BTEC單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、2004年智能儀器課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄一、前言 2二、課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31、 項(xiàng)目32、 具體要求33、 系統(tǒng)概述34、 操作指南35、 所用芯片4三、總體設(shè)計(jì) 41、硬軟件平臺(tái)42、總體框圖 43、整體設(shè)計(jì)思路 54、程序總框圖5四、硬件部分 61、傳感器72、多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)73、濾波器84、差分式放大電路 85、A/D轉(zhuǎn)換電路啊 86、 微處理器（MCU） 97、 鍵盤顯示 11五、總結(jié) 13六、鳴謝 14七、參考文獻(xiàn) 15附：系統(tǒng)總體原理圖 前言 在生活和生產(chǎn)中的各個(gè)領(lǐng)域，凡是有自動(dòng)控制要求的地方都會(huì)有單片機(jī)的身影出現(xiàn)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從空中、地面到地下，凡是能想像到的地方幾乎都有單片

2、機(jī)的使用需求。 單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高勞動(dòng)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動(dòng)環(huán)境，減少能源和材料消耗，保證安全等， 但是，單片機(jī)應(yīng)用的意義絕不僅限于它的廣闊的范圍以及所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益上，更重要的意義還在于：?jiǎn)纹瑱C(jī)的應(yīng)用正從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分控制功能，現(xiàn)在已經(jīng)能使用單片機(jī)通過(guò)軟件（程序）方法實(shí)現(xiàn)了。這種以軟件取代硬件并提高系統(tǒng)性能的控制系統(tǒng)“軟化”技術(shù)，稱為微控制技術(shù)。微控制技術(shù)是一種全新的概念，是對(duì)傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。隨著單片機(jī)應(yīng)用的推廣普及，微控制技術(shù)必將不斷發(fā)展、日益完善和

3、更加充實(shí)！ 2004年12月 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1項(xiàng) 目：熱電偶多路溫度檢測(cè)儀 設(shè)計(jì)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、差分放大電路等對(duì)4種不同熱電偶的輸出信號(hào)巡回檢測(cè)、 顯示、鍵盤參數(shù)設(shè)置、 打印溫度等功能。2具體要求：（1）ADC0809轉(zhuǎn)換（2）LED顯示（3）鍵盤參數(shù)設(shè)置（4）模擬量輸出（5）數(shù)據(jù)打印3、系統(tǒng)綜述：根據(jù)以上要求，本系統(tǒng)從軟件到硬件都做了精心的設(shè)計(jì)，其特色如下：（1）四級(jí)量程轉(zhuǎn)換，提高了分辨率（2）設(shè)定報(bào)警閥值，屏蔽字母鍵，防止誤動(dòng)作（3）采用采樣多次取其均值的數(shù)字濾波技術(shù)，使顯示更穩(wěn)定（4）設(shè)定值可任意給定和修改（5）設(shè)定值和所選量程及AD采樣值都在LED上顯示，便于核對(duì)（6）設(shè)定報(bào)警閥值和量程

4、轉(zhuǎn)換均可在線修改4、操作指南：鍵的定義：按鍵功能EXEC轉(zhuǎn)換量程N(yùn)EXT啟動(dòng)采樣LAST設(shè)定報(bào)警量程選擇：C0-25D0-50E0-75F0-99具體步驟：I. 按下EXEC鍵，選擇量程II. 按下LAST鍵，設(shè)定報(bào)警閥值III. 按下NEXT鍵，開(kāi)始顯示溫度5課程設(shè)計(jì)所用芯片：1. 溫度傳感器2. 差動(dòng)放大濾波器3. 80C514. A/D08095. AD75036. 8279專用接口芯片總體設(shè)計(jì)1軟硬件平臺(tái)啟東計(jì)算機(jī)廠 實(shí)驗(yàn)儀器產(chǎn)品介紹：系列實(shí)驗(yàn)儀為啟東計(jì)算機(jī)廠深入研究教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求，結(jié)合多年單片機(jī)仿真器的強(qiáng)大技術(shù)實(shí)力，潛心開(kāi)發(fā)研制生產(chǎn)的新一代實(shí)驗(yàn)儀系列產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)儀的最新版本配

5、套軟件,運(yùn)行于中文Win9X/NT的純32位集成環(huán)境，集源文件編輯/調(diào)試/實(shí)驗(yàn)指南于一體。調(diào)試部分調(diào)試軟件方便實(shí)用，可方便得進(jìn)行實(shí)驗(yàn)源程序的調(diào)試，各種系統(tǒng)寄存器、標(biāo)志位、RAM區(qū)方便直觀地的顯示修改。實(shí)驗(yàn)指南部分包含實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理圖、實(shí)驗(yàn)位置圖、以及實(shí)驗(yàn)中用到的部分芯片資料。2熱電偶多路溫度檢測(cè)儀的總體結(jié)構(gòu)框圖：A/D轉(zhuǎn)換MCU鍵 盤顯 示報(bào) 警溫度傳感器濾波電路放大電路3總體設(shè)計(jì)思路：根據(jù)課程設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖，擬定了如下設(shè)計(jì)思路：1) 傳感器部分：使用溫度傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)采集，并把溫度信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)，傳送給濾波電路。2) 濾波放大電路部分：使用低通濾波器，把

