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1.設(shè)計背景與意義 1.1設(shè)計背景 在我們的生產(chǎn)生活中，信號的檢測與控制廣泛存在，并扮演著很重要的角色。在下述的設(shè)計報告中，介紹了一個基于單片機的具有A/D和D/A功能的信號測控裝置。該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。 目前，信號的檢測和控制根據(jù)其特性，有很多的檢測和控制裝置，甚至有成套的控制原理電路。此時我們做的信號檢測與控制的裝置，應(yīng)該說是很低端的，但是這個課程設(shè)計的目的不只在于要求我們能設(shè)計出優(yōu)秀、高端的產(chǎn)品，而且要求鍛煉我們的綜合能力。 1.2 設(shè)計意義 通過設(shè)計此測控裝置，加深對控制系統(tǒng)理解，將所學(xué)的知識靈活穿插并運用起來。比如這次的《計算機控制技術(shù)》設(shè)計報告，它不僅運用了計算機方面的知識，而且也設(shè)計到了單片機、數(shù)電的知識。理論聯(lián)系實踐，從而鍛煉了我們綜合運用知識的能力。 2.設(shè)計題目介紹 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的傳感器、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)電壓/電流信號此處定為：0～5V/4～20mA (0～20mA)。 鍵盤 顯示 被控對象 傳感器 變送器 A/D轉(zhuǎn)換器 單片機 D/A轉(zhuǎn)換 執(zhí)行器 存儲器 圖1系統(tǒng)原理圖 3.系統(tǒng)總體框架 AT89C51 顯示模塊 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊 鍵盤模塊 聲光報警 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 模擬量輸出 模擬量輸入 上位機通信 圖2 系統(tǒng)總體框圖 4.系統(tǒng)硬件設(shè)計 4.1 單片機 單片機是在在芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一臺計算機的主要器件：CPU、運算器、存儲器、I/O口及其他功能部件的一塊單晶芯片。因此它的功能很強大，廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)中。 4.1.1 單片機的選擇 以此次設(shè)計選用AT89C51單片機作為處理核心。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，內(nèi)含32根雙向且分別可尋址的IO線，128字節(jié)RAM，2個16位定時計數(shù)器，全雙工異步串行口，2個中斷優(yōu)先級，5個中斷源，片內(nèi)有時鐘振蕩器。 4.1.2 AT89C51的功能簡介 AT89C51單片機的外形結(jié)構(gòu)為40條引腳雙排列直插式封裝，其引腳排列如下圖所示 圖3 單片機引腳圖 下面按其引腳功能分為四部分?jǐn)⑹鲞@40條引腳的功能。 1）、主電源引腳VCC和VSS VCC——（40腳）接+5V電壓； VSS——（20腳）接地。 2）、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2 XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，此引腳應(yīng)接地；對CHMOS單片機，此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。 3）、控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP ① RST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10μF的電容，以保證可靠地復(fù)位。 VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（50.5V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。 ② ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。 ③ PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。 ④ EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80C51）或1FFFH（對8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。 4）、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根） ① P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負(fù)載。 ② P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。對8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T2定時/計數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對EPROM編程和程序驗證時，它接收低8位地址。 ③ P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。 ④ P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS-51中，這8個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。 作為第一功能使用時，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。 作為第二功能使用時，各引腳的定義如表所示。 