《计算机控制系统》课程设计报告

1、氐M电力*学课程设计报告学生姓名邱博学 号： 2013307010326学院：自动化工程学院班级：自动133题目：计算机控制系统指导教师：赵波，姜文娟 职称： 副教授2016年6月27日目录1 题目背景与意义 12 设计题目介绍 12.1 设计要求 12.2 设计意义 23 系统总体框架 23.1 系统设计思路 23.2 系统框架 24 系统硬件设计 34.1 单片机部分 34.1.1 单片机引脚介绍 34.1.2 单片机的最小实现 44.2 A/D 转换电路 64.2.1 芯片选择 64.2.2 电路连接 64.3 D/A 转换电路 74.4 模拟信号输入通道 94.5 键盘模块 1.04.

2、6 数码管显示电路 1.24.6 报警电路 1.25 系统软件设计 1.45.1 主程序框图 1.45.2 键盘控制程序框图 1.55.3 数据转换程序框图 1.55.4 显示程序框图 1.75 结论 1.8参考文献 1.91 题目背景与意义在自动控制系统的实际工程中， 经常需要检测被测对象的一些物理参数， 如 温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。它们要由传感器转 换成电压信号，再经 A/D 转换器变换成计算机能够处理的信号。同样，计算机 控制外设，如电动调节阀、 模拟调速系统时， 就需要将计算机输出的数字信号经 过 D/A 转换器变换成外设能接受的模拟信号。本次计算机控制系

3、统 课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基 础上，通过完成一个基于51单片机，A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能 的小系统的设计与编程应用， 使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应 用结合起来， 而且能够对电子电路、 电子元器件、等方面的知识进一步加深认识， 同时在系统设计、 软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼 和提高。帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解， 从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及 A/D 和 D/A 功能的实现。2 设计题目介绍2.1 设计要求设计一个基于单片机的具有 A/D 和 D/A 功能的信号测控装置。 要

4、求该信号 测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压 /电流信号， 并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。标准电压 /电流信号定为：05V/4 20mA （020mA）。2.2 设计意义了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、 方法及实现， 为以后设计和 实现单片机应用系统打下良好基础。3 系统总体框架3.1 系统设计思路根据题目要求寻找满足设计要求的芯片， 定下具体框架， 从题目可知其主要 由三部分构成。首先是输入通道由 A/D 转换装置，其次为单片机部分，第三部 分是输出通道即 D/A 转换装置。除主要部分外为了让装置具有更完善的功能， 选用键盘显示报警等。3

5、.2 系统框架系统框架如图 1 所示。模拟量输入模拟量输出图14系统硬件设计4.1单片机部分本次课设选取AT89C5伪主控制器，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储 器（FPEROFlash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压、 高性能CMOS啦微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复 擦除1000次。该器件采用ATMEI高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标 准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统 提供了一种灵活性高并且价廉的方案。4.1.1单片机引脚介绍1、P0 口

6、有三个功能:（1）外部扩充存储器时，当作数据总线（D0-D7。（2）外部扩充存储器时，当作地址总线（A1-A7）。（3） 不扩充时，可做一般I/O 口使用，但内部没有上拉电阻，作为输入或输出时 应在外部接上拉电阻。2、P1 口只做I/O 口使用，其内部有上拉电阻3、P2 口 有两个功能：（1）扩充外部存储器时，当作地址总线（A8-A15）使用。（ 2）做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。4、P3.0-P3.7 统称为 P3 口。除作为准双向 I/O 口使用外，还可以将每一位用 于第二功能，而且 P3 口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或 第三功能。P3.0RXD（串行输入口

7、）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INTO （外部中断）P3.3/INT1 （外部中断）P3.4TO （TIMERO勺外部输入脚）P3.5T1 （TIMER1的外部输入脚）P3.6/WR （外部数据存储器的写入控制信号）P3.7/RD （外部数据存储器的读取控制信号）5、EA/VPP（ 1）接高电平时：a CPU读取内部程序存储器（ROM）。b、扩充外部ROM :当读取内部程序存储器超过某一值时，自动读取外部ROM。（2）接低电平时: CPU 读取外部程序存储器（ ROM ）。4.1.2 单片机的最小实现1） 单片机最小系统复位电路的极性电容C2的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用

8、1030uF， 51 单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。2）51 单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。3) 51单片机最小系统起振电容 C1、C3 一般采用1533pF,并且电容离晶 振越近越好，晶振离单片机越近越好。具体电路图如图2所示CRYCTALII X1UI3&7XTAL1PQiQDDPDL1M)I旧邮WXTA12PDOMD3PH讷 DLPDLMPDMD6PDUDlP2DM5P2.1M3陀那4P5EHP23W11陋的2莎P2ST3PZfiftKpzmrsF1DO?2P3JGI/EMDI1.1/T3EXP3.I/TXC旳湖NTDPjnNTT

