《東北電力大學(xué)計(jì)控課設(shè).doc》由會(huì)員分享，可在線(xiàn)閱讀，更多相關(guān)《東北電力大學(xué)計(jì)控課設(shè).doc（25頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1.設(shè)計(jì)背景與意義 1.1設(shè)計(jì)背景 在我們的生產(chǎn)生活中，信號(hào)的檢測(cè)與控制廣泛存在，并扮演著很重要的角色。在下述的設(shè)計(jì)報(bào)告中，介紹了一個(gè)基于單片機(jī)的具有A/D和D/A功能的信號(hào)測(cè)控裝置。該裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號(hào)，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)，并滿(mǎn)足抗干擾、通用性、安全性、性?xún)r(jià)比等原則性要求。 目前，信號(hào)的檢測(cè)和控制根據(jù)其特性，有很多的檢測(cè)和控制裝置，甚至有成套的控制原理電路。此時(shí)我們做的信號(hào)檢測(cè)與控制的裝置，應(yīng)該說(shuō)是很低端的，但是這個(gè)課程設(shè)計(jì)的目的不只在于要求我們能設(shè)計(jì)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(jì)意義 通過(guò)設(shè)計(jì)此測(cè)控裝置，加深對(duì)控制系統(tǒng)理解，將所學(xué)的知識(shí)靈活穿插并運(yùn)用起來(lái)。比如這次的《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》設(shè)計(jì)報(bào)告，它不僅運(yùn)用了計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)，而且也設(shè)計(jì)到了單片機(jī)、數(shù)電的知識(shí)。理論聯(lián)系實(shí)踐，從而鍛煉了我們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。 2.設(shè)計(jì)題目介紹 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的具有A/D和D/A功能的信號(hào)測(cè)控裝置。要求該信號(hào)測(cè)控裝置能夠接入典型的傳感器、變送器信號(hào)，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)。并滿(mǎn)足抗干擾、通用性、安全性、性?xún)r(jià)比等原則性要求。標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)此處定為：0～5V/4～20mA (0～20mA)。 鍵盤(pán) 顯示 被控對(duì)象 傳感器 變送器 A/D轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) D/A轉(zhuǎn)換 執(zhí)行器 存儲(chǔ)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(pán)模塊 聲光報(bào)警 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊 模擬量輸出 模擬量輸入 上位機(jī)通信 圖2 系統(tǒng)總體框圖 4.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1 單片機(jī) 單片機(jī)是在在芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一臺(tái)計(jì)算機(jī)的主要器件：CPU、運(yùn)算器、存儲(chǔ)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(qiáng)大，廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)中。 4.1.1 單片機(jī)的選擇 以此次設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)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(chǔ)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(xiàn)，128字節(jié)RAM，2個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，全雙工異步串行口，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，5個(gè)中斷源，片內(nèi)有時(shí)鐘振蕩器。 4.1.2 AT89C51的功能簡(jiǎn)介 AT89C51單片機(jī)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(jī)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(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。 XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)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(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)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(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個(gè)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(fǎng)問(wèn)外部存貯器時(shí)，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(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。 ③ PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。 ④ EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PC（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH（對(duì)851/8751/80C51）或1FFFH（對(duì)8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的8031來(lái)說(shuō)，無(wú)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)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(chǔ)器時(shí)，與地址總線(xiàn)的低8位及數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)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(méi)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(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。