計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

目錄TOC\o"1-3"\h\u78391.題目背景與意義 2256672設(shè)計(jì)題目介紹 272992.1基本要求 261272.2發(fā)揮部分 2148723系統(tǒng)總體框架 3213814系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 340874.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3264024.1.1AT89C52的主要工作特性 320584.1.2管腳說明 436544.1.3AT89C51的最小電路 5276864.2A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 6159954.2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu) 627024.2.2引腳功能 621294.2.3ADC0808與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì) 7101134.3D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 713334.3.1DAC0830的主要工作特性 7277124.3.2引腳功能 8248004.3.3DAC0830與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì) 8182174.4顯示裝置 9172784.4.1LM032L的管腳功能 935564.4.2顯示器與8031電路的連接設(shè)計(jì) 10188664.5外部鍵盤 11311534.6聲光報(bào)警電路 11251304.7上位機(jī)通訊 1159684.7.1設(shè)計(jì)原理 12256944.7.2上位機(jī)通信的的實(shí)現(xiàn) 12202614.8基于AT98C51單片機(jī)的總系統(tǒng)仿真圖 1347775.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 1439746.結(jié)論 142535參考文獻(xiàn)： 141.題目背景與意義《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》是一門技術(shù)性、應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)課教環(huán)節(jié)是它的一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié)。不論是硬件擴(kuò)展、接口應(yīng)用還是編程方法、程序調(diào)試，都離不開實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。如果不在切實(shí)認(rèn)真地抓好學(xué)生的實(shí)踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學(xué)習(xí)，勢必出現(xiàn)理論與實(shí)踐脫節(jié)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)的局面?！队?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?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)涉及MCS-51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，使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)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(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，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。2設(shè)計(jì)題目介紹設(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(hào)測控裝置。要求該信號(hào)測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號(hào)，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)。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(hào)此處定為：0～5V/4～20mA(0～20mA2.1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(hào)。3)用1號(hào)圖紙1張或者采用Protel軟件畫出電原理圖。4)用1號(hào)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(duì)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)每天寫出工作進(jìn)程日記。2.2發(fā)揮部分1)可將系統(tǒng)擴(kuò)展為多路。可在此系統(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Protues仿真軟件對(duì)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)總體框架圖1總體框圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能8位CPU和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。4.1.1AT89C52的主要工作特性·與MCS-51兼容·4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路4.1.2管腳說明VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出4.1.3AT89C51的最小電路圖2AT89C51最小電路圖4.2A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)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(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。4.2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。圖3ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖4ADC0808引腳結(jié)構(gòu)圖4.2.2引腳功能ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖4所示。各引腳功能如下：1～5和26～28（IN0～I(xiàn)N7）：8路模擬量輸入端。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(hào)，輸入，高電平有效。6（START）：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少100ns寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）。7（EOC）：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，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(hào)，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)連接的電路設(shè)計(jì)ADC0808通過中斷方式與AT89C51單片機(jī)的硬件接口電路如圖5所示（為了提高單片機(jī)CPU的利用率一般采用中斷法）圖5ADC0808中斷方式AT89C51單片機(jī)的硬件接口電路4.3D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)DAC0830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。4.3.1DAC0830的主要工作特性·分辨率為8位；·電流穩(wěn)定時(shí)間1us；·可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；·只需在滿量程下調(diào)整其線性度；·單一電源供電（+5V～+15V）；·低功耗，20mW。4.3.2引腳功能·D10～D17：8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(huì)出錯(cuò))；·ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；·CS：片選信號(hào)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(hào)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?！OUT1：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(hào)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(hào)地；·DGND：數(shù)字信號(hào)地。圖6DAC0830引腳4.3.3DAC0830與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì)DAC0830與單片機(jī)連接如圖7所示圖7DAC0830與單片機(jī)連接的電路4.4顯示裝置由于LCD液晶顯示器具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等諸多其他顯示器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種智能型儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。4.4.1LM032L的管腳功能1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣圖8LM032L管腳圖引腳符號(hào)功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線1位9DB2底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線2位10DB3底4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線3位11DB4高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線4位12DB5高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線5位13DB6高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線6位14DB7高4位三態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線7位（最高位）（也是busyflag）表1LM03L管腳表4.4.2顯示器與8031電路的連接設(shè)計(jì)圖9顯示器連線圖4.5外部鍵盤鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(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。這里我使用獨(dú)立式鍵盤電路，獨(dú)立鍵盤:編程簡單。所用鍵盤是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)時(shí)，鍵盤的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)；按下時(shí)，兩個(gè)觸點(diǎn)閉合。通過按鍵在常態(tài)與被按下時(shí)的通斷，操作人員就可以通過鍵盤向微控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或者控制命令等，從而實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)通信。圖10連接原理圖圖11實(shí)際連接圖其中，S2是用于進(jìn)入鍵盤調(diào)節(jié)模式和退出鍵盤調(diào)節(jié)模式；S3是用于增加上限值；S4用于減小上限值；S5用于增加下限值；S6用于減小下限值。4.6聲光報(bào)警電路當(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。其電路圖如圖12所示。圖12聲光報(bào)警電路圖4.7上位機(jī)通訊MCS-51單片機(jī)有一個(gè)可編程的串行接口，它是一個(gè)全雙工的通信端口，可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。串行通信接口的優(yōu)點(diǎn)在于使用較少的傳輸線即可完成數(shù)據(jù)的傳輸。4.7.1設(shè)計(jì)原理RS-232C是異步通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，它定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的