计算机控制系统课程设计

1、1 .题目背景与意义22设计题目介绍21.1 基本要求21.2 发挥部分23系统总体框架34系统硬件设计31.1 单片机最小系统设计 31.1.1 AT89C52的主要工作特性 31.1.2 管脚说明41.1.3 AT89C51的最小电路 51.2 A/D转换器设计61.2.1 内部结构61.2.2 弓I脚功能61.2.3 ADC0808与单片机连接的电路设计 71.3 D/A转换器设计71.3.1 DAC0830的主要工作特性71.3.2 引脚功能81.3.3 DAC0830与单片机连接的电路设计 81.4 显示装置91.4.1 LM032L的管脚功能91.4.2 显示器与 8031电路的连

2、接设计 101.5 外部键盘111.6 声光报警电路111.7 上位机通讯111.7.1 设计原理121.7.2 上位机通信的的实现 121.8 基于AT98C51单片机的总系统仿真图 135 .系统软件设计145.1 主程序框图145.2 显木子程序框图 145.3 键盘子程序流程图 155.4 数据转换程序框图166 .结论17参考文献:171 . 题目背景与意义计算机控制系统是一门技术性、应用性很强的学科，实验课教环节是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验课教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出

3、现理论与实践脱节，学习与应用脱节的局面。计算机控制系统课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及 MCS-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目标板的设计与编程应用， 使学生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。2 设计题目介绍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

4、性、性价比等原则性要求。标准电压/电流信号此处定为：05V/420mA (020mA2.1 基本要求1) 充分理解题目要求，确定方案。2) 合理选择器件型号。3) 用 1 号图纸1 张或者采用Protel 软件画出电原理图。4) 用 1 号图纸1 张画出软件结构框图。5) 写出设计报告，对课程设计成品的功能进行介绍及主要部分进行分析与说明。6) 每天写出工作进程日记。2.2 发挥部分1）可将系统扩展为多路。可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED、与上位机 通讯功能。2）完成以上基本设计部分之后，可以运用Protues仿真软件对设计结果进行相应 的编程和仿真，调试测控系统并观察其运行结果 （

5、可以分部分完成）。3系统总体框架使拟量输出WDACOffiC.-1 ?4LS 373输出图1总体框图4系统硬件设计4.1 单片机最小系统设计A T89C51是一种带4K字节FLASH#储器（的低电压、高性能 CMOS位微处 理器，俗称单片机。由于将多功能8位CPlft闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的AT89C51是一种高效微控制器。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了 一种灵活性高且价廉的方案。4.1.1 AT89C52的主要工作特性 与MCS-51兼容 4K字节可编程FLASH#储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0Hz-24MHz 三级程序

6、存储器锁定 128X8位内部RAM 32可编程I/O线 两个16位定时器/计数器 5个中断源,可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路4.1.2 管脚说明VCC供电电压。GND接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当 P0 口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入 口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1 口： P1 口是一个内部提供上拉电阻的 8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接 收

7、输出4TTL门电流。P1 口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 FLASH 编程和校验时，P1 口作为低八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收， 输出4个TTL门电流，当P2 口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行 存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内部上拉优势， 当对外部八位地址数

8、据存储器进行读写时，P2 口输出其特殊功能寄存器的内容。 P2 口在FLASHS程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输 入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （用行输出口）P3.2 /INT0 （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 T0 （计时器0外部输入）

9、P3.5 T1 （计时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RSTW两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的 低位字节。在FLASH®程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时， 将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SF

10、R8EK址上置0。此时，ALE 只有在执行MOVX MOV蜡令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果 微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个 机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的 /PSEN信 号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH, 不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1时，/EA将内部锁定为RESET当 /EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在 FLASHS程期间，此引脚也用于 施加12V编程电源（VPP 。XT

11、AL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出4.1.3 AT89C51的最小电路.13nil 加 i卬万支tot wrFES用 11ME心 ML1J%如仙用口 FillErwm railTDM3,1型NT1fK由4TOE1£pi-smF1JBFJJM 词P17PM网。id 1 工1|1|百图2 AT89C51最小电路图4.2 A/D转换器设计ADC080配采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通 8 路模拟输入信号中的一个进行 A/D转换。4.2.1 内部结构AD

12、C0808是CMOSt片型逐次逼近式A/D转换器，它有8路模拟开关、地址锁 存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。毗图3 ADC0809内部结构面1K0C219 WnIMOCLOCKIIM1STARTIIM2IM3EOCIMSOLT1IPJ6OLT2IM7OLT3OUT4ACC AOLT5户口 6GLT6ADD COLT7ALEVREF( + )卜 REFROE1067 .212019生 815,ll 712,ADC0808图4 ADC0809引脚结构图4.2.2 引脚功能ADC0808E片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图4所示。各引脚功能 如下：15和2628 (IN0IN7)

13、 : 8路模拟量输入端。8、14、15和1721: 8位数字量输出端。22 (AL6 :地址锁存允许信号，输入，高电平有效。6 (START : A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲(至少 100ns宽) 使其启动(脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换)。7 (EOC : 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)。9 (OE :数据输出允许信号，/&入，高电平有效。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。10 (CLK :时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640KHz12 (VREF(+)

14、和16 (VREF(-):参考电压输入端11 (Vcc):主电源输入端。13 (GND :地。2325 (ADDA ADDB ADDC : 3位地址输入线，用于选通 8路模拟输入中 的一路。4.2.3 ADC0808与单片机连接的电路设计ADC0809!过中断方式与8031单片机的硬件接口电路如图 5所示(为了提 高单片机CPU勺利用率一般采用中断法)图5 ADC0809中断方式与8031单片机的硬件接口电路4.3 D/A转换器设计DAC0830是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个 DA 芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到 广泛的应用。D

15、/A转换器由8位输入锁存器、8位DACJ存器、8位D/A转换电 路及转换控制电路构成。I4.3.1 DAC0830的主要工作特性 分辨率为8位； 电流稳定时间1us； 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入; 只需在满量程下调整其线性度； 单一电源供电(+5V+15功； 低功耗，20mW4.3.2 引脚功能 Dig D17: 8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器 的数据会出错）； ILE:数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； CS片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；, WR1数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于 500ns）有效。由 ILE、CS WR的逻

16、辑组合产生LE1,当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入 数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存； XFER数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns） 有效； WR2 DACJ存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2 XFER勺逻辑组合产生LE2,当LE2为高电平时，DACJ存器的输出随寄存器的输 入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入 DACJ存器并开始D/A转换。 IOUT1:电流/&出端1,其值随DACJ存器的内容线性变化； IOUT2:电流输出端2,其值与IOUT1值之和为一常数； Rfb:反馈信号输入线，改变Rfb端

17、外接电阻值可调整转换满量程精度； Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V+15乂 VREF基准电压输入线，VREF勺范围为-10V+10V; AGND模拟信号地； DGND数字信号地。U82234567g工10CS WR1 GND DI3 DI2 DI1 DIOVREF RFE GNDVCCIL=(BYWY2)WR2XFERDI4DI5DIGDI7I0UT2I0UT120JS17而_13K11DACU830图6 DAC0830引脚4.3.3 DAC0830与单片机连接的电路设计DAC0830t单片机连接如图7所示图7DAC0832与单片机连接的电路4.4 显示装置由于LCD液晶显示器具有功耗

18、低、体积小、重量轻、超薄等诸多其他显示器 无法比拟的优点，已广泛应用于各种智能型仪表和低功耗电子产品中。4.4.1 LM032L的管脚功能1602字符型LCD!常有14条引脚线或16条引脚线的LCD多出来的2条线 是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16却），其控制原理与14脚的LCD完全一 样LCD131 O L±J >图8 LM032L管脚图引脚”号功能说明1VSS一般接地2VDD接电源（+5V）3V0液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生鬼影：使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度）。4RSRS为寄存器选择，高电平

19、 1时选择数据寄存器、低电平 0时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平（1）时进行读操作，低电平（0）时进行写操作。6EE（或EN）端为使能（enable）端，下降沿使能。7DB0底4位二态、 双向数据总线 0位（最低位）8DB1底4位二态、双向数据总线 1位9DB2底4位二态、 双向数据总线 2位10DB3底4位二态、 双向数据总线 3位11DB4局4位二态、 双向数据总线 4位12DB5局4位二态、 双向数据总线 5位13DB6局4位二态、 双向数据总线 6位14DB7局4位二态、 双向数据总线 7位（最局位）（也是busy flag ）表1 LM03L管脚表4.4.2 显示

20、器与8031电路的连接设计图9显示器连线图4.5外部键盘键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人 工干预单片机的主要手段。这里我使用独立式键盘电路，独立键盘：编程简单。所用键盘是一种常开型按钮开关， 常态时，键盘的两个触点处于断开状态； 按下 时，两个触点闭合。通过按键在常态与被按下时的通断， 操作人员就可以通过键 盘向微控制系统输入数据或者控制命令等，从而实现简单的人机通信。图10连接原理图图11实际连接图其中，S2是用于进入键盘调节模式和退出键盘调节模式；S3是用于增加上限值；S4用于减小上限值；S5用于增加下限值；S6用于减小下限值。4.6 声光报警电路当传感器

21、所采集的信息通过单片机处理，如果超过设置的上限值或低于下限值时，蜂鸣器进行报警，红灯亮起。其电路图如图12所示图12声光报警电路图4.7 上位机通讯MCS-51单片机有一个可编程的串行接口，它是一个全双工的通信端口，可以同时接收和发送数据。串行通信接口的优点在于使用较少的传输线即可完成数 据的传输。4.7.1 设计原理RS-232C是异步通信中应用最广的标准串行接口，它定义了数据终端设备和数据通信设备之间的串行接口标准。目前，PC都配有标准的RS-232接口，RS-232标准规定了 25针连接器， 但在实际应用中并不一定用到 RS-232的全部信号线，所以，PC机配置的都是9 针“D”型连接器

22、。下图为RS-232的“D'型9针插头的引脚定义。图13 “D”型9针插头引脚定义9个引脚的功能见表2弓1脚号符号力向功能1DCD输入数据载体检测2TXD输出发送数据3RXD输入接收数据4DTR输出数据终端准备好5GND信号地6DSR输入数据通信设备准备好7RTS输出请求发送8CTS输入清除发送9RI输入振铃指示表2 9针MAX-232接口引脚图4.7.2 上位机通信的的实现这里我使用 MAX232s现TTL/RS-232之间的电平转换，图 13是MAX232f0832和CONN-D9F连接电路领工也 司凶| 司MCQ和皿 弭IXW匍，谴卬以匚阐 用1阳P?；Q1U pzan 仁甘4壮 吟*阴ITXM 耳 pmisP9UP