采用单片机的数字电压表头制作

　　数字万用表是由数字电压表头和转换电路组成的，本文的实验主要介绍怎样用ATmega8和LCD1602液晶显示模块组成数字电压表头，通过实验和学习使大家掌握ATmega8的ADC与LCD1602液晶显示模块的功能和使用方法。

　　一.ATmoga8模数转换(肌C)功能介绍

ATmega8提供6路逐次逼近型的ADC，其中ADC0～ADC3四个通道提供10位的转换精度，ADC4、ADC5两个通道只提供8位的转换精度。

　　进行AD转换时要有一个参考电压，参考电源可采用芯片内部的2.56V参考电压，或者采用AVCC，也可采用由引脚ARFE接入的外部参考电压。本例使用内部参考电压，并在引脚ARFE上接电容Cl以提高ADC的抗噪性能。

　　与ADC相关的寄存器主要有以下三种：

　　1．多工选择寄存器ADMUXADMUX中各位的定义见表1，其中REFSl、REFS0作ADC参考电源电压的选择控制，其取值和参考电压的对应关系见表2。

　　ADLAR为AD转换结果对齐方式选择。

　　MUX3～0为模拟通道选择，所取二进制数的值即为通道的号，比如取0011时表示选择ADC3通道，余下以此类推。

　　2．控制和状态寄存器ADCSRA．ADCSRA中各位的定义见表3。ADEN为ADC使能，写入“1”使能ADC，写入“0”关闭ADC。ADSC为ADC开始转换控制位。ADFR为连续模式选择，当该位被置“1”时，ADC工作在连续转换模式下，清零该位将中止连续转换模式。ADIF为中断标志位，ADIE为中断允许位。ADPS2～O为ADC预分频选择，这些位决定了XTAL时钟与输入到ADC的ADC时钟之间的分频数，见表4。

　　3．数据寄存位ADCL和ADCH当ADC转换完成时，可以在这两个寄存器读取转换的结果，这两个寄存器合起来为16位，转换结果只使用了其中的10位，当ADLAR=0，为右对齐，低8位使用．ADCL，高2位使用ADCH的低2位；当ADLAR=1，为左对齐，高8位使用ADCH，低2位使用ADCL的高2位。

　　二．LCD1602液晶显示模块

　　LCD1602液晶显示模块能显示的内容为16字符×2行，即最多显示32个字符。

　　1．引脚功能

　　LCDl602的引脚功能见表5。2．寄存器选择功能寄存器选择功能见表6。

　　3．指令功能

　　指令格式：RSR／WD7D6D5D4D3D2D1。D0例如要在LCD1602的数据寄存器写入数据0x41的指令为：1001000001，把这个二进制数送到LCD1602的4～14脚，就会在LCD1602的显示屏显示字符A，当然在这之前要先写入显示的地址。

　　4、标准字符库

　　有的读者可能会问：上面我们把数据0x41写入到LCD1602的数据寄存器，怎么显示出来的不是16进制的数字41而是A呢?原来是LCD1602给每个要显示的字符都定义了一个字符码，字符A的字符码就是0x41。LCD1602模块内有一个标准字符库，只要输入字符码就可以显示出对应的字符，常用字符的字符码就使用其在ASCⅡ码表中对应的字符码。在编写程序的过程中，如果使用汇编语言，我们必须给出字符的ASCⅡ码；如果使用ICCAVRC语言，可以给出字符的ASCⅡ码，也可以只给出要显示的字符，字符码由ICCAVR编译器自动生成，本文的配套程序采用的就是后一种方法。

　　三、数字电压表头实验

　　1．实验电路

　　利用单片机ATmega8与LCD1602设计一个数字电压表，能够测量0～2.5V的直流电压值，四位数码显示。

　　实验板上与数字电压表头有关的电路部分见下图，模拟电压通过J2输入到ATmega8的PC3脚，转换结果数据通过PB0～PB7输出到LCD1602显示，PC0～PC2是LCD1602的控制线。

　　2．程序设计

　　程序由主函数、初始化函数、AD转换函数、计数值处理函数、LCD显的工作过程是这样的：从J2输入的直流电压经ADC转换后由计数值处理函数把16进制的数转换成10进制的BCD码，再通过查表的方式得到对应数字的ASCⅡ码，最后通过LCD1602进行显示。

　　ADC转换结束后，在ADC数据寄存器中可以取得转换结果，其转换结果可表示为：ADC=(VIN×1024)／VREF，其中VIN表示输入电压，VREF表示选定的参考电源电压。由公式可知:当输入电压和参考电源电压相等时结果为1024，但由于ADC数据寄存器为10位二进制寄存器，能表示的最大值为1023,因此实际转换的结果为1023，即使输入电压大于参考电源电压，其结果仍然为1023，故输入电压必须不大于参考电源电压，否则得不到正确的转换结果。

　　在本文的实例中选择内部2.56V作为参考电源电压，最大输入电压可达2.56V，因此这里输入电压确定为0～2.5V，当输入电压为2.5V时，AD转换的结果正好为1000，为了在LCD1602上显示2500(单位为mV)，必须将结果乘以2.5送LCD1602显示。

　　为了能通过查表得到待显示数字的ASCⅡ码，定义了一个字符数组Table[]，并用字符串给这个数组赋值：Table[]=“0123456789”，例如LCD1602要显示数字0，只要读取ASCⅡ码0x30，即Table[0]=0x30而不是Table[0]=0，相应地Table[1]=0x31、Tablel[2]=0x32等等。上面由字符获得其ASCⅡ码的翻译工作是ICCAVR在编译时自动完成的。

　　3．电压测量

　　按右图的电路将可变电阻器RP输出的电压送到J2接口，图2中的5V电源就使用实验板上的电源。打开实验板的电源，调节RP我们就可发现LCD1602上显示数字跟着变化。

　　对于不大于2.5V的电压可以直接输入到J2测量其电压值，如果电压超过这一范围，就要改变数字电压表头的量程，比如把量程改为10V，这时只要做两件事情：一是按左图做一个转换电路，使其输入电压在0～10V变化时输出电压在0～2.5V变化，以满足ADC转换的要求。二是将程序中的语句“i=i*5／2；”改为“i=i*10；”，这时LCD1602的显示范围为0～9999。因为这里只显示4位，当电压为10V时最高位的1不能显示，显示数为0000，因此当量程大于10V时要修改源程序使得LCD1602显示5位数字，只有这样才能满足测量的要求。