對(duì)8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T(mén)2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T(mén)2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2的外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，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(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線(xiàn)送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)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(gè)引腳還用于專(zhuān)門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。 作為第一功能使用時(shí)，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(shí)，各引腳的定義如表所示。 值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。 P3各口線(xiàn)的第二功能定義： 口線(xiàn) 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(shí)器0外部輸入） P3.5 15 T1（定時(shí)器1外部輸入） P3.6 16 WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)脈沖） P3.7 17 RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀脈沖） 4.1.3時(shí)鐘電路 時(shí)鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時(shí)鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，另一種是外部時(shí)鐘方式。 內(nèi)部時(shí)鐘方式 AT89C51內(nèi)部有一個(gè)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(gè)引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，圖4是AT89C51內(nèi)部時(shí)鐘方式的電路。 圖4 內(nèi)部時(shí)鐘電路 4.1.4復(fù)位電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)的初始化操作，給復(fù)位腳RST加上大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期）的高電平就使AT89C51復(fù)位。 復(fù)位時(shí)，PC初始化為0000H，程序從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行。除系統(tǒng)的正常初始化外，當(dāng)程序出錯(cuò)（如程序跑飛）或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，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(dòng)程序。外部時(shí)鐘和復(fù)位電路與單片機(jī)的連接如下圖所示。 圖5 內(nèi)部時(shí)鐘和復(fù)位電路與單片機(jī)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(chǎng)中采集到的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量。模擬量輸入通道一般由信號(hào)預(yù)處理、多路模擬開(kāi)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(hào)有很多，精度和位數(shù)的選擇范圍很大。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，因?yàn)橛?個(gè)被測(cè)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?xún)r(jià)比很高，而且也能滿(mǎn)足該次設(shè)計(jì)，因此該設(shè)計(jì)報(bào)告選用的是ADC0809。 4.2.2 ADC0809功能簡(jiǎn)介 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)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(jī)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(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(shí)，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(duì)輸入模擬量要求電壓范圍是0－5V，若信號(hào)太小，則必須進(jìn)行放大； D7－D0：8條數(shù)字量輸出線(xiàn)。數(shù)字信號(hào)通過(guò)它傳給單片機(jī)。 START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)START上升沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下降沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)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(hào)。當(dāng)EOC為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 OE：輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)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(xiàn)呈高阻狀態(tài)。該設(shè)計(jì)中用P1.1口來(lái)進(jìn)行控制。 ADDA～ADDC、ALE：地址輸入和控制線(xiàn)。ALE為地址鎖存允許輸入線(xiàn)，高電平有效。當(dāng)ALE線(xiàn)為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將A、B、C三條地址線(xiàn)的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A、B和C為地址輸入線(xiàn)，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(shí)鐘輸入信號(hào)線(xiàn)。因ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ。因?yàn)閱纹瑱C(jī)在非訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE仍以1/6振蕩頻率固定不變的速率輸出，因此該設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘信號(hào)由單片機(jī)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(shí)，與寫(xiě)信號(hào)WR共同選通ADC0809。圖中ALE信號(hào)與ST信號(hào)連在一起，在WR信號(hào)的前沿寫(xiě)入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。例如，輸出地址7FF8H可選通通道IN0，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器輸出的模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換；輸出地址7FF9H可選通通道IN1，實(shí)現(xiàn)模擬量的轉(zhuǎn)換。