值得強調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3各口線的第二功能定義： 口線 引腳 第二功能 P3.0 10 RXD（串行輸入口） P3.1 11 TXD（串行輸出口） P3.2 12 INT0（外部中斷0） P3.3 13 INT1（外部中斷1） P3.4 14 T0（定時器0外部輸入） P3.5 15 T1（定時器1外部輸入） P3.6 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫脈沖） P3.7 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀脈沖） 4.1.3時鐘電路 時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式。 內(nèi)部時鐘方式 AT89C51內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器，圖4是AT89C51內(nèi)部時鐘方式的電路。 圖4 內(nèi)部時鐘電路 4.1.4復(fù)位電路設(shè)計 單片機的初始化操作，給復(fù)位腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就使AT89C51復(fù)位。 復(fù)位時，PC初始化為0000H，程序從0000H單元開始執(zhí)行。除系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序出錯（如程序跑飛）或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，需按復(fù)位鍵使RST腳為高電平，使AT89C51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態(tài)而重新啟動程序。外部時鐘和復(fù)位電路與單片機的連接如下圖所示。 圖5 內(nèi)部時鐘和復(fù)位電路與單片機的連接 4.2 A/D轉(zhuǎn)換器 模擬量輸入通道的任務(wù)是把在工業(yè)現(xiàn)場中采集到的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機可識別的數(shù)字量。模擬量輸入通道一般由信號預(yù)處理、多路模擬開關(guān)、前置放大器、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口和控制電路組成。其核心部分是A/D轉(zhuǎn)換器，如8位的ADC0809，12位的ADC574、ADC674、ADC1674，24位的AD7710等。 4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 目前轉(zhuǎn)換器的型號有很多，精度和位數(shù)的選擇范圍很大。對于本次設(shè)計，因為有4個被測參數(shù)，可選用8路的轉(zhuǎn)換器。位數(shù)越多，精度越高，現(xiàn)在普遍使用的是ADC0809，它的性價比很高，而且也能滿足該次設(shè)計，因此該設(shè)計報告選用的是ADC0809。 4.2.2 ADC0809功能簡介 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式的A/D轉(zhuǎn)換器，把輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量之后輸出，可以和單片機直接接口。 (1) ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖6 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 由上圖可知，ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 (2) ADC0809的引腳結(jié)構(gòu) 圖7 ADC0809引腳圖 各引腳的功能如下： IN0－IN7：8條模擬量輸入通道。ADC0809對輸入模擬量要求電壓范圍是0－5V，若信號太小，則必須進行放大； D7－D0：8條數(shù)字量輸出線。數(shù)字信號通過它傳給單片機。 START：轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)START上升沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下降沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。 OE：輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE＝1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE＝0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。該設(shè)計中用P1.1口來進行控制。 ADDA～ADDC、ALE：地址輸入和控制線。ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進行轉(zhuǎn)換。A、B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。 VREF(+)、VREF(-)：參考電壓輸入端。VREF可工作在-10～+10V范圍內(nèi)。 CLK：時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。因為單片機在非訪問外部存儲器時，ALE仍以1/6振蕩頻率固定不變的速率輸出，因此該設(shè)計中，時鐘信號由單片機的ALE端提供。 Vcc：電壓源輸入端。一般用+5V電源供電。 GND：接地端。 （3） ADC0809的工作方式 如下圖所示，傳感器的輸出可以接到ADC0809的IN0~IN7。ADC0809的通道選擇地址A，B，C分別由89C51的P0．0～P0．2經(jīng)地址鎖存器74LS373輸出提供。當(dāng)P2.7=0時，與寫信號WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號與ST信號連在一起，在WR信號的前沿寫入地址信號，在其后沿啟動轉(zhuǎn)換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN0，實現(xiàn)對傳感器輸出的模擬量進行轉(zhuǎn)換；輸出地址7FF9H可選通通道IN1，實現(xiàn)模擬量的轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號EOC接到80C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖剑硎巨D(zhuǎn)換結(jié)束，產(chǎn)生中斷。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲單元。 4.2.3 ADC0809 與單片機的連接 圖8 ADC0809與單片機連接 4.2.4觸發(fā)器 由于ADC0809片內(nèi)無時鐘，可利用AT89C51單片機提供的地址鎖存允許信號ALE經(jīng)D觸發(fā)器74LS74二分頻后獲得，ALE引腳的頻率是AT89C51時鐘頻率的1/6。. 如果單片機的時鐘頻率采用6MHz，則ALE引腳的輸出頻率為1MHz，在二分頻后為500KHz，恰好符合ADC0809對時鐘頻率的要求。 74LS74內(nèi)含兩個獨立的D上升沿雙D觸發(fā)器，每個觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復(fù)位輸入（）、時鐘輸入（CP）和數(shù)據(jù)輸出（Q）。、的低電平使輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。當(dāng)、均無效（高電平式）時，符合建立時間要求的D數(shù)據(jù)在CP上升沿作用下傳送到輸出端。引腳圖如下： 圖9 74LS74引腳圖 4.2.5或非門74LS28 在啟動A/D轉(zhuǎn)換時，由單片機的寫信號和P2.7控制ADC0809的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動，由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時，啟動并進行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用低電平的讀信號和P2.7引腳經(jīng)或非門后產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號，用來打開三態(tài)輸出鎖存器?；蚍情T的邏輯功能是：輸入全為0，輸出才為1；只要有一個輸入為1，輸出就為0。 圖10 或非門邏輯符號 4.2.6鎖存器 受引腳數(shù)的限制，P0口兼用數(shù)據(jù)線和低8位地址線，為了將它們分離出來，需在單片機外部增加地址鎖存器。目前，常用的地址鎖存器芯片有74LS373、74LS573等。我選用74LS373,其引腳圖如下： 圖11 74LS373引腳圖 引腳說明： D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸入線，Q7～Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線。 G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號。當(dāng)加到該引腳的信號為高電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，低電平有效。當(dāng)該信號為低電平時，三態(tài)門打開，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線。當(dāng)該信號為高電平時，輸出線為高阻態(tài)。 4.3 D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器由串并行兩種，在測控系統(tǒng)中，常對轉(zhuǎn)換速度有一定要求，主要采用并行D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器時將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬量—電壓或電流。 4.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 由于之前的A/D轉(zhuǎn)換器選用的是8位的，因此D/A轉(zhuǎn)換器也應(yīng)選擇8位的。從性價比、轉(zhuǎn)換精度等各方面比較，該設(shè)計選用的轉(zhuǎn)換器是DAC0832。 4.3.2 DAC0832功能簡介 DAC0832是采用先進的CMOS工藝制成的8位D/A轉(zhuǎn)換器，可直接與主機相連接，將主機出來的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量后輸出。 (1) DAC0832的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖12 DAC0832內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖 由上圖可知，DAC0832是由輸入數(shù)據(jù)寄存器、DAC寄存器、和D/A轉(zhuǎn)換器等組成的。它的主要特點是內(nèi)部設(shè)有兩個獨立的8位寄存器，因而具有雙緩沖器功能，能將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寄存在DAC寄存器中供D/A轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換的同時，又可以接受新的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)裝入輸入寄存器。 (3) DAC0832的引腳結(jié)構(gòu) 圖13 DAC0832的引腳圖 各引腳的功能如下： DI0～DI7：數(shù)據(jù)輸入線。需要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換的量由此輸入。 ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效。 CS：片選信號輸入線，低電平有效。 WR1：輸入寄存器的寫選通信號。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號輸入線，低電平有效。 