微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)

1、微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)目錄第1章 緒論11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)要求1第2章 設(shè)計(jì)原理22.1 總體設(shè)計(jì)22.2 工作原理分析2第3章 器件選型43.1 AT89C51單片機(jī)43.2 A/D轉(zhuǎn)換器53.2.1 A/D工作原理53.2.2 AD0809介紹53.3 移位寄存器63.4 LED顯示部分73.5 整體仿真電路8第4章 程序設(shè)計(jì)9第5章 心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)13第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)目的針對鍋爐給水系統(tǒng)，為保證鍋爐安全而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，需對水(補(bǔ)給水或凝結(jié)水)進(jìn)行凈化、軟化、除鹽、除氣等處理，再對鍋爐給水進(jìn)行調(diào)質(zhì)，在水中加入適量的酸堿液，使水的pH值在指定數(shù)值或設(shè)定范圍。pH值是考察溶液

2、酸度的一個(gè)重要參數(shù)，但在線pH值的測量還沒有很好地應(yīng)用于電廠鍋爐補(bǔ)給、鍋爐給水以及循環(huán)冷卻水中。通過pH值的在線檢測，可及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的pH值，使其控制在最佳范圍內(nèi)，從而達(dá)到減緩鍋爐設(shè)備腐蝕、結(jié)垢的目的。由于電廠鍋爐給水溫度的變化直接影響pH值測量的準(zhǔn)確性，采用現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償方法也只能減小溫度的影響，卻無法補(bǔ)償給水本身的溫度特性帶來的偏差，為提高pH值測量的準(zhǔn)確性，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，可消除溫度的影響，提高pH值測量的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)是通過DVCC試驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的調(diào)整，最后顯示其真實(shí)值。本設(shè)計(jì)的主要目的為：1.了解并掌握單片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、指令、輸入輸出接口及應(yīng)用。 2.熟悉DVCC實(shí)

3、驗(yàn)系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)，并能利用此系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。 3.掌握匯編語言程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。4.掌握PH值傳感器的特性及輸出信號特點(diǎn)并能實(shí)現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換及最終的PH值的顯示。1.2 設(shè)計(jì)要求開發(fā)型單片單板機(jī)DVCC-51是一種簡易在線開發(fā)系統(tǒng)，它具有開發(fā)編程功能，可用于用戶8031單片機(jī)系統(tǒng)的在線CPU仿真/調(diào)試，而且它自身就是一臺(tái)以8031單片機(jī)為CPU的單板機(jī)，可直接用于工業(yè)過程控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)和各種智能儀器儀表。本設(shè)計(jì)主要通過DVCC-51來實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的調(diào)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。本設(shè)計(jì)的要求如下：設(shè)計(jì)指標(biāo)：pH測量范圍 0-14，精度0.1，具有溫度補(bǔ)償能力。1、基于DVCC實(shí)驗(yàn)箱，

4、調(diào)通A/D轉(zhuǎn)換器，并能實(shí)現(xiàn)對輸入的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2、根據(jù)PH值傳感器輸入的信號特點(diǎn)，進(jìn)行量綱的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的顯示。3、并最終將測出的PH值實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳（即具有和上位機(jī)PC機(jī)通訊的能力）。第2章 設(shè)計(jì)原理2.1 總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由單片機(jī)，pH傳感器，溫度補(bǔ)償電路，信號調(diào)理電路及數(shù)碼管顯示模塊組成。其流程圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)PH電極產(chǎn)生與水pH有關(guān)的微弱電信號，經(jīng)過調(diào)理電路處理后為0-5V標(biāo)準(zhǔn)電信號，然后送給ADC0809八位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將0-5V的標(biāo)準(zhǔn)模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。同時(shí)溫度補(bǔ)償電路也將信號連入單片機(jī)，單片機(jī)對信號進(jìn)行各種處理，通過轉(zhuǎn)換公式再換算成對應(yīng)的pH值。經(jīng)

5、過處理的參數(shù)信號通過顯示電路進(jìn)行顯示，使人們能直觀的看到pH顯示。2.2 工作原理分析本系統(tǒng)主要部分為A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)，由于對精度沒做很大要求，我們采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換ADC0809。由于ADC0809在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)需要有CLK信號，而此時(shí)的ADC0809的CLK是接在AT89C51單片機(jī)ALE信號4分頻后的引腳上。因此產(chǎn)生CLK信號的方法就不用軟件來產(chǎn)生了，直接由單片機(jī)硬件來完成，通過旋鈕改變輸入電壓。ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，通過程序處理的過程就包含了實(shí)現(xiàn)了量程變換，本次設(shè)計(jì)采用C語言編程，然后再由單片機(jī)的串行口輸出給顯示電路。而顯

6、示電路則是由74LS164和數(shù)碼管連接起來的，最后把數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示，選用3個(gè)共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示當(dāng)前pH的變化值。ADC0809與單片機(jī)8032的連接，所需要的芯片在DVCC面板上都有，查找其模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用原理圖如圖2-2所示。圖2-2 A/D轉(zhuǎn)換ADC0809應(yīng)用原理圖第3章 器件選型3.1 AT89C51單片機(jī)圖3-1 單片機(jī)引腳圖AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（

7、ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大，而且價(jià)位低。管腳圖如圖3-1所示。40個(gè)引腳按引腳功能大致可分為4個(gè)種類：電源、時(shí)鐘、控制和I/O引腳。管腳功能說明：1.電源:VCC 芯片電源，接+5V；VSS 接地端。 2.時(shí)鐘:XTAL1、XTAL2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3.I/O線:8031共有4個(gè)8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個(gè)引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線）。 4.P3口第二功能：P30/RXD，串行輸入口；P31/TXD，串行輸出口；P32/INT0，外部中斷0(低電平有效）；P33

8、/INT1，外部中斷1(低電平有效）；P36/WR，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通(低電平有效）；P37/RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通(低電平有效）。3.2 A/D轉(zhuǎn)換器3.2.1 A/D工作原理常用的A/D轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式和雙積分式兩種。前者轉(zhuǎn)換時(shí)間短(幾s到100s），適用于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制；后者轉(zhuǎn)換時(shí)間長(幾ms到100ms），適用于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)測試。A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS 組件。它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的原理，n位A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)

9、制數(shù)字量B與模擬輸入電壓VI 、正基準(zhǔn)電壓VREF+ 、負(fù)基準(zhǔn)電壓VREF- 的關(guān)系為式(3-1)所示： (3-1)3.2.2 AD0809介紹ADC0809是8位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，包括8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器和與微處理器兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能根據(jù)地址鎖存譯碼后的信號，選通8路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。 圖3-2 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3-2為ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖。ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三

10、態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-3所示。下面說明各引腳功能。 圖3-3 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能IN0IN7為8路模擬量輸入端；D0D7 為8位數(shù)字量輸出端；ADDA、ADDB、ADDC為3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路；ALE為地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效；START為A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，輸入，高電平有效；EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)；OE為數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平

11、有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量；CLK為時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ；REF(+)、REF(-)為基準(zhǔn)電壓；Vcc為電源，單一5V；GND為地。3.3 移位寄存器74LS164是8位串入并出移位寄存器。是高速硅門CMOS器件，與低功耗肖特基型TTL(LSTTL) 器件的引腳兼容。74LS164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端(DSA或DSB)之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時(shí)鐘(C

12、P)每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。 主復(fù)位(MR)輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。74LS164管腳封裝圖如圖3-4所示：圖3-4 74LS164封裝圖引腳功能：CLOCK：時(shí)鐘輸入端；CLEAR：同步清除輸入端（低電平有效）； A，B：串行數(shù)據(jù)輸入端；Q0Q7：輸出端；3.4 LED顯示部分顯示部分采用三位共陰極數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管是把所有LED的陰極連接到共同接點(diǎn)，而每個(gè)LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)

13、），如圖3-5所示。圖中的8個(gè)LED分別與上面那個(gè)圖中的ADP各段相對應(yīng)，通過控制各個(gè)LED的亮滅來顯示數(shù)字。圖3-5 數(shù)碼管引腳圖LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口

14、才32個(gè)），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，

15、能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。3.5 整體仿真電路圖3-6 系統(tǒng)仿真圖單片機(jī)控制ADC0809接收調(diào)理電路的輸出信號05V的電壓信號，單片機(jī)控制ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為0255的數(shù)字信號，數(shù)字信號不能直接用于顯示，所以單片機(jī)需要將數(shù)字信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為需要三位數(shù)碼管顯示的pH值0到14的范圍 。系統(tǒng)原理圖如圖3-6所示。第4章 程序設(shè)計(jì)本程序采用ADC0809的轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位EOC作為轉(zhuǎn)換完成的標(biāo)志，然后將數(shù)據(jù)讀進(jìn)來，進(jìn)行一系列的處理，包括量程變換等后，再送給數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)顯示，每個(gè)數(shù)碼管顯示完的標(biāo)志為TI，以此做為下一個(gè)數(shù)碼管顯示的標(biāo)志。圖4-1 程序流程圖其程序流程

16、是：進(jìn)入主程序后，先置P1.0口為1，然后將三個(gè)數(shù)碼管顯示0，以此點(diǎn)亮數(shù)碼管，這時(shí)候進(jìn)入主循環(huán)，先判斷P1.0是否等于1，如果等于1時(shí)，則進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并且將上次轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)提取出來，送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理包括標(biāo)度變換，將數(shù)據(jù)處理完以后送給數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示等待一段時(shí)間，判斷A/D是否轉(zhuǎn)換完成，即P1.0是否等于1，如果沒有轉(zhuǎn)換完成，則再等待一段時(shí)間繼續(xù)查詢，直到轉(zhuǎn)換完成為止，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理顯示，依次循環(huán)。其程序流程圖如圖4-1所示。程序代碼如下所示：#include "reg51.h"#include "absacc.h"unsigned

17、int wait_ms( unsigned int delay_val ) /延時(shí)程序 unsigned int i; unsigned int ms_ctr; for ( i = 0; i < delay_val; i+ ) ms_ctr = 0x80;while ( ms_ctr ) ms_ctr-; return( delay_val );void main() /主程序unsigned char s,y; unsigned int a,b,c,d,z ; unsigned char code db=0x0fc,0x60,0x0da,0x0f2,0x66,0x0b6,0x0be,0

18、x0e0,0x0fe,0x0f6; unsigned char code db1=0x0fd,0x61,0x0db,0x0f3,0x67,0x0b7,0x0bf,0x0e1,0x0ff,0x0f7; SBUF=db0; SBUF=db0; SBUF=db0; P1_0=1; while(1) if(P1_0=1) XBYTE0X9000=0X00; s=XBYTE0X9000; ACC=s ; z=s*0.55; a=z/100;/a 為百位 b=z%100; c=b/10; /c 為十位 d=b%10; / d為個(gè)位 TI=0; /送數(shù) SBUF=dbd; while(TI=0) TI=0;

19、 SBUF=db1c; while(TI=0) TI=0; SBUF=dba; while(TI=1) wait_ms(100); /等待延時(shí) 第5章 心得體會(huì)微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)包括了A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接，數(shù)碼管顯示。其任務(wù)主要是完成數(shù)碼管的顯示和被測量的變換?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)，我感慨頗多，主要的困難來自對程序的理解。從理論到實(shí)踐，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。這次課設(shè)讓我對實(shí)驗(yàn)臺(tái)有了足夠的了解，讓我知道了實(shí)驗(yàn)臺(tái)上各個(gè)模塊的用法；而且它還讓我對自己動(dòng)手寫程序來控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)作有了一定的基礎(chǔ)。雖然實(shí)驗(yàn)臺(tái)只是一個(gè)小型的模擬平臺(tái)，