圖中ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)EOC接到80C51的INT1引腳，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，EOC變?yōu)楦唠娖?，表示轉(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(chǔ)單元。 4.2.3 ADC0809 與單片機(jī)的連接 圖8 ADC0809與單片機(jī)連接 4.2.4觸發(fā)器 由于ADC0809片內(nèi)無(wú)時(shí)鐘，可利用AT89C51單片機(jī)提供的地址鎖存允許信號(hào)ALE經(jīng)D觸發(fā)器74LS74二分頻后獲得，ALE引腳的頻率是AT89C51時(shí)鐘頻率的1/6。. 如果單片機(jī)的時(shí)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(duì)時(shí)鐘頻率的要求。 74LS74內(nèi)含兩個(gè)獨(dú)立的D上升沿雙D觸發(fā)器，每個(gè)觸發(fā)器有數(shù)據(jù)輸入（D）、置位輸入（）復(fù)位輸入（）、時(shí)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(wú)關(guān)。當(dāng)、均無(wú)效（高電平式）時(shí)，符合建立時(shí)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(mén)74LS28 在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫(xiě)信號(hào)和P2.7控制ADC0809的地址鎖存和轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)，啟動(dòng)并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)和P2.7引腳經(jīng)或非門(mén)后產(chǎn)生的正脈沖作為OE信號(hào)，用來(lái)打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器?；蚍情T(mén)的邏輯功能是：輸入全為0，輸出才為1；只要有一個(gè)輸入為1，輸出就為0。 圖10 或非門(mén)邏輯符號(hào) 4.2.6鎖存器 受引腳數(shù)的限制，P0口兼用數(shù)據(jù)線(xiàn)和低8位地址線(xiàn)，為了將它們分離出來(lái)，需在單片機(jī)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(shuō)明： D7～D0：8位數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)，Q7～Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。 G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通信號(hào)。當(dāng)加到該引腳的信號(hào)為高電平時(shí)，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負(fù)跳變時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，低電平有效。當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，三態(tài)門(mén)打開(kāi)，鎖存器中數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)輸出線(xiàn)。當(dāng)該信號(hào)為高電平時(shí)，輸出線(xiàn)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(cè)控系統(tǒng)中，常對(duì)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(shí)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?xún)r(jià)比、轉(zhuǎn)換精度等各方面比較，該設(shè)計(jì)選用的轉(zhuǎn)換器是DAC0832。 4.3.2 DAC0832功能簡(jiǎn)介 DAC0832是采用先進(jìn)的CMOS工藝制成的8位D/A轉(zhuǎn)換器，可直接與主機(jī)相連接，將主機(jī)出來(lái)的數(shù)字量信號(hào)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(diǎn)是內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)獨(dú)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(jìn)行轉(zhuǎn)換的同時(shí)，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(xiàn)。需要進(jìn)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(hào)輸入線(xiàn)，高電平有效。 CS：片選信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。 WR1：輸入寄存器的寫(xiě)選通信號(hào)。 XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線(xiàn)，低電平有效。 WR2：DAC寄存器寫(xiě)選通輸入線(xiàn)。 Iout1、Iout2:電流輸出線(xiàn)。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。 Rfb:反饋信號(hào)輸入線(xiàn),芯片內(nèi)部有反饋電阻。一般為20K Vcc:電源輸入線(xiàn)。一般為+5V Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線(xiàn)。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(duì)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(shí)輸出的場(chǎng)合，應(yīng)采用單緩沖方式。這種方式下，將兩級(jí)寄存器的控制信號(hào)并接。輸入數(shù)據(jù)在控制信號(hào)作用下直接進(jìn)入8位DAC寄存器中并進(jìn)入8位DA轉(zhuǎn)換器進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換。 ILE接+5V，片選信號(hào)連到地址線(xiàn)P2.4。這樣輸入寄存器和DAC寄存器的地址都是2FFFH?！皩?xiě)”選通線(xiàn)WR1與8051的“寫(xiě)”信號(hào)線(xiàn)連接。DAC0832與單片機(jī)連接如下圖所示 ： 圖14 DAC與單片機(jī)連接電路 4.4 I/O接口的擴(kuò)展 AT89C51有4個(gè)I/O口P0~P3，真正用作I/O口線(xiàn)的只有P1口的8位I/O口線(xiàn)和P3口的某些位線(xiàn)。因此，大多需要外部I/O接口的擴(kuò)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(méi)有82C55所以選用8255A。引腳圖如下： 圖15 8255A 引腳圖 1．主要引腳說(shuō)明： D7～D0：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)線(xiàn)，與單片機(jī)的P0口連接，用來(lái)與單片機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)信息。 CS ：片選信號(hào)線(xiàn)，低有效，表示本芯片被選中。 RD ：讀信號(hào)線(xiàn)，低有效，讀82C55端口數(shù)據(jù)的控制信號(hào)。 