WR2：DAC寄存器寫選通輸入線。 Iout1、Iout2:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時Iout1最大。 Rfb:反饋信號輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻。一般為20K Vcc:電源輸入線。一般為+5V Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線。一般為-10～+10V AGND:模擬接地。 DGND:數(shù)字接地。 4.3.3 DAC0832的工作方式 根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 應(yīng)用系統(tǒng)中，在只有一路模擬量輸出或幾路模擬量不需要同時輸出的場合，應(yīng)采用單緩沖方式。這種方式下，將兩級寄存器的控制信號并接。輸入數(shù)據(jù)在控制信號作用下直接進入8位DAC寄存器中并進入8位DA轉(zhuǎn)換器進行DA轉(zhuǎn)換。 ILE接+5V，片選信號連到地址線P2.4。這樣輸入寄存器和DAC寄存器的地址都是2FFFH?！皩憽边x通線WR1與8051的“寫”信號線連接。DAC0832與單片機連接如下圖所示 ： 圖14 DAC與單片機連接電路 4.4 I/O接口的擴展 AT89C51有4個I/O口P0~P3，真正用作I/O口線的只有P1口的8位I/O口線和P3口的某些位線。因此，大多需要外部I/O接口的擴展。常用的外圍I/O接口芯片82C55，可編程通用并行接口。由于Proteus里沒有82C55所以選用8255A。引腳圖如下： 圖15 8255A 引腳圖 1．主要引腳說明： D7～D0：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線，與單片機的P0口連接，用來與單片機之間傳送數(shù)據(jù)信息。 CS ：片選信號線，低有效，表示本芯片被選中。 RD ：讀信號線，低有效，讀82C55端口數(shù)據(jù)的控制信號。 WR ：寫信號線，低電平有效，用來向82C55寫入端口數(shù)據(jù)的控制信號。 VCC：+5V電源。 PA7～PA0：端口A輸入/輸出線。 PB7～PB0：端口B輸入/輸出線。 PC7～PC0：端口C輸入/輸出線。 A1、A0：地址線，用來選擇82C55內(nèi)部的4個端口。 RESET：復(fù)位引腳，高電平有效 PA口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB口：一個8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 PC口：一個8位的輸出鎖存器；一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 4.5 鍵盤 鍵盤是由若干按鈕組成的開關(guān)矩陣，它是單片機系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過鍵盤向計算機輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。一般單片機系統(tǒng)中采和非編碼鍵盤，非編碼鍵盤是由軟件來識別鍵盤上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡單，使用靈活等特點，因此被廣泛應(yīng)用于單片機系統(tǒng). 4.5.1 鍵盤的選擇 常用的鍵盤有獨立式和矩陣式。獨立式鍵盤的每個按鍵單獨占有一根I/O接口引線，輸入每根I/O接口引線的信號對應(yīng)某個數(shù)據(jù)。矩陣式鍵盤能節(jié)省I/O口，但連線更復(fù)雜。我采用獨立式鍵盤。 4.5.2鍵盤被按下的判斷 只有在鍵盤有鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無鍵按下，單片機將不予理睬鍵盤。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，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的允許工作范圍。由P3.0-P3.4口控制。 其中，S1是用于進入鍵盤調(diào)節(jié)模式和退出鍵盤調(diào)節(jié)模式；S2是用于增加上限值；S3用于減小上限值；S4用于增加下限值；S5用于減小下限值 4.5.3 鍵盤與單片機的連接 圖16 鍵盤與單片機連接電路 4.6顯示裝置 目前常用的顯示器液晶顯示器(LCD顯示)和數(shù)碼管顯示器(LED顯示)，其中LCD接線方便，但是價格貴；LED顯示器接線相對復(fù)雜，但價格便宜；在本次設(shè)計中，綜合各方因素，采用的是數(shù)碼管顯示(LED)。 由于數(shù)碼管顯示需要譯碼器驅(qū)動，我們此處采用三個74ls48來驅(qū)動顯示器。 4.6.1 74LS48功能簡介 74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，在本電路中，我使用它驅(qū)動七段數(shù)碼管記性數(shù)字顯示。而74LS48是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和計數(shù)等功能。具體如下： 74LS48輸出端（YA~YG）為高電平有效，可驅(qū)動共陰極LED。 圖17 74LS48引腳圖 4.6.2數(shù)碼管簡介 數(shù)碼管一般為7段或8段，該設(shè)計會由小數(shù)顯示，因此采用8段數(shù)碼管，即a～g和dp。LED的接法有兩種：共陰極和共陽極。由于顯示譯碼器的位選線段需從共陰極數(shù)碼管的公共端吸入電流，因此，該設(shè)計中選用共陰極接法。其引腳如下圖所示： 圖18 數(shù)碼管引腳圖 4.6.3數(shù)碼管連接部分整體電路圖 圖19 數(shù)碼管連接電路圖 4.7報警指示燈電路 當(dāng)傳感器所采集的信息通過單片機處理，如果超過設(shè)置的上限值或低于下限值時，蜂鳴器進行報警，紅燈亮。正常工作時綠燈亮。電路圖如下圖所示： 圖20 報警電路 4.8上位機通訊 上位機通訊對單片機而言意義重大，不但可以實現(xiàn)將單片機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且也能實現(xiàn)電腦對單片機的控制。