微机原理课程设计基于DVCC实验箱的电厂锅炉给水pH值检测系统接口设计

1、微机原理课程设计目录第1章 绪论11.1 设计目的11.2 设计要求1第2章 设计原理22.1 总体设计22.2 工作原理分析2第3章 器件选型43.1 at89c51单片机43.2 a/d转换器53.2.1 a/d工作原理53.2.2 ad0809介绍53.3 移位寄存器63.4 led显示部分73.5 整体仿真电路8第4章 程序设计9第5章 心得体会12参考文献13第1章 绪论1.1 设计目的针对锅炉给水系统，为保证锅炉安全而经济地运行，需对水(补给水或凝结水)进行净化、软化、除盐、除气等处理，再对锅炉给水进行调质，在水中加入适量的酸碱液，使水的ph值在指定数值或设定范围。ph值是考察溶液

2、酸度的一个重要参数，但在线ph值的测量还没有很好地应用于电厂锅炉补给、锅炉给水以及循环冷却水中。通过ph值的在线检测，可及时调节系统中的ph值，使其控制在最佳范围内，从而达到减缓锅炉设备腐蚀、结垢的目的。由于电厂锅炉给水温度的变化直接影响ph值测量的准确性，采用现有的温度补偿方法也只能减小温度的影响，却无法补偿给水本身的温度特性带来的偏差，为提高ph值测量的准确性，采用计算机自动进行补偿，可消除温度的影响，提高ph值测量的准确性。本设计是通过dvcc试验箱实现对检测数据的调整，最后显示其真实值。本设计的主要目的为：1.了解并掌握单片机的原理、结构、指令、输入输出接口及应用。 2.熟悉dvcc实

3、验系统的软、硬件结构，并能利用此系统进行开发设计。 3.掌握汇编语言程序设计和调试。4.掌握ph值传感器的特性及输出信号特点并能实现信号的转换及最终的ph值的显示。1.2 设计要求开发型单片单板机dvcc-51是一种简易在线开发系统，它具有开发编程功能，可用于用户8031单片机系统的在线cpu仿真/调试，而且它自身就是一台以8031单片机为cpu的单板机，可直接用于工业过程控制、实时数据采集/处理系统和各种智能仪器仪表。本设计主要通过dvcc-51来实现软件与硬件的调试，以达到设计的目的。本设计的要求如下：设计指标：ph测量范围 0-14，精度0.1，具有温度补偿能力。1、基于dvcc实验箱，

4、调通a/d转换器，并能实现对输入的信号进行转换。2、根据ph值传感器输入的信号特点，进行量纲的转换和数据的显示。3、并最终将测出的ph值实现远传（即具有和上位机pc机通讯的能力）。第2章 设计原理2.1 总体设计本系统主要由单片机，ph传感器，温度补偿电路，信号调理电路及数码管显示模块组成。其流程图如图2-1所示。图2-1 系统整体结构ph电极产生与水ph有关的微弱电信号，经过调理电路处理后为0-5v标准电信号，然后送给adc0809八位高精度模数转换器，将0-5v的标准模拟电信号转换为数字信号。同时温度补偿电路也将信号连入单片机，单片机对信号进行各种处理，通过转换公式再换算成对应的ph值。经

5、过处理的参数信号通过显示电路进行显示，使人们能直观的看到ph显示。2.2 工作原理分析本系统主要部分为a/d转换和单片机，由于对精度没做很大要求，我们采用逐次逼近式a/d转换adc0809。由于adc0809在进行a/d转换时需要有clk信号，而此时的adc0809的clk是接在at89c51单片机ale信号4分频后的引脚上。因此产生clk信号的方法就不用软件来产生了，直接由单片机硬件来完成，通过旋钮改变输入电压。adc0809的参考电压vrefvcc，所以转换之后的数据要经过数据处理，通过程序处理的过程就包含了实现了量程变换，本次设计采用c语言编程，然后再由单片机的串行口输出给显示电路。而显

6、示电路则是由74ls164和数码管连接起来的，最后把数据送入数码管显示，选用3个共阴极数码管进行显示当前ph的变化值。adc0809与单片机8032的连接，所需要的芯片在dvcc面板上都有，查找其模数转换应用原理图如图2-2所示。图2-2 a/d转换adc0809应用原理图第3章 器件选型3.1 at89c51单片机图3-1 单片机引脚图at89c51是美国atmel公司生产的低功耗，高性能cmos8位单片机，片内含4k bytes的可系统编程的flash只读程序存储器,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准8051指令系统及引脚。它集flash程序存储器既可在线编程（

7、isp）也可用传统方法进行编程及通用8位微处理器于单片芯片中，功能强大，而且价位低。管脚图如图3-1所示。40个引脚按引脚功能大致可分为4个种类：电源、时钟、控制和i/o引脚。管脚功能说明：1.电源:vcc 芯片电源，接+5v；vss 接地端。 2.时钟:xtal1、xtal2 晶体振荡电路反相输入端和输出端。 3.i/o线:8031共有4个8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32个引脚。p3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总线）。 4.p3口第二功能：p30/rxd，串行输入口；p31/txd，串行输出口；p32/int0，外部中断0(低电平有效）；p33