WR ：寫(xiě)信號(hào)線(xiàn)，低電平有效，用來(lái)向82C55寫(xiě)入端口數(shù)據(jù)的控制信號(hào)。 VCC：+5V電源。 PA7～PA0：端口A輸入/輸出線(xiàn)。 PB7～PB0：端口B輸入/輸出線(xiàn)。 PC7～PC0：端口C輸入/輸出線(xiàn)。 A1、A0：地址線(xiàn)，用來(lái)選擇82C55內(nèi)部的4個(gè)端口。 RESET：復(fù)位引腳，高電平有效 PA口：一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB口：一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸出鎖存器和緩沖器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 PC口：一個(gè)8位的輸出鎖存器；一個(gè)8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器。 4.5 鍵盤(pán) 鍵盤(pán)是由若干按鈕組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶(hù)能通過(guò)鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)輸入指令、地址和數(shù)據(jù)。一般單片機(jī)系統(tǒng)中采和非編碼鍵盤(pán)，非編碼鍵盤(pán)是由軟件來(lái)識(shí)別鍵盤(pán)上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng). 4.5.1 鍵盤(pán)的選擇 常用的鍵盤(pán)有獨(dú)立式和矩陣式。獨(dú)立式鍵盤(pán)的每個(gè)按鍵單獨(dú)占有一根I/O接口引線(xiàn)，輸入每根I/O接口引線(xiàn)的信號(hào)對(duì)應(yīng)某個(gè)數(shù)據(jù)。矩陣式鍵盤(pán)能節(jié)省I/O口，但連線(xiàn)更復(fù)雜。我采用獨(dú)立式鍵盤(pán)。 4.5.2鍵盤(pán)被按下的判斷 只有在鍵盤(pán)有鍵按下時(shí)，才執(zhí)行鍵盤(pán)掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無(wú)鍵按下，單片機(jī)將不予理睬鍵盤(pán)。加入鍵盤(pán)是為了便于人機(jī)互動(dòng)，方便工作人員即時(shí)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(jìn)入鍵盤(pán)調(diào)節(jié)模式和退出鍵盤(pán)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(pán)與單片機(jī)的連接 圖16 鍵盤(pán)與單片機(jī)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(xiàn)方便，但是價(jià)格貴；LED顯示器接線(xiàn)相對(duì)復(fù)雜，但價(jià)格便宜；在本次設(shè)計(jì)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(dòng)，我們此處采用三個(gè)74ls48來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示器。 4.6.1 74LS48功能簡(jiǎn)介 74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，在本電路中，我使用它驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管記性數(shù)字顯示。而74LS48是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和計(jì)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(dòng)共陰極LED。 圖17 74LS48引腳圖 4.6.2數(shù)碼管簡(jiǎn)介 數(shù)碼管一般為7段或8段，該設(shè)計(jì)會(huì)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(yáng)極。由于顯示譯碼器的位選線(xiàn)段需從共陰極數(shù)碼管的公共端吸入電流，因此，該設(shè)計(jì)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(bào)警指示燈電路 當(dāng)傳感器所采集的信息通過(guò)單片機(jī)處理，如果超過(guò)設(shè)置的上限值或低于下限值時(shí)，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，紅燈亮。正常工作時(shí)綠燈亮。電路圖如下圖所示： 圖20 報(bào)警電路 4.8上位機(jī)通訊 上位機(jī)通訊對(duì)單片機(jī)而言意義重大，不但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且也能實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)單片機(jī)的控制。比如你可以把寫(xiě)入單片機(jī)的數(shù)據(jù)碼顯示在電腦上，如可使用一個(gè)按鍵當(dāng)按下它時(shí)通過(guò)單片機(jī)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(jī)通信的實(shí)現(xiàn)原理 在測(cè)控系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和數(shù)據(jù)處理能力都較低，所以一般情況下單片機(jī)通過(guò)串行口與PC機(jī)的串行口相連，把采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)上，再在PC機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 由于單片機(jī)的輸入輸出是TTL電平，而PC機(jī)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(duì)單片機(jī)輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平。通過(guò)MAX232實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)與PC機(jī)的接口方案如圖所示。 圖21 單片機(jī)與PC機(jī)的接口方案 4.8.2上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)電路 圖22 上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)電路 5.系統(tǒng)總體流程圖 開(kāi)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(hào) 報(bào)警處理 報(bào)警處理 單片機(jī)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(huì) 經(jīng)過(guò)兩周的努力,我終于將計(jì)控課程設(shè)計(jì)做完了?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。在這次作業(yè)過(guò)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(jì)。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用到了以前所學(xué)的專(zhuān)業(yè)課知識(shí)，如：?jiǎn)纹瑱C(jī)原理、模擬和數(shù)字電路知識(shí)等。雖然過(guò)去從未獨(dú)立應(yīng)用過(guò)它們，但在學(xué)習(xí)的過(guò)程中帶著問(wