1、京川電力工軍課程設(shè)計報告學(xué)生姓名 邱博 學(xué) 號： 2013307010326學(xué)院：自動化工程學(xué)院班級：自動133題目：計算機控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師：趙波，姜文娟 職稱： 副教授2016年6月27日目錄1題目背景與意義 22設(shè)計題目介紹22.1 設(shè)計要求22.2 設(shè)計意義23系統(tǒng)總體框架33.1 系統(tǒng)設(shè)計思路33.2 系統(tǒng)框架34系統(tǒng)硬件設(shè)計34.1 單片機部分34.1.1 單片機引腳介紹 44.1.2 單片機的最小實現(xiàn)54.2 A/D轉(zhuǎn)換電路64.2.1 芯片選擇64.2.2 電路連接64.3 D/A轉(zhuǎn)換電路74.4 模擬信號車入通道94.5 鍵盤模塊104.6 數(shù)碼管顯示電路115系統(tǒng)軟件設(shè)計13

2、5.1 主程序框圖135.2 鍵盤控制程序框圖 145.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖 145.4 顯示程序框圖 165結(jié)論17參考文獻(xiàn)181題目背景與意義在自動控制系統(tǒng)的實際工程中，經(jīng)常需要檢測被測對象的一些物理參數(shù)， 如 溫度、流量、壓力、速度等，這些參數(shù)都是模擬信號的形式。它們要由傳感器轉(zhuǎn) 換成電壓信號，再經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器變換成計算機能夠處理的信號。同樣，計算機 控制外設(shè)，如電動調(diào)節(jié)閥、模擬調(diào)速系統(tǒng)時，就需要將計算機輸出的數(shù)字信號經(jīng) 過D/A轉(zhuǎn)換器變換成外設(shè)能接受的模擬信號。本次計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計的目的就是讓同學(xué)們在理論學(xué)習(xí)的基 礎(chǔ)上，通過完成一個基于51單片機，A/D和D/A多種資源應(yīng)用并具

3、有綜合功能 的小系統(tǒng)的設(shè)計與編程應(yīng)用，使我們不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識與實際應(yīng) 用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐贰㈦娮釉骷⒌确矫娴闹R進(jìn)一步加深認(rèn)識， 同時在系統(tǒng)設(shè)計、軟件編程、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉 和提高。幫助同學(xué)們增進(jìn)對單片機的感性認(rèn)識，加深對單片機理論方面的理解， 從而更好的掌握單片機的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用以及A/D和D/A功能的實現(xiàn)。2設(shè)計題目介紹2.1 設(shè)計要求設(shè)計一個基于單片機的具有 A/D和D/A功能的信號測控裝置。要求該信號 測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號，并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價比等原則性要求。標(biāo)準(zhǔn)電

4、壓/電流信號定為：0 5V/4 20mA (020mA)。2.2 設(shè)計意義了解和掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計過程、方法及實現(xiàn)，為以后設(shè)計和 實現(xiàn)單片機應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。3系統(tǒng)總體框架3.1 系統(tǒng)設(shè)計思路根據(jù)題目要求尋找滿足設(shè)計要求的芯片， 定下具體框架，從題目可知其主要 由三部分構(gòu)成。首先是輸入通道由 A/D轉(zhuǎn)換裝置，其次為單片機部分，第三部 分是輸出通道即D/A轉(zhuǎn)換裝置。除主要部分外為了讓裝置具有更完善的功能， 選用鍵盤顯示報警等。3.2 系統(tǒng)框架系統(tǒng)框架如圖1所示模擬量輸入模擬量輸出圖14系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1 單片機部分本次課設(shè)選取AT89C51為主控制器，AT89C51是一種帶4K字

5、節(jié)FLASHff儲 器（FPERO>MFlash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低電壓、 高性能CMOS W微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEI®密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C5111片機為很多嵌入式控制系統(tǒng) 提供了一種靈活性高并且價廉的方案。4.1.1 單片機引腳介紹1、P0 口 有三個功能：（1）外部擴(kuò)充存儲器時，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（D0-D7）。（2）外部擴(kuò)充存儲器時，當(dāng)作地址總線（A1-A7）。（3）不擴(kuò)充

6、時，可做一般I/O 口使用，但內(nèi)部沒有上拉電阻，作為輸入或輸出時應(yīng)在外部接上拉電阻。2、P1 口只做I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。3、P2 口有兩個功能：（1）擴(kuò)充外部存儲器時，當(dāng)作地址總線（A8-A15）使用。（2）做一般I/O 口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。4、P3.0-P3.7統(tǒng)稱為P3 口。除作為準(zhǔn)雙向I/O 口使用外，還可以將每一位用 于第二功能，而且P3 口的每一條引腳均可以獨立定義為第一功能的輸入輸出或 第三功能。P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD （用行輸出口）P3.2/INTO （外部中斷）P3.3/INT1 （外部中斷）P3.4TO （TIMERO勺外部輸入腳）P3

7、.5T1 （TIMER1的外部輸入腳）P3.6/WR （外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入控制信號）P3.7/RD （外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取控制信號）5、EA/VPP（1）接高電平時：a、CPU讀取內(nèi)部程序存儲器（ROM）。b、擴(kuò)充外部ROM:當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲器超過某一值時，自動讀取外部 ROM。（2）接低電平時：CPU讀取外部程序存儲器（ROM）。4.1.2單片機的最小實現(xiàn)1)單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容 C2的大小直接影響單片機的復(fù)位 時間，一般采用1030uF, 51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短。2) 51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越 大處理速度越快。3

