测控系统原理课程设计

1、摘要本系统以AT89C52为核心器件，设计一种函数信号发生器，AT89C52是一个低电压高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes 的课反复擦写的 Flash 只读存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（ RAM） 。 本系统大致可分为四个模块， 单片机控制模块（ AT89C52） ，波形输出模块（DAC0832 UA741）,显示模块（数码管、电阻），按键模块。可以输出三角波、正向锯齿波、负向锯齿波和方波，波形清晰，系统采用按键输入，利用数码管显示电路输出数字显示的方案，其中： 0 为方波、 1 为正向锯齿波、 2 为负向锯齿波、 3 为三角波。 TOC o 1-5 h z

2、HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第一章设计内容及要求 2 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 第二章需求分析与设计思路 2第三章总体方案设计3硬件设计 3硬件设计系统总体框图 3单片机控制系统电路 3波形输出模块电路 3显示模块 3按键模块 3 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document 软件设计 4第四章详细设计4硬件电路原理图 4 HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 元件清单并说明元件选择及参数选择的依据 5仿

3、真运行结果 6 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 单片机片内资源分配图 7 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 软件流程图8程序清单及注释 8第五章使用说明9 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 性能和功能介绍 9 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 各操作开关、按钮、指示灯、显示器等的作用介绍 9 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 使用操作步骤 9 H

4、YPERLINK l bookmark27 o Current Document 故障处理9 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 第六章设计体会9第七章参考文献1010第一章 设计的内容及要求运用所学单片机、模拟和数字电路、以及测控系统原理与设计等方面的知识，设计出一台以AT89C52为核心的函数发生器，能分别产生三角波、正向锯齿波、负向锯齿波和方波，完成输出信号的产生、显示及键盘接口电路等部分的软、硬件设计，要求采用DAC0832实现D/A转换，利用按键（自行定义）进行输出波形选择，同时将当前输出波形代号显示在LED上：0为方波、1为正向锯齿波

5、、2为负向锯齿波、3为三角波。要求：1、设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统。2、函数发生器要求如下：1 ） 1位数码显示2）输出信号：05V。3）按键切换输出波形。第二章需求分析与设计思路本次设计要求设计一台以 AT89C52为核心函数信号发生器，由单片机完成人机界面、系统控制、信号的采集分析以及信号的处理和转换，系统采用按键输入，利用数码管显示电路输出数字显示的方案。故将设计分解为四个模块，单片机控制模块（AT89C52 ,数模转换放大（DAC0832 UA741）,显示模块（数码管、电阻），按键模块。波形的产生是通过 AT89C52 执行某一波形发生程序，向D/A转换器的

6、输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。 在AT89C52的P1 口接4个按扭，通过软件编程来选择各种 波形、幅值电压和频率，另有口管脚接七段数码管芯片，以驱动数码管显示电压幅值和频率，每种波形对应一个按钮。其中单片机控制电路主要是形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断；形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。显示电路则驱动1位七段数码管显示， 扫描按钮。波形转换电路将波形样值的编 码转换成模拟值，完成单极性的波形输出。 单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把各采样值

7、进行编码，的到的数字量存入各个波形表，执行程序时通过查表方法依次取出， 经过D/A转换后输出就可以得到波形。 利用按键进 行输出波形选择，同时将当前输出波形代号显示在LED上：0为方波、1为正向锯齿波、2为负向锯齿波、3为三角波。第三章总体方案设计硬件设计系统硬件总体框图如下：单片机控制系统电路AT89C52 是片内有ROM/EPROM单片机，因此，这种芯片构成的最小系统简单、可靠。 其主要功能是形成扫描码，键值识别、键处理、参数设置；形成显示段码；产生定时中断； 形成波形的数字编码，并输出到D/A接口电路和显示驱动电路。波形输出模块电路由于单片机采用编程方法产生四种波形、通过D/A转换*II

8、块DAC0832转换成模拟量在经过UA741进行放大之后输出。DAC0832K片是一种具有两个输入数据寄存器的8位DAC它能直接与MCS5伸片机接口。目前生产的DAC芯片分为两类，一类芯片内部设子有数据寄存器，不需要外加电路就可以直接与微型计算机接口。 另一类芯片内部没有数据寄存器，输出信号随数据输入线的状态变化而变化，必须通过并口接口与微型计算机接口。DAC0832是具有20条引线的双列直插式CMO器件，它内部具有两级数据寄存器，完成8位电流D/A转换，故不需外加电路。单片机向0832发送数字编码，产生不同的输出。先利用采样定理对各波形进行抽样，然后把 各采样值进行编码。显示模块功能：驱动L