比如你可以把寫入單片機的數(shù)據(jù)碼顯示在電腦上，如可使用一個按鍵當(dāng)按下它時通過單片機的串口將它發(fā)送到電腦上顯示，起到仿真器的功效。 4.8.1上位機通信的實現(xiàn)原理 在測控系統(tǒng)中，由于單片機的數(shù)據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)處理能力都較低，所以一般情況下單片機通過串行口與PC機的串行口相連，把采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機上，再在PC機上進行數(shù)據(jù)處理。 由于單片機的輸入輸出是TTL電平，而PC機配置的都是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，為9針“D”型連接器（插座）。由于兩者的電平不匹配，必須對單片機輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平。通過MAX232實現(xiàn)。單片機與PC機的接口方案如圖所示。 圖21 單片機與PC機的接口方案 4.8.2上位機通信實現(xiàn)電路 圖22 上位機通信實現(xiàn)電路 5.系統(tǒng)總體流程圖 開始 設(shè)置初始值為正常工作紅燈滅綠燈亮 設(shè)置上下限初始值值 數(shù)據(jù)采集 A/D轉(zhuǎn)換 低于設(shè)定值下限 高于設(shè)定值上限 送正常信號 報警處理 報警處理 單片機處理 是否有鍵按下？ Y Y D/A轉(zhuǎn)換 返回 N Y N N 心得體會 經(jīng)過兩周的努力,我終于將計控課程設(shè)計做完了?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設(shè)計，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實踐，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。在這次作業(yè)過程中,我遇到了許多困難,但在老師，同學(xué)的幫助和我的努力下，我順利的完成了設(shè)計。 在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在這次課程設(shè)計中，我們運用到了以前所學(xué)的專業(yè)課知識，如：單片機原理、模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去從未獨立應(yīng)用過它們，但在學(xué)習(xí)的過程中帶著問題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計的又一收獲。以后要做好一個課程設(shè)計，就必須做到：在設(shè)計程序之前，對所用單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機內(nèi)有哪些資源；要有一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖；在設(shè)計程序時，不能妄想一次就將整個程序設(shè)計好，反復(fù)修改、不斷改進是程序設(shè)計的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應(yīng)該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設(shè)計課程過程中遇到問題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題。通過這次設(shè)計，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識與實踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學(xué)習(xí)和工作做出了最好的榜樣。 參考文獻 [1] 姜學(xué)軍. 計算機控制技術(shù). 清華大學(xué)出版社, 2006 [2] 郝曉松, 彭天好, 劉佳東等. 基于單片機的變轉(zhuǎn)速液壓測控系統(tǒng)的研究. 礦山機械, 2010，(6): 22-26 [3] 高峰，崔金寶，曲建嶺. 基于80C198單片機的壓力模糊測控系統(tǒng). 儀表技術(shù)， 2004，(1): 28-29 [4] 馮顯英, 葛榮雨. 基于數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度測控系統(tǒng). 自動化儀表, 2006, 27(1): 59-61 目 錄 1.設(shè)計背景與意義 1 1.1設(shè)計背景 1 1.2 設(shè)計意義 1 2.設(shè)計題目介紹 1 3.系統(tǒng)總體框架 2 4.系統(tǒng)硬件設(shè)計 2 4.1 單片機 2 4.1.1 單片機的選擇 2 4.1.2 AT89C51的功能簡介 3 4.1.3時鐘電路 5 4.1.4復(fù)位電路設(shè)計 5 4.2 A/D轉(zhuǎn)換器 6 4.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 6 4.2.2 ADC0809功能簡介 6 4.2.3 ADC0809 與單片機的連接 9 4.2.4觸發(fā)器 9 4.2.5或非門74LS28 10 4.2.6鎖存器 11 4.3 D/A轉(zhuǎn)換器 11 4.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 11 4.3.2 DAC0832功能簡介 12 4.4 I/O接口的擴展 14 4.5 鍵盤 15 4.5.1 鍵盤的選擇 15 4.5.2鍵盤被按下的判斷 15 4.5.3 鍵盤與單片機的連接 15 4.6顯示裝置 16 4.6.1 74LS48功能簡介 16 4.6.2數(shù)碼管簡介 16 4.6.3數(shù)碼管連接部分整體電路圖 17 4.7報警指示燈電路 17 4.8上位機通訊 18 4.8.1上位機通信的實現(xiàn)原理 18 4.8.2上位機通信實現(xiàn)電路 18 5.系統(tǒng)總體流程圖 19 心得體會 20 參考文獻 21