8、) 51單片機最小系統(tǒng)起振電容 C1、C3一般采用1533pF,并且電容離晶 振越近越好，晶振離單片機越近越好。具體電路圖如圖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個r I工P13P31MT1 paara P351Tl pgj&uuT P3.T 而"r i .1-口1工P1

9、JS 1 J2d 匯點31236PROGRAM-2.bei35DID：D：Di4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路4.2.1 芯片選擇為了簡化電路，這里我們選用ADC0831芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。ADC8031 為8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，只有6支接腳，具有一組電壓輸入，透過 AD轉(zhuǎn)換成8位元 數(shù)位值，微控制器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，操作非常方便。U2ADC4.2.2 電路連接圖44.3 D/A轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。DAC0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器，它采用CMOS工藝制作，具有雙緩沖器輸入 結(jié)構(gòu)。具引腳圖如圖5所示。1） 0832弓|腳功能DAC0832是20引腳的雙列直插式芯片。各引腳的特性如

10、下：CS一片選信號，和允許鎖存信號ILE組合來決定 是否起作用。ILE 允許鎖存信號。WR1 寫信號1,作為第一級鎖存信號，將輸入資料鎖存到輸入寄存器（此 時，必須和、ILE同時有效）。WR2寫信號2,將鎖存在輸入寄存器中的資料送到 DAC寄存器中進(jìn)行 鎖存（此時，傳輸控制信號 必須有效）。XFER傳輸控制信號，用來控制 。DI7DI0 8位數(shù)據(jù)輸入端。IOUT1 模擬電流輸出端1。當(dāng)DAC寄存器中全為1時，輸出電流最大， 當(dāng)DAC寄存器中全為0時，輸出電流為00IOUT2 模擬電流輸出端2。IOUT1+IOUT2=常數(shù)。RFB反饋電阻引出端。DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以，RFB端

11、可以直接接到外部運算放大器的輸出端。相當(dāng)于將反饋電阻接在運算放大器的輸 入端和輸出端之間。VREF參考電壓輸入端。可接電壓范圍為由0V。外部標(biāo)準(zhǔn)電壓通過VREF 與T型電阻網(wǎng)絡(luò)相連。VCC 芯片供電電壓端。范圍為+5V+15V,最佳工作狀態(tài)是+15V。AGND 模擬地，即模擬電路接地端。DGND 數(shù)字地，即數(shù)字電路接地端。2） 0832工作方式DAC0832有如下3種工作方式：單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和 DAC寄存器同時接收資料， 或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬 量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資

12、料， 再控制輸入寄存器 的輸出資料到DAC寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個 D/A轉(zhuǎn) 換同步輸出的情節(jié)。直通方式。直通方式是資料不經(jīng)兩級鎖存器鎖存，即/CSJXFER，/WR1 , /WR2均接地，ILE接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路和不帶微機的控 制系統(tǒng)，不過在使用時，必須通過另加 I/O接口與CPU連接，以匹配CPU與 D/A轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。U8ddjt91Di=cWrTILECHV1/IIY5"GMDVUR2ID0XFERID 12DI4DllDEIDD。囂VREFID ITRFBOUT2GNCDUT11呂11U9A516154.4 模擬信

13、號輸入通道在工業(yè)控制中各類傳感器常輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號 420mA,這里我選取溫度測 量元件作為傳感器，其輸出電壓經(jīng)過一系列電路的變化送到 ADC0831的輸入端, 參考電路見圖7所示。4.5 鍵盤模塊加入鍵盤是為了便于人機互動，方便工作人員即時調(diào)整工況。R9 1 口其電路圖如圖8所示，其中，S1用于增加上限值；S2是用于減小上限值R10 1DIO OS2圖94.6 數(shù)碼管顯示電路LE躁碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用 了 8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點，故稱之 為7段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。這里為了簡化電路，用單片機對數(shù)碼管直接進(jìn)行控制

14、，其電路圖如圖9所示。F J DADO PD.mDI PODZ P加口 3 通明口。 P劉喃, PDJ&RDG PD.WDTpiaws PUjfffl 陞加I 口 建制1 建啪立 葭腑13 照&M* 建 11ftl54.7 報警電路在測量值達(dá)到上限值時，報警電路啟動，電路圖如圖 10圖105系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 主程序框圖整體程序框圖如圖11所示圖11主程序框圖5.2 鍵盤控制程序框圖鍵盤掃描控制程序框圖如圖12所示。圖12鍵盤控制程序框圖5.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖如圖13所示。圖13數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖5.4顯示程序框圖顯示程序框圖如圖14所示。圖14顯示程序框圖5結(jié)論經(jīng)過仿真實驗，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的數(shù)字與溫度傳感器上顯示的溫度一致， 并且在溫度傳感器示數(shù)變化的同時， 數(shù)碼管顯示的數(shù)字也同時變化。按鍵的作用 也基本實現(xiàn)，故可認(rèn)為本次課設(shè)基本完成。仿真結(jié)果如下圖所示。盡管這次設(shè)計的時間是短暫的，但過程是曲折的，對我來說，收獲最大的是 方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力。在整個過程中，我發(fā)現(xiàn)像我們 這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗，沒有感性的認(rèn)識，空有理論知識，有些東西很可能 與實際脫節(jié)。總體來說，我覺得做這種類型的作業(yè)對我們的幫助還是很大的，它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識都系統(tǒng)地聯(lián)系起來， 從中暴露出自身的不足，以待改 進(jìn)。參考文獻(xiàn)1馮顯英，葛榮雨.基