计算机控制技术课程设计报表

计算机控制技术课程设计报表计算机控制技术课程设计报表计算机控制技术课程设计报表目录1序言.............................................................................................................................................32整体方案设计...........................................................................................................................4主控芯片选择...............................................................................................................4显示模块选择...............................................................................................................5可燃气体信号收集传感器选择...............................................................................62.4A/D变换局部................................................................................................................6电源的选择....................................................................................................................73理论剖析与计算......................................................................................................................73.1MQ-2可燃气体信号收集传感器特色及参数......................................................7有关理论值计算...........................................................................................................84单元模块电路设计..............................................................................................................11可燃气体信号收集局部..........................................................................................11显示局部.....................................................................................................................124.3A/D变换局部.............................................................................................................13报警显示局部............................................................................................................14最小系统及按键........................................................................................................155软件设计.................................................................................................................................17程序构造图.................................................................................................................17程序代码.....................................................................................................................186系统调试.................................................................................................................................18Word文档系统硬件调试............................................................................................................19清除逻辑故障.................................................................................................19清除元件故障.................................................................................................19系统软件调试............................................................................................................197设计总结.................................................................................................................................208参照文件..................................................................................................................................22附录一：系统总图...................................................................................................................23附录二：有关程序...................................................................................................................24Word文档序言跟着城市煤气、天然气事业及化学工业的快速展开，易燃、易爆的气体种类和应用围在不停增添，这些易燃易爆气体在生产和使用过程中，一旦发生泄露将会惹起中毒、火灾、爆炸等重要事故，人们在对安全生产的重视程度日趋增添的同时，对生产技术手段也进行不停的提升，研制一种新式、性能稳固、正确监测可燃性气体报警控制器势在必行。而传统的模拟型可燃性气体报警控制器，关于气体传感器的特征赔偿、修正，采纳般配赔偿传感器的硬件调整方式；这种调整方式固然拥有现场调整方便的优点，但赔偿拟合的围窄，般配传感器的零件选择困难，而难以获取较好的赔偿、修正成效。所以，本次设计采纳了“探测器+单片机控制电路〞设计思路。本次设计采纳以STC89C52芯片为核心，用半导体陶瓷式气体传感器MQ-2来检测外面气体浓度，联合外面硬件电路实现对可燃性气体进行报警控制装置。STC89C52芯片拥有功能强盛，性价比高等一系列长处，合适产品大规模生产。同时，设计出的可燃性气体报警控制器拥有操作简单，适用性强，价钱低价，安全性高等特色，所以特别合适贮气库房，以及家庭等场所使用，拥有很高的适用价值。正是因为可燃性气体报警控制器关于安全生产的重要性，外国有众多厂家研制、生产这一产品。从运用所学知识和实质意义出发，研制一种固定式可燃性气体报警控制器，它主要对以烷类气体为主的多种可燃性气体进行检测控制。Word文档整体方案设计主控芯片选择方案一：STC89C52系列单片机，此系列单片机比较常用、价钱低价、操作简单、独立的I/O口数目许多，方便购买。但属于8位单片机，计算能力一般，功耗高，加密性能弱，体积大。方案二：DSP430系列单片机电压低，功耗低,3.3V供电，16位，运转速度快，置硬件乘法器，乘除法运算都为单周期指令，片集成资源丰富，有两组一般Word文档I\O口拥有中止功能。可是相对STC89C52系列单片机本钱较高，耐压值低，容易被烧毁。方案三：ARM32位系列单片机以及办理器，与传统的8位微办理器对比速度更快，性能更强，资源丰富，比方中止、AD、LCD控制器、DMA、储存系统等等。ARM开发一般要点是操作系统和应用程序。弊端就是在低端应用时ARM性价比较低，开发难度也更大，生手入门较困难。确立方案：考虑到实质开发中，STC89C52系列单片机性能已经完整足够，同时鉴于本钱考虑，主控芯片采纳STC89C52。显示模块选择方案一:LCD1602液晶也叫LCD1602字符型液晶，它是一种特意用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由假定干个5X7或许5X11等点阵字符位构成，每个点阵字符位都能够显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为这样所以它不可以很好地显示图形。1602LCD是指显示的容为16X2,即能够显示两行，每行16个字符液晶模块〔显示字符和数字〕。方案二:LCD12864液晶，能显示汉字，字符，数字等，可是体积较为宏大，所占空间较大。方案三:诺基亚5110液晶,该模块拥有以下特色：84x48的点阵LCD，能够显示4行汉字，采纳串行接口与主办理器进行通讯，接口信号线数目大幅度减少，包含电源和地在的信号线仅有9条。支持Word文档多种串行通讯协议〔如AVR单片机的ＳＰI、MCU51的串口模式０等〕，传输速率高达4Mbps，可全速写入显示数据，无等候时间。方案四：数码管，显示较为稳固，抗扰乱较强，可是显示能力单调，显示容会遇到必定限制。确立方案：实质开发中，不需要功能相对强盛的液晶显示屏，显示可燃气体浓度用数码管显示简短了然，同时功耗和本钱都较低，确立显示模块采纳数码管。