8、/int1，外部中断1(低电平有效）；p36/wr，外部数据存储器写选通(低电平有效）；p37/rd，外部数据存储器读选通(低电平有效）。3.2 a/d转换器3.2.1 a/d工作原理常用的a/d转换原理可分为逐次逼近式和双积分式两种。前者转换时间短(几s到100s），适用于工业生产过程的控制；后者转换时间长(几ms到100ms），适用于实验室标准测试。a/d转换器选用adc0809模拟/数字转换器。adc0809是带有8位a/d转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的cmos 组件。它是逐次逼近式a/d 转换器，可以和单片机直接接口。根据a/d转换器的原理，n位a/d转换器输出的二进

9、制数字量b与模拟输入电压vi 、正基准电压vref+ 、负基准电压vref- 的关系为式(3-1)所示： (3-1)3.2.2 ad0809介绍adc0809是8位逐次逼近式ad转换器，包括8位模数转换器、8通道多路转换器和与微处理器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能根据地址锁存译码后的信号，选通8路模拟输入信号中的一个进行ad转换。 图3-2 adc0809的内部逻辑结构图如图3-2为adc0809的内部逻辑结构图。adc0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个a/d转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用a/d转换器进行转换。三

10、态输出锁器用于锁存a/d转换完的数字量，当oe端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。adc0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3-3所示。下面说明各引脚功能。 图3-3 adc0809模数转换器的引脚功能in0in7为8路模拟量输入端；d0d7 为8位数字量输出端；adda、addb、addc为3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路；ale为地址锁存允许信号，输入，高电平有效；start为a/d转换启动信号，输入，高电平有效；eoc为a/d转换结束信号，输出，当a/d转换结束时，此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)；oe为数据输出允许信号，输入，高电平

11、有效。当a/d转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量；clk为时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz；ref(+)、ref(-)为基准电压；vcc为电源，单一5v；gnd为地。3.3 移位寄存器74ls164是8位串入并出移位寄存器。是高速硅门cmos器件，与低功耗肖特基型ttl(lsttl) 器件的引脚兼容。74ls164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端(dsa或dsb)之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。 时钟(c

12、p)每次由低变高时，数据右移一位，输入到q0，q0是两个数据输入端（dsa和dsb）的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。 主复位(mr)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。74ls164管脚封装图如图3-4所示：图3-4 74ls164封装图引脚功能：clock：时钟输入端；clear：同步清除输入端（低电平有效）； a，b：串行数据输入端；q0q7：输出端；3.4 led显示部分显示部分采用三位共阴极数码管，共阴极数码管是把所有led的阴极连接到共同接点，而每个led的阳极分别为a、b、c、d、e、f、g及dp（小数点

13、），如图3-5所示。图中的8个led分别与上面那个图中的adp各段相对应，通过控制各个led的亮灭来显示数字。图3-5 数码管引脚图led数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据led数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。 静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的i/o端口进行驱动，或者使用如bcd码二十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用i/o端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根i/o端口来驱动，要知道一个89s51单片机可用的i/o端口才32个），

14、实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。 动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极com增加位选通控制电路，位选通由各自独立的i/o线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码。通过分时轮流控制各个数码管的的com端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为12ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量

15、的i/o端口，而且功耗更低。3.5 整体仿真电路图3-6 系统仿真图单片机控制adc0809接收调理电路的输出信号05v的电压信号，单片机控制adc0809将模拟信号转换为0255的数字信号，数字信号不能直接用于显示，所以单片机需要将数字信号进行处理，转换为需要三位数码管显示的ph值0到14的范围 。系统原理图如图3-6所示。第4章 程序设计本程序采用adc0809的转换完成标志位eoc作为转换完成的标志，然后将数据读进来，进行一系列的处理，包括量程变换等后，再送给数码管显示，采用动态显示，每个数码管显示完的标志为ti，以此做为下一个数码管显示的标志。图4-1 程序流程图其程序流程是：进入主程

16、序后，先置p1.0口为1，然后将三个数码管显示0，以此点亮数码管，这时候进入主循环，先判断p1.0是否等于1，如果等于1时，则进行a/d转换，并且将上次转换完成的数据提取出来，送给单片机进行数据处理，处理包括标度变换，将数据处理完以后送给数码管进行显示，显示等待一段时间，判断a/d是否转换完成，即p1.0是否等于1，如果没有转换完成，则再等待一段时间继续查询，直到转换完成为止，再进行数据处理显示，依次循环。其程序流程图如图4-1所示。程序代码如下所示：#include reg51.h#include absacc.hunsigned int wait_ms( unsigned int dela

17、y_val ) /延时程序 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,0x0e0,0x0fe,0x0f6; unsigned char cod

18、e 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 为百位 b=z%100; c=b/10; /c 为十位 d=b%10; / d为个位 ti=0; /送数 sbuf=dbd; while(ti=0) ti=0; sbuf=db1c; while(ti=0) ti=0; sbuf=dba; while(ti=1) wait_ms(100); /等待延时 第5章 心得体会微机原理课程设计包括了a/d转换器与单片机的连接，数码管显示。其任务主要是完成数码管的显示和被测量的变换。回顾起此次单片机课程设计，我感慨颇多，主要的困难来自对程序的理解。从理论到实践，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。这次课设让我对实验台有了足够的了解，让我知道了实验台上各个模块的用法；而且它还让我对自己动手写程序来控制实验台的运作有了一定的基础。虽然实验台只是一个小型的模拟平台，但是通