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文档简介

1、京川电力工军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 22设计题目介绍22.1 设计要求22.2 设计意义23系统总体框架33.1 系统设计思路33.2 系统框架34系统硬件设计34.1 单片机部分34.1.1 单片机引脚介绍 44.1.2 单片机的最小实现54.2 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 模拟信号车入通道94.5 键盘模块104.6 数码管显示电路115系统软件设计13

2、5.1 主程序框图135.2 键盘控制程序框图 145.3 数据转换程序框图 145.4 显示程序框图 165结论17参考文献181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

3、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

4、压/电流信号定为:0 5V/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。3.2 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AT89C51为主控制器,AT89C51是一种带4K字

5、节FLASHff储 器(FPERO>MFlash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电压、 高性能CMOS W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®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。AT89C5111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 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

6、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)P3.1TXD (用行输出口)P3.2/INTO (外部中断)P3.3/INT1 (外部中断)P3.4TO (TIMERO勺外部输入脚)P3

7、.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

8、) 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01101CRYSTALw3 i_ r61U1YT0|l 1p 口口mn pn iahiPD2AD2P05MS P 口郁36 FO.TMTy i哼rcttP2WP2.1M PM如口IP2.M12 睨除口 P2j&niiALE 筐匚尸id-i nmPin/HXD F3.1/TX0 P32flMT5"r 11 V 忒=口 1个r I工P13P31MT1 paara P351Tl pgj&uuT P3.T 而"r i .1-口1工P1

9、JS 1 J2d 汇点31236PROGRAM-2.bei35DID:D:Di4.2 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。U2ADC4.2.2 电路连接图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。具引脚图如图5所示。1) 0832弓|脚功能DAC0832是20引脚的双列直插式芯片。各引脚的特性如

10、下:CS一片选信号,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00IOUT2 模拟电流输出端2。IOUT1+IOUT2=常数。RFB反馈电阻引出端。DAC0832内部已经有反馈电阻,所以,RFB端

11、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。可接电压范围为由0V。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

12、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/CSJXFER,/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。U8ddjt91Di=cWrTILECHV1/IIY5"GMDVUR2ID0XFERID 12DI4DllDEIDD。嚣VREFID ITRFBOUT2GNCDUT11吕11U9A516154.4 模拟信

13、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。4.5 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。R9 1 口其电路图如图8所示,其中,S1用于增加上限值;S2是用于减小上限值R10 1DIO OS2图94.6 数码管显示电路LE躁码显示器是一种由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。这里为了简化电路,用单片机对数码管直接进行控制

14、,其电路图如图9所示。F J DADO PD.mDI PODZ P加口 3 通明口。 P刘喃, PDJ&RDG PD.WDTpiaws PUjfffl 陞加I 口 建制1 建啪立 葭腑13 照&M* 建 11ftl54.7 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所示图11主程序框图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。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14所示。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 进。参考文献1冯显英,葛荣雨.基

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