計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

..課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)生姓名:學(xué)號：學(xué)院自動化工程學(xué)院班級題目計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).1題目背景與意義1.1設(shè)計(jì)背景在自動控制系統(tǒng)的實(shí)際工程中，經(jīng)常需要檢測被測對象的一些物理參數(shù)，如溫度、流量、壓力、速度等，這些參數(shù)都是模擬信號的形式。它們要由傳感器轉(zhuǎn)換成電壓信號，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變換成計(jì)算機(jī)能夠處理的信號。同樣，計(jì)算機(jī)控制外設(shè)，如電動調(diào)節(jié)閥、模擬調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，就需要將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器變換成外設(shè)能接受的模擬信號。本次《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)的目的就是讓同學(xué)們在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)涉及單片機(jī)A/D和D/A多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，使我們不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、等方面的知識進(jìn)一步加深認(rèn)識，同時(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。幫助同學(xué)們增進(jìn)對單片機(jī)的感性認(rèn)識，加深對單片機(jī)理論方面的理解，從而更好的掌握單片機(jī)的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用以及A/D和D/A功能的實(shí)現(xiàn)。使學(xué)生了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過程、方法及實(shí)現(xiàn)，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。1.2設(shè)計(jì)意義通過設(shè)計(jì)此測控裝置，加深對控制系統(tǒng)的理解，達(dá)到活學(xué)活用的目的。理論結(jié)合實(shí)踐，鍛煉綜合運(yùn)用能力。2設(shè)計(jì)題目介紹2.1設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的具有A/D和D/A功能的信號測控裝置。要求該信號測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號。并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價(jià)比等原則性要求。標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號此處定為：0～5V/4～20mA2.2設(shè)計(jì)要求2.2.1基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的具有A/D和D/A功能的信號測控裝置。要求該信號測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號。并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價(jià)比等原則性要求。1.基本要求：1)充分理解題目要求，確定方案。2)合理選擇器件型號。3)用1號圖紙1張或者采用Protel軟件畫出電原理圖。4)用1號圖紙1張畫出軟件結(jié)構(gòu)框圖。5)寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，對課程設(shè)計(jì)成品的功能進(jìn)行介紹及主要部分進(jìn)行分析與說明。6)每天寫出工作日記。2.發(fā)揮部分：1)可將系統(tǒng)擴(kuò)展為多路?？稍诖讼到y(tǒng)中擴(kuò)展鍵盤、顯示（LCD/LED）、與上位機(jī)通訊功能。2)完成以上基本設(shè)計(jì)部分之后，可以運(yùn)用Proteus仿真軟件對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的編程和仿真，調(diào)試測控系統(tǒng)并觀察其運(yùn)行結(jié)果(可以分部分完成)。3系統(tǒng)總體框架上位機(jī)通信顯示模塊聲光報(bào)警鍵盤模塊模擬量輸出模擬量輸入DAC0832ADC0808AT89C51上位機(jī)通信顯示模塊聲光報(bào)警鍵盤模塊模擬量輸出模擬量輸入DAC0832ADC0808AT89C514硬件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)單片機(jī)是在在芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一臺計(jì)算機(jī)的主要器件：CPU、運(yùn)算器、存儲器、I/O口及其他功能部件的一塊單晶芯片。因此它的功能很強(qiáng)大，廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)中。4.1.1單片機(jī)的選擇此次設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)作為處理核心。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，內(nèi)含32根雙向且分別可尋址的IO線，128字節(jié)RAM，2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，全雙工異步串行口，2個(gè)中斷優(yōu)先級，5個(gè)中斷源，片內(nèi)有時(shí)鐘振蕩器。4.1.2時(shí)鐘電路89C51的時(shí)鐘信號通常由兩種方式產(chǎn)生：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。實(shí)際應(yīng)用中通常采用外接晶振的內(nèi)部時(shí)鐘方式，在滿足系統(tǒng)功能的前提下，應(yīng)選擇低一些的晶振頻率。重要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振即可。其中C2和C3的作用是穩(wěn)定頻率和快速起振。4.1.3復(fù)位電路單片機(jī)的初始化操作，給復(fù)位腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就使AT89C51復(fù)位。復(fù)位時(shí)，PC初始化0000H，程序從0000H單元開始執(zhí)行。除系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序出錯(cuò)（如程序跑飛）或操作錯(cuò)誤時(shí)系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，需按復(fù)位鍵使RST腳為高電平，使AT89C51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新啟動程序。復(fù)位電路與單片機(jī)連接如圖。