6、從溫度傳感器傳送過(guò)來(lái)的電信號(hào)進(jìn)行濾波處理，去除干擾信號(hào)和不適合測(cè)量溫度的電信號(hào)。使用差動(dòng)放大器，給電信號(hào)進(jìn)行放大，適合A/D轉(zhuǎn)換。3) A/D轉(zhuǎn)換：使用A/D0809把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換，使輸出量為099的十進(jìn)制數(shù)，存在單片機(jī)的內(nèi)存單元中。4) LED顯示：把A/D轉(zhuǎn)化的并已經(jīng)存放在單片機(jī)中的數(shù)字讀入顯示緩沖區(qū)，在LED顯示器上循環(huán)顯示。5) 鍵盤控制：設(shè)計(jì)鍵盤，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的控制。6) 燈光報(bào)警：設(shè)定上限、下限進(jìn)行報(bào)警。 4程序總框圖8279初始化顯示P等待按鍵功能鍵？NEXTEXECLAST等待按鍵顯示顯示兩位？啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換AßA/4四次？為 標(biāo)度轉(zhuǎn)換顯示報(bào)警

7、有鍵按下？C?D?E?F?功能鍵？數(shù)字鍵？顯示25顯示50顯示75顯示99 硬件部分要求：系統(tǒng)硬件部分包括傳感器、前置信號(hào)處理單元（放大器，濾波器等）、 A/D轉(zhuǎn)換、微處理器（MCU）、鍵盤、顯示、打印、報(bào)警、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、程控增益放大電路、通信接口電路等；1傳感器本設(shè)計(jì)采用的是熱電偶溫度傳感器。熱電偶分裝配式熱電偶和鎧裝熱電偶兩種。裝配式熱電偶 裝配式熱電偶主要由接線盒、保護(hù)管、絕緣套管、接線端子、熱電極組成基本結(jié)構(gòu)，并配以各種安裝固定裝置組成。 鎧裝熱電偶 鎧裝熱電偶的結(jié)構(gòu)原理是：由導(dǎo)體、高純氧化鎂和不銹鋼保護(hù)管經(jīng)多次一體拉制而成,主要由接線盒、接線端子和鎧裝熱電偶組成基本結(jié)構(gòu)，并配以各種

8、安裝固定裝置組成，具有能彎曲、耐高壓、耐震動(dòng)、熱響應(yīng)時(shí)間快和堅(jiān)固耐用等許多優(yōu)點(diǎn)。它和裝配式熱電偶一樣，作為測(cè)量溫度的傳感器，通常和顯示儀表、記錄儀和控制器配套使用，也可以作為裝配式熱電偶的感溫元件，可以直接測(cè)量各種生產(chǎn)過(guò)程中從0800范圍內(nèi)的液體、氣體介質(zhì)以及固體表面的溫度。2、多路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（MUX） 多路轉(zhuǎn)換器有普通型和精密型兩種，本設(shè)計(jì)采用后一AD7503。其單端連接圖如下：多路開(kāi)關(guān)3 濾波器就一個(gè)系統(tǒng)而言，各種電磁干擾在接口處最為嚴(yán)重，它既能將系統(tǒng)外部的電磁干擾傳導(dǎo)或輻射到系統(tǒng)內(nèi)部，又可將系統(tǒng)內(nèi)部的電磁干擾傳導(dǎo)或輻射到系統(tǒng)外部。因此，接口處的連接器在抗電磁干擾中起著極其重要的作用

9、，用于某控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸，同時(shí)起到抗電磁干擾的作用。 濾波組件的電路原理圖4差分式放大電路 差分式放大電路是集成電路運(yùn)算放大器的重要組成單元，它既能放大直流信號(hào)，又能放大交流信號(hào)；它對(duì)差模信號(hào)具有很強(qiáng)的放大能力，而對(duì)共模信號(hào)卻具有很強(qiáng)的抑制能力。 差分式放大電路是一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)端口有兩個(gè)端子，可以輸入兩個(gè)信號(hào)，輸出兩個(gè)信號(hào)。其端口結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。 注意：普通放大電路也可以看成是一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)，但每個(gè)端口都有一個(gè)端子接地。因此，只能輸入一個(gè)信號(hào)，輸出一個(gè)信號(hào)。5A/D轉(zhuǎn)換電路 本設(shè)計(jì)采用的是A/D0809，其原理圖和芯片引腳圖如下：ADC0809原理圖 A/D 0809芯片接口及基本資