可燃气体信号收集传感器选择方案一：MQ-2，宽泛的探测围、高敏捷度、快速响应恢复、优秀稳固性、寿命长、简单的驱动电路MQ-2应用:可用于家庭和工厂的气体泄露监测装置，适合于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等的探测。方案二：TGS813，后期电路简单；长寿命，低功耗；对甲烷、乙烷、丙烷等可燃气体的高敏感度，但价钱相对MQ-2要高一些。方案确立：MQ-2的高敏捷度和优秀的稳固性以及较低的价钱合适本工程的开发，决定采纳MQ-2作为可燃气体信号收集传感器。2.4A/D变换局部方案一：AD7888，微功耗8通道12位AD变换器，是高速、低功耗的12AD变换器，单电源工作，电压围为～，变换速率高达125ksps，输入追踪-保持信号宽度最小为500ns，单端采样方式。AD7888包含有8个单端模拟输入通道。方案二：ADC0804是一个初期的A/D变换器，因其价钱便宜而在要求不高Word文档的场合获取宽泛应用。ADC0804是一个8位、单通道、低价钱A/D变换器，主要特色是：摸数变换时间大概100us；方便的TTL或CMOS标准接口；能够知足差分电压输入；拥有参照电压输入端；含时钟发生器；单电源工作电压为0-5V。方案确立：ADC0804开发简单，资料齐备，合适工程开发，经过剖析对比采纳ADC0804作为AD变换器。电源的选择方案一：采纳两节五号的干电池作为主控芯片的供电电源。此方案简单易行，可是此系统是处于长久工作状态对电量的耗费比较大。方案二：采纳汽车自带的汽车电瓶12V电源降压后供电。此方案较好的利用汽车自己能源，防备独自电源给防撞系统供电，可使系统长久安全不掉电工作。方案确立：选择方案一，五号干电池易于获取，便于开发。理论剖析与计算3.1MQ-2可燃气体信号收集传感器特色及参数MQ-2/MQ-2S气体传感器所使用的气敏资料是在洁净空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增添而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化变换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-2/MQ-2S气体传感器对液化气、丙烷、氢气的敏捷度高，对天然气和Word文档其余可燃蒸汽的检测也很理想。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款合适多种应用的低本钱传感器。MQ-2/MQ-2S气敏元件的构造和外形如图2-3-1所示(构造A或B),由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感层,丈量电极和加热器构成的敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体，加热器为气敏元件供给了必需的工作条件。封装好的气敏元件有６只针状管脚，此中４个用于信号拿出，２个用于供给加热电流。根本电路图3.1构造和外形有关理论值计算MQ-2敏捷度特征：Word文档图3.2MQ-2敏捷度特征曲线MQ-2温/湿度的影响：图3.3MQ-2温/湿度曲线Word文档3.4是传感器的根本测试电路。该传感器需要施加2个电压：加热器电压VH〕和测试电压〔VC〕。此中VH用于为传感器供给特定的工作温度。VC那么是用于测定与传感器串连的负载电阻〔RL〕上的电压〔VRL〕。这种传感器拥有稍微的极性，VC需用直流电源。在知足传感器电性能要求的前提下，VC和VH能够共用同一个电源电路。为更好利用传感器的性能，需要选择合适的RL值。传感器电阻〔Rs〕，可用计算公式：Rs=(Vc/VRL-1)×RL求得。图传感器根本测试回路Word文档单元模块电路设计可燃气体信号收集局部在本设计中，采纳MQ-2传感器作为信号收集器件，器件的1、3、4脚连接电源的正极〔+5V〕，2、5、6脚连结地。收集到的信号经过1k欧姆电阻后送到ADC0804的模拟输入端，R2用来调理输出信号的大小。详细电路连结如图4.1所示：Word文档图信号收集局部显示局部显示模块采纳共阳极数码管显示。单片机P0口控制LED数码管显示，此中P0接4.7k欧姆的上拉电阻后8个管脚接1k欧姆的限流电阻后分别于控制数码管的a，b，c，d，e，f，d连结。LED显示0-9的段码为0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90。详细电路连结如图4.2所示：Word文档图数码管显示局部4.3A/D变换局部由MQ-2传感器收集到的电压信号接10k欧姆的电阻后接到ADC0804的Vin+端；ADC0804的A-GND和Vin-端接地；CLK-IN端接104电容后接地；CLK-R10k欧姆电阻接104电容接地；Vref/2接2.5V电压，电路中采纳两个1k欧姆的电阻分压获取；DB0-DB7分别连结单片机的P1.0-P1.7用于单片机收集变换后的数字信号；CS、RD、WR三端分别连结、、P3.2用于控制单片机于ADC0804进行通讯。详细电路连结方式如图4-3-1所示：Word文档4.3A/D变换局部报警显示局部收集到的数字信号经过单片机计算后假如可燃气体浓度抵达报警器设置的临界点时，单片机将控制蜂鸣器报警，同时LED闪耀。LED的正极接电源正极+5V〕，负极接1K欧姆电阻后接单片机P2.0端。蜂鸣器采纳NPN3041三极管来驱动，三极管集电极接电源正极〔+5V〕，基极接5.1k欧姆电阻后接端，射极接蜂鸣器，经过蜂鸣器后接地。详细电路连结方式如图3-4-1所示：Word文档图报警局部最小系统及按键单片机接+5V电源；晶体振荡器频次为12MHz，晶振的两个引脚分别连结在单片机的XTAL1和XTAL2端，晶振的两头再分别连结一个22pF电容后接地；复位电路经电源正极〔+5V〕接10uF电容后接1k欧姆电阻接地，单片机复位端RST接在电容和电阻之间。