9、ED,数码管显示数。数码管为共阴极，没有译码器再加上单片机电流不是很大，我们不接电阻让数码管最亮。按键模块需要选择四种波， 所以选用四个按键。 选用独立式键盘连接方式， 各按键相互独立， 每个按键的“接零端”均接地，每个按键的“测试端”分别接入AT89C51的一根输入线，即接方波输入，接正向锯齿波，接负向锯齿波，接三角波。软件设计软件由主程序和产生波形的子程序组成，主要是产生各种波形的子程序的编程，通过编程可得到各种波形。周期的改变可采用插入延时子程序的方法来实现。并且，我们要选中DAC0832对它进行清零。利用按键来控制来控制不同波形的输出。软件结构框图如下第四章 详细设计1 硬件电路原理图

10、硬件电路原理图如下所示连线步骤:日A l口.田，* 配如“ 口， w，i*:ap m.igP七&M FZJ0M1 FAEZFfnl r Ff MilA PZJMtS二li 酒 f| r | P-kjyw rn IMtT3.4/TiD*3JWTF33. I 苛加收 0X3 *IT*!在 F- 0W Z.ztiznn*7nNT1数码管显示为2时输出负向锯齿波feHH望|墨JVLHTULnPHIlAif盘UM-HF l t4T1gmpniTr-i割代J Ji-LI UiVTAlIrw*M FILEI 1 口？ TDjhM lUKAiM , m*A1Ert vu口“XI 阳4工：帆2 P2W-N “

11、Miilfe单片机片内资源分配表端口用途端口用途按键输入、数码管显示P0、P2地址总线线P0数据总线写控制线软件流程图程序清单及注释（见附录）第五章使用说明性能和功能介绍该函数发生器具有价格低、性能好、操作方便、体积小等优点。由于采用了UA741运算放大器，使其电路更加具有较高的稳定性、性能比高。此电路清晰，出现故障容易查找错误，操作简单、方便。各操作开关、按钮、指示灯、显示器等的作用介绍按钮的作用就是对输出波形进行选择，四个按钮相互独立，显示器的作用就是输出波形代号：。为方波、1为正向锯齿波、2为负向锯齿波、3为三角波。使用操作步骤故障处理在软件设计时，开始不能实现各个波之间的切换，或者无法

12、出现波形， 后来得知切换时需要先松开上次按下的键，确保每个按键的独立性。第六章设计体会通过这次设计，我的理论知识掌握的更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到了许多书本上没有的知识。本次设计要求设计一台以AT89C52为核心函数信号发生器，采用DAC0832实现D/A转换，因此我复习了 DAC0832与AT89C51的接口电路，对DAC0832的各引脚及其工作方式有了深入的理解，特别是其单缓冲双极性电压输出的工作方式。还复习了按键及LED的显示。无论在程序设计方面还是实践动并对硬件知识的了解以及安装调试能力也得到了一个很手能力都得到了一个非常大的锻炼， 大的提升。

13、第七章 参考文献. 单片微机测控系统设计大全 王福瑞等 北京航空航天大学出版社， 1999 现代测控技术与系统韩九强 清华大学出版社 智能仪器程德福 , 林君主编 机械工业出版社 2005 年 2 月 测控仪器设计浦昭邦 , 王宝光主编机械工业出版社2001.MCS-51单片机应用系统设计何立民北京：北京航空航天大学出版社，1990. 单片机原理及应用 M 张毅刚，彭喜元等北京：高等教育出版社， 2004. 单片机原理实验指导书 南昌 : 华东交通大学出版社 ,2004C51 帮助文档 .附录程序清单及注释：ORG 0000HLJMP 1000HORG 1000Hxuanze:JNB, SJ

14、/选择不同的波形输出并跳到相应的函数JNB, JCBJNB, JCB2JNB, FBMOV P3,#0C0H/ 未按键时，数码管不显示CLRSJ: JB , ENDSJ /三角波函数START: MOV DPTR, #7FFFH / 将 D/A 转换器的端口地址给了 DPTRMOV A, #00HMOV P3,#0CFH/数码管显示3SETBUP: MOVX DPTR, A/上升沿函数；将 00H给了 D/A转换器INC AJB , ENDSJ /判断是否结束三角波的输出JNZ UPDOWN: DEC A/下降沿函数MOVX DPTR, AJB , ENDSJJNZ DOWNSJMP UP/重

15、复输出三角波ENDSJ: LJMP xuanze/结束三角波函数并返回到 xuanze 函数JCB: JB , ENDJCB /正向锯齿波函数START1: MOV DPTR, #7FFFH / 初始化MOV A, #00HMOV P3,#0C6H/ 数码管显示1CLRLOOP: MOVX DPTR,AINC AJB , ENDJCBJCB2: JB , ENDJCB2 /START2: MOV DPTR, #7FFFHMOV A, #00HMOV P3,#0DBHSETBLOOP2: MOVX DPTR, ADEC AJB , ENDJCB2SJMP LOOP2ENDJCB2: LJMP xuanzeFB: JB , ENDFB /MOV P3,#0FFHCLRLOOP3: MOV A,#00HMOV DPTR,#7FFFHMOVX DPTR,AACALL D