10、料A/D0809是8位8路A/D轉(zhuǎn)換芯片，其分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100微秒，輸入電壓為0-5伏，單電源，中速，無(wú)漏碼，不必調(diào)零和調(diào)滿刻度。使用簡(jiǎn)單，但必須外加時(shí)鐘。6微處理器（MCU）   80C51是INTEL公司MCS-51系列單片機(jī)中最基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術(shù)制造的高性能8位單片機(jī)，屬于標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，它繼承和擴(kuò)展了MCS-48單片機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。     80C51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

11、器RAM、32個(gè)雙向輸入/輸出(I/O)口、2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和5個(gè)兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩電路。    此外，80C51還可工作于低功耗模式，可通過(guò)兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時(shí)器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時(shí)鐘振蕩停止，同時(shí)停止芯片內(nèi)其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。 主要功能特性：  · 標(biāo)準(zhǔn)MCS-51內(nèi)核和指令系統(tǒng)· 4kB內(nèi)部ROM（外部可擴(kuò)展至64kB）  

12、;· 32個(gè)可編程雙向I/O口· 128x8bit內(nèi)部RAM(可擴(kuò)充64kB外部存儲(chǔ)器)  · 2個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器· 時(shí)鐘頻率0-16MHz  · 5個(gè)中斷源· 5.0V工作電壓  · 可編程全雙工串行通信口· 布爾處理器  · 2層優(yōu)先級(jí)中斷結(jié)構(gòu)· 電源空閑和掉電模式  · 快速脈沖編程· 2層程序加密位  · PDIP和PLCC封裝形

13、式· 兼容TTL和CMOS邏輯電平 7鍵盤顯示 原理與功能： 在外接的鍵盤功能板上，按數(shù)字鍵，數(shù)碼管上應(yīng)相應(yīng)能顯示按下的數(shù)字，按下功能鍵，能相應(yīng)執(zhí)行其它功能程序。 利用8279可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤/顯示器的自動(dòng)掃描，以減輕CPU負(fù)擔(dān)，具有顯示穩(wěn)定，程序簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)作等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)利用8279實(shí)現(xiàn)顯示掃描自動(dòng)化。 其中8279芯片接口與8279工作原理如圖所示：接口原理與接線圖：1將DVCC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上J8插座與鍵盤顯示板用扁平電纜相連。2.將KEY區(qū)D0D7用8芯排線連到BUS2區(qū)XD0XD7上。3. 將KEY區(qū)WR、RD、ALE分別連到BUS3區(qū)XWR、XRD、ALE上。4.KEY區(qū)

14、A0連到BUS1區(qū)XA0上。5. KEY區(qū)RST連到MP區(qū)SP上。6. KEY區(qū)KCS連到SELET區(qū)的Y3上。7. 在DVCC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上按F2鍵進(jìn)入仿真1態(tài)，即顯示“P.”，從起始地址08F0H開(kāi)始連續(xù)執(zhí)行程序。8279的使用原理圖如下：從以上的原理圖可以看出在外接的鍵盤功能板上，按數(shù)字鍵，數(shù)碼管上應(yīng)相應(yīng)能顯示按下的數(shù)字，按下功能鍵，能相應(yīng)執(zhí)行其它功能程序。8279流程框圖：總結(jié)為期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了。通過(guò)本次的智能儀器課程設(shè)計(jì)，加深了我單片機(jī)方面的知識(shí)也經(jīng)驗(yàn)，也提高了我對(duì)課本上知識(shí)的認(rèn)識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，培養(yǎng)并提高了個(gè)人的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)也遇到了不少的困難，對(duì)芯片的不熟悉、還有對(duì)課本上的知識(shí)不能完全弄懂，所以對(duì)著這個(gè)課題顯得還有點(diǎn)難。本設(shè)計(jì)我采用的是使用一個(gè)模塊作為主模塊進(jìn)行全局控制，與各個(gè)功能模塊相連，實(shí)現(xiàn)各自的功能，然后再把這些模塊結(jié)合起來(lái)。本次實(shí)驗(yàn)中我把鍵盤這個(gè)模塊作為主控制模塊， 總的來(lái)說(shuō)達(dá)到了老師所給的設(shè)計(jì)要求。并且促進(jìn)了個(gè)人思維的發(fā)展，提高了自己的創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)以后到社會(huì)中工作奠定了一個(gè)好的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1楊欣榮智能儀器原理、設(shè)計(jì)與發(fā)展中南大學(xué)出版社，20032徐仁貴等單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社，20013李廣弟等單片機(jī)基礎(chǔ)修訂本北京航空航天大學(xué)出版社，20014公茂法等