北京科技大学EDA课程设计报告.doc

EDA课程设计报告

基于8051的可编程电量监测及显示系统
仿真电路设计

院 （系）： 自动化
专 业： 自动化
学生姓名： 宋凯
学 号： 41351080
指导教师： 王玲

小组分工
赵子秋：负责电路系统搭建。
宋凯：负责程序设计及调试。
陈经纬：负责课题选择、资料搜集以及协助调试电路及程序。

2015年10月 28 日
目录
一、概述 3
二、设计要求 3
2.1硬件要求 3
2.2软件要求 3
2.3其他要求 4
三、总体框图 4
四、功能模块 5
4.1模拟电源模块： 5
4.2A/D采样模块 6
4.38051控制、1602显示模块及蜂鸣器低电位报警模块 6
五、总体设计电路图 7
六、系统测试与结果分析 10
七、设计心得体会 12
八、参考文献 12

概述
本设计主要想法来自与生活中常用到的电池的电量显示，采用multisim中MCU库内的8051可编程控制芯片做主要控制芯片。外围模块包括LCD1602显示模块、蜂鸣器报警模块和电源电量模拟模块。通过外围电路的连接以及对8051写入相应程序，最终利用MULTISIM实现了对一个电源电量监测及显示系统的仿真。
设计要求
硬件要求
为了很好的实现在Multisim中对系统功能的实现，首先我们得了解8051可编程芯片的功能。由于8051自身不带A/D、D/A转换模块，我们还得了解A/D模块的使用方法。由于本次设计的显示模块用到了LCD1602，我们还得掌握LCD1602的配置使用方法及通信方式。最后搭建的电路要实现稳定输出、走线美观等要求。
软件要求
首先我们必须熟练掌握Multisim仿真软件的使用，其次因为本设计用到了可编程芯片8051，所以我们还得掌握一个编程软件的应用（本次设计选用的是Keil5）。
其他要求
我们必须掌握一些简单的数字电路的应用及查阅相关的相关技巧。
总体框图
开始

开关S4置于上方

否

是

电源电压
电容充电

对电压进行A/D转换
数字量输入到8051

8051控制

LCD显示
电源电压低于10%是控制蜂鸣器报警

结束

功能模块
1、模拟电源模块：

说明：为了模拟生活中电源电量，我们采用了如上图的电路结构。电路总电量是5V，其中Key=D是切换开关，当开关置于下端时，通过调节电位器R2可以对5V进行分压送入A/D模块采样端，模拟电源剩余电量不同时的情景，便于调试后面的显示电路时观测。当开关置于上端时，电容C1作为电源，R1作为生活中消耗电源电量的用电设备，S3的开断则表示用电设备用电与否，U6A的基极接到了8051芯片的PB3端，便于编程控制实现当检测到电源电量（即电容存放的电量）低于设定百分比时即刻给电容充满，同时接在PB3端的灯泡X2亮表示正在充电。完成充电后电容放电表示正在用电，如此循环，最终达到模拟生活中电源用电的目的。

2、A/D采样模块

说明：本设计A/D采样模块采用了Multisim自带的ADC模块，Vin端为模拟电源模块送来的模拟量（电源电压值），经过芯片内部转换成D0—D7端8位数字量送给8051可编程芯片进行程序处理。
3、8051控制、1602显示模块及蜂鸣器低电位报警模块

说明：8051可编程控制芯片的P1口接A/D模块送来的数字量，P0口接LCD1602的八个并行数据端。其中的蜂鸣器BUZZER则可在电量低于25%（程序控制）时产生“嘟嘟”的报警声，同时小灯泡X1也会亮起报警信号。

总体设计电路图

程序源码：
#include <reg51.h>
#include <string.h>
#include <intrins.h>
sbit RS=P3^5;
sbit E=P3^4;
sbit RW=P3^6;
sbit BUZZER=P3^7;
sbit CHARGE=P3^3;
typedef unsigned char u8;
typedef unsigned int u16;
void delay(void)
{
_nop_();
}

void write1bytecmd(u8 byte)
{
RS=0;
RW=0;
E=1;
delay();
P0=byte;
delay();
E=0;
RS=1;
RW=1;
}
void write1bytedata(u8 byte)
{
RS=1;
RW=0;
E=1;
delay();
P0=byte;
delay();
E=0;
RS=1;
RW=1;
}
void InitHD44780(void)
{
write1bytecmd(0x38);
write1bytecmd(0x0c);
write1bytecmd(0x06);
write1bytecmd(0x01);
}
void Display(void)
{
write1bytecmd(0x80);
write1bytedata('V');
write1bytedata('o');
write1bytedata('l');
write1bytedata('t');
write1bytedata('a');
write1bytedata('g');
write1bytedata('e');
write1bytedata(':');

write1bytecmd(0xc0);
write1bytedata('R');
write1bytedata('e');
write1bytedata('m');
write1bytedata('a');
write1bytedata('i');
write1bytedata('n');
write1bytedata(':');

}
void main(void)
{
u16 advalue;
float voltage;
int z,x;
int temp;
int b,s,g;
int pb,ps,pg;
int percent;
BUZZER=0;
InitHD44780();
Display();

while(1)
{
advalue=P1;
voltage=(advalue)/256.0*5;
percent=voltage*20;
temp=(int)voltage;
if(percent<=25)
BUZZER=1;
else
BUZZER=0;
if(percent<10)
CHARGE=1;
if(percent>85)
CHARGE=0;

z=temp;
x=(voltage-temp)*1000;
write1bytecmd(0x88);
write1bytedata(0x30+z);
write1bytecmd(0x89);
write1bytedata('.');
b=x/100;
s=(x-b*100)/10;
g=x%10;
pb=percent/100;
ps=(percent-pb*100)/10;
pg=percent%10;
write1bytecmd(0x8a);
write1bytedata(0x30+b);
write1bytecmd(0x8b);
write1bytedata(0x30+s);
write1bytecmd(0x8c);
write1bytedata(0x30+g);
write1bytecmd(0x8d);
write1bytedata('V');
write1bytecmd(0xc7);
if(pb==0)
write1bytedata(' ');
if(pb==1)
write1bytedata(0x31);
write1bytecmd(0xc8);
if(ps==0)
write1bytedata(' ');
else
write1bytedata(0x30+ps);
write1bytecmd(0xc9);
write1bytedata(0x30+pg);
write1bytecmd(0xca);
write1bytedata('%');

}

}
系统测试与结果分析
模拟电源充满电时：

此时按下模拟负载放电开关C：

此时观察到LCD显示电压正在下降。
当电量低于25%时，X1低电压报警灯亮，如图所示：

当电量低于10%时，X2充电指示灯亮，模拟电源充电值满电压的85%以上。如图所示：

SPACE开关为LCD背光，S3开关为模拟负载放电，S4开关为选择正常模式和模拟电压输入测试。
设计心得体会
本次设计我们以掌握实际应用电路设计方法为出发点，假想在使用Altium Designer设计PCB板之前要先进行仿真设计，从而通过这个简单的可编程控制电路的仿真了解了在进行EDA设计时Multisim仿真的应用。为我们后期制作小型控制系统打下了坚实的基础，为我们在设计PCB电路时增加了一道保险，为我们理解可编程芯片与外围电路的应用提供了很好的机会。
参考文献
[1] ，LCD1602液晶完整中文资料。
指导教师评语:

年 月 日
成绩

指导教师(签字):
指导教师评语及学生成绩