4.2A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入通道的任務(wù)是把在工業(yè)現(xiàn)場中采集到的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識別的數(shù)字量。模擬量輸入通道一般有信號預(yù)處理、多路模擬開關(guān)、前置放大器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口和控制電路組成。其核心是A/D轉(zhuǎn)換器。4.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的選擇目前轉(zhuǎn)換器的型號有很多，精度和位數(shù)的選擇范圍很大。對于本次設(shè)計(jì)，可選用8路的轉(zhuǎn)換器。位數(shù)越多，精度越高，現(xiàn)在普遍使用ADC0808，它的性價(jià)比高，而且滿足本次設(shè)計(jì)。4.2.2ADC0808功能簡介ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時(shí)采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808引腳結(jié)構(gòu)各引腳功能如下ADC0808管腳圖8、14、15和17～21：8位數(shù)字量輸出端。22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。6（START）：A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。7（EOC）：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）。9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。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。10（CLK）：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。12（VREF（+））和16（VREF（-））：參考電壓輸入端11（Vcc）：主電源輸入端。13（GND）：地。23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。4.2.3ADC0808與單片機(jī)的連接4.3D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器有串并行兩種，在測控系統(tǒng)中，長對轉(zhuǎn)換速度有一定要求，主要采用并行D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器是將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬量——電壓或電流。4.3.1D/A轉(zhuǎn)換器的選擇由于之前的A/D轉(zhuǎn)換器選用的是8位的，因此D/A轉(zhuǎn)換器也應(yīng)選擇8位的。從性價(jià)比、轉(zhuǎn)換精度等各方面比較，該設(shè)計(jì)選用的轉(zhuǎn)換器是DAC0832。4.3.2D/A轉(zhuǎn)換器功能簡介DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。DAC0832引腳結(jié)構(gòu)各引腳功能如下*D0~D7:8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯(cuò));*ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效;*CS:片選信號輸入線(選通數(shù)據(jù)鎖存器)，低電平有效;*WR1:數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500ns)有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存;*XFER:數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500ns)有效;*WR2:DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖(脈寬應(yīng)大于500ns)有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。*IOUT1:電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化;*IOUT2:電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù);*Rfb:反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度;*Vcc:電源輸入端，Vcc的范圍為+5V~+15V;*VREF:基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V~+10V;*AGND:模擬信號地;*DGND:數(shù)字信號地。4.3.3DAC0832與單片機(jī)的連接4.4鍵盤控制電路鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)想單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。在按下按鍵的時(shí)候，為了確保CPU對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵有效，必須消除按鍵抖動，我們采用軟件來消除按鍵抖動。鍵盤接口分為獨(dú)立式鍵盤接口和行列式鍵盤接口，由于本系統(tǒng)沒有太多的功能實(shí)現(xiàn)，對鍵盤上的選擇選用獨(dú)立式接口，這樣既能節(jié)省I/O口，也方便快捷的對單片機(jī)進(jìn)行控制。如下圖所示：4.5LCD顯示電路LCD是液晶顯示器英文名稱的縮寫，液晶顯示器是一種被動式的顯示器，即液晶本身并不發(fā)光，而是利用液晶經(jīng)過處理后能改變光線通過方向的特征，達(dá)到白底黑字或黑底白字顯示的目的。液晶顯示器具有功率低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用在儀器儀表和控制系統(tǒng)中。4.6報(bào)警指示燈電路當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，燈不亮。當(dāng)傳感器所采集的信息通過單片機(jī)處理，如果超過設(shè)置的上限值或低于下限值時(shí)，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，紅燈亮起。正常情況下不亮。本系統(tǒng)設(shè)置采用三極管驅(qū)動的蜂鳴器聲光報(bào)警電路，當(dāng)超過了設(shè)定值，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器和LED顯示器同時(shí)導(dǎo)通工作。4.6上位機(jī)通信上位機(jī)通訊對單片機(jī)而言，意義重大，不但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且也能實(shí)現(xiàn)電腦對單片機(jī)的控制。5結(jié)論通過兩周的課設(shè)，我收獲了很多。這次課設(shè)提高了自己解決問題的能力，提高了我對轉(zhuǎn)換電路的認(rèn)識，通過對LED顯示電路的設(shè)計(jì)，了解可以用了不同型號的芯片及不同方式驅(qū)動數(shù)碼管。同時(shí)，學(xué)會