用的

ID:84250 · 发表于 2016-12-30 16:56

楼主编程风格严谨，值得我们学习，赞

ID:200118 · 发表于 2017-5-24 23:22

下载学习

ID:216902 · 发表于 2017-7-3 20:22

学习 MCP3421 ADC

ID:421232 · 发表于 2018-12-12 19:42

谢谢分享

ID:288930 · 发表于 2019-1-18 13:57

谢谢分享！

ID:384252 · 发表于 2019-4-30 12:00

没有用过18位的ADC，不知道这么高精度的ADC读出来的值是否会稳定呢？另外，使用18位ADC采样的电压值，在数码管上显示会跳动吗？

ID:717268 · 发表于 2020-3-27 23:38

本人觉得此处使用18位的ADC时，输出显示位数可以扩充到十万为甚至百万位。

ID:800180 · 发表于 2020-7-14 09:02

STC15F2K60S2芯片引脚功能有没有

ID:501595 · 发表于 2020-7-26 08:53

正好需要，下载下来做一个看看

ID:895892 · 发表于 2021-3-24 20:19

好教材值得收藏

ID:1007039 · 发表于 2022-3-8 21:32

已下载收藏，慢慢学习。

ID:968906 · 发表于 2023-4-6 16:24

没有用过18位的ADC，不知道这么高精度的ADC读出来的值是否会稳定呢？另外，使用18位ADC采样的电压值，在数码管上显示会跳动吗？

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第14章-精密电压表_电流表_显示器_计数器

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