在单片机启动0.1S后，电容C两头的电压连续充电5V，这是时候10K电阻两头的电压靠近于0V，RST处于低电平所以系统正常工作。当按键按下的时候，开关导通，这个时候电容两头形成了一个回路，电容被短路，所以在按键按下的这个过程中，电容开始开释以前充的电量。跟着时间的推移，电容的电压在，从5V开释到变成了，甚至更小。依据串连电路电压为各处之和，这个时候10K电阻两头的电压为，甚至更大，所以RST引脚又接收到高电平，单片机系统自动复位。本次设计电路中参加两个按键，用于人为报警。考虑到实质开发中，假如已Word文档经人为已经发现有危险后，可是系统因为各样不测并无报警时，能够手动的按S1按键报警。同理，当报警排除时，有可能系统的报警声还向来处于报警状态，所以设计按键S2用于手动排除。单片机P3.6和P3.7端分别连结一个按键后接地。当按下S1时蜂鸣器报警，LED闪耀；S2用来撤消报警。详细电路连结方式如图4.5所示：图最小系统及按键Word文档软件设计程序构造图Word文档程序代码见附录二。系统调试Word文档系统硬件调试清除逻辑故障这种故障常常因为设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包含错线、开路、短路。清除的方法是第一将加工的印制板仔细比较原理图，看二者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防备电源短路和极性错误，并要点检查系统总线〔地点总线、数据总线和控制总线〕能否存在互相之间短路或与其余信号线路短路。必需时利用数字万用表的短路测试功能，能够缩短排错时间。清除元件故障造成这种错误的原由有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是因为安装错误，造成器件烧坏。能够采纳检查元器件与设计要求的型号、规格和安装能否一致。在保证安装无误后，用替代方法清除错误。系统软件调试软件调试主要采纳keil软件调试编译单片机程序。因为因为STC89C52能够擦写上千次，所以在这个调试过程中，并没实用仿真器来实践，而是直接将程序烧写进单片机来操作。将经过KEIL软件编译经过的单片机程序生成的“.hex〞文件用烧录软件经过下载线烧写进单片机中。Word文档设计总结本次设计对可燃性气体报警控制器进行了深入的研究，在参照外国一些资料的根基上，比较合理地选择了系统的设计方案，采纳了“探测器+单片机控制电路〞设计思路，因为拥有操作简单，适用性强，价钱低价，安全性高等特色，所以非常合适贮气库房，以及家庭等场所使用，拥有很高的适用价值。本次设计的可燃性气体报警器由探测器与单片机控制电路两全局部构成。根据设计要求、使用环境、本钱等要素，采纳MQ-2气体传感器。该传感器是对Word文档以烷类气体为主的多种可燃性气体有优秀敏感特征的广谱型半导体敏感器件。它的敏捷度适中，响应与恢复特征好，长久工作稳固性、重现性、抗环境氛围影响及抗温湿度影响等性能均优。该仪器采纳了高性能STC89C52单片机作为核心电路，充分利用了STC89C52的高速数据办理能力和丰富的片设置，实现了仪器的小型化和智能化，使仪表拥有构造简单、性能稳固、本钱低等长处。应用程序用语言编写，充分利用芯片资源，提升了丈量精度和代码履行效率，减小代码容量。对可燃性气体采纳滤波、线性化办理等，不只最大限度地清除现场噪声扰乱，降低可燃性气体报警器误报概率，并且易于在单片机中实现。此电路拥有构造简单，调试方便，线性度好，温漂小等长处。本次设计也存在着一些需要完美的地方，比如让检测进行网络连结，推行多点同时检测、怎样更为智能化的进行报警工作，怎样能更好的减少检测偏差等问题值得去进一步的研究和商讨。本次设计的可燃性气体报警控制警器敏捷度高，在丈量围拥有较理想的特性，合用于低流速的可燃性气体丈量。本课题的工作为便携式仪器的研制和适用化供给了较好的实现方案，为此后该领域的研究供给了很好的参照依照。Word文档参照文件天怡主编，微型计算机控制技术，：大学第一版社；涂时亮编，单片微机控制技术，上海：复旦大学第一版社；黄胜军编，微机控制应用实验与实例，北京：清华大学第一版社；理壁．步进电机及其应用[M]，上海:上海科学技术第一版社；国荣．单片微型计算机技术，北京:机械工业第一版社；王福瑞编，单片微机测控系统设计大全，北京:北京航空航天大学第一版社；潘新民编，单片微型计算机适用系统设计，北京:人民邮电第一版社；伯成编，IBM-PC微机应用系统设计，：电子科技大学；微机控制技术及其应用方面的教材、期刊、杂志。Word文档附录一：系统总图Word文档附录二：有关程序Word文档#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineulongunsignedlonguintnum,aa,bb,adval;//定义全局变量uinttable[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//数组用于数码管显示0--9sbitwr=P3^0;//位定义ADwr脚sbitrd=P3^1;//位定义ADrd脚sbitcsad=P3^2;//位定义ADcs脚sbitled=P2^0;//位定义LEDsbitbeep=P2^1;//位定义蜂鸣器sbitkey0=P3^7;//位定义按键0sbitkey1=P3^6;//位定义按键1voidinit();//子函数申明voidstart();//子函数申明voidread();//子函数申明Word文档voiddelay(uintz)//延时子函数zms{uintt1,y;//定义