9、I*14町E科号旧TlP1J&P3J6WUFPI.IF3.T/!frn1S111236354.2 A/D转换电路4.2.1芯片选择为了简化电路，这里我们选用 ADC0831芯片进行模数转换处理。ADC8031 为8位模数转换器，只有6支接脚，具有一组电压输入，透过 AD转换成8位元 数位值，微控制器读取转换结果，操作非常方便。5U21VREFCLK136DO图34.2.2电路连接F)图44.3 D/A转换电路D/A转换电路采用DAC0832进行数模转换。DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，具有双缓冲器输入结构。其引脚图如图5所示。1）0832引脚功能DAC0832是20引

10、脚的双列直插式芯片。各引脚的特性如下：CS片选信号，和允许锁存信号ILE组合来决定 是否起作用。ILE 允许锁存信号。WR1写信号1,作为第一级锁存信号，将输入资料锁存到输入寄存器（此 时，必须和、ILE同时有效）。WR2写信号2,将锁存在输入寄存器中的资料送到 DAC寄存器中进行 锁存（此时，传输控制信号 必须有效）。XFER传输控制信号，用来控制DI7DI0 8位数据输入端。IOUT1 模拟电流输出端 1。当 DAC 寄存器中全为 1时，输出电流最大， 当 DAC 寄存器中全为 0时，输出电流为 0。IOUT2 模拟电流输出端 2。 IOUT1+IOUT2= 常数。RFB反馈电阻引出端。D

11、AC0832内部已经有反馈电阻，所以，RFB端可 以直接接到外部运算放大器的输出端。 相当于将反馈电阻接在运算放大器的输入 端和输出端之间。VREF参考电压输入端。可接电压范围为土10V。外部标准电压通过VREF 与 T 型电阻网络相连。VCC芯片供电电压端。范围为 +5V+15V，最佳工作状态是+15V。AGND 模拟地，即模拟电路接地端。DGND 数字地，即数字电路接地端。2)0832工作方式DAC0832有如下3种工作方式： 单缓冲方式。单缓冲方式是控制输入寄存器和 DAC寄存器同时接收资料， 或者只用输入寄存器而把 DAC 寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟 量输出或几路模拟量

12、异步输出的情形。 双缓冲方式。 双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料， 再控制输入寄存器 的输出资料到 DAC 寄存器，即分两次锁存输入资料。 此方式适用于多个 D/A 转 换同步输出的情节直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即/CS , /XFER/WR1 , /WR2均接地，ILE接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。D/A转换电路如图6所示ue-居g亡-G91DW2-DH3XFERatsDll仙DIS-DE1口氐-VREFDirFUFBOUT2ounnnBAGIK32:的I .CH E

13、 .口口 TU9：A1?16叫15it -It13it1211A4.4模拟信号输入通道在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号 420mA，这里我选取温度测 量元件作为传感器，其输出电压经过一系列电路的变化送到 ADC0831的输入端, 参考电路见图7所示。图74.5键盘模块加入键盘是为了便于人机互动，方便工作人员即时调整工况。其电路图如图8所示，其中，S1用于增加上限值；S2是用于减小上限值4.6数码管显示电路LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用 了 8个LED发光二极管，其中7个用于显示字符，1个用于显示小数点，故称之 为7段发光二极管数码显示器。这里为了

14、简化电路，用单片机对数码管直接进行控制，其电路图如图9所示。RP1IPOORDD R3lJDsra.3nDi 曲13Hnj.-.“ PQrJW殆冲 RZU昭 iP2WW FZ11 won F25P-13 R26.14 KZTPiialn1T5AXjn3T1$InE1,2k L图94.6报警电路在测量值达到上限值时，报警电路启动，电路图如图10图105系统软件设计5.1主程序框图整体程序框图如图11所示5.2键盘控制程序框图键盘扫描控制程序框图如图12所示:现场恢复返回图12键盘控制程序框图5.3数据转换程序框图数据转换程序框图如图13所示图13数据转换程序框图5.4显示程序框图显示程序框图如图

15、14所示。1r熄灭所有数码管开始J将百位数送到P0开第一位数码管，延时将十位数送到P0开第二位数码管，延时将个位数送到P0开第三位数码管，延时图14显示程序框图5结论经过仿真实验，发现数码管显示的数字与温度传感器上显示的温度一致， 并且在温度传感器示数变化的同时， 数码管显示的数字也同时变化。按键的作用 也基本实现，故可认为本次课设基本完成。仿真结果如下图所示。尽管这次设计的时间是短暂的，但过程是曲折的，对我来说，收获最大的是 方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力。在整个过程中，我发现像我们 这些学生最最缺少的是经验，没有感性的认识，空有理论知识，有些东西很可能 与实际脱节。总体来说，我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的，它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来， 从中暴露出自身的不足，以待改参考文献1 冯显英 , 葛荣雨 . 基于数字温湿度传感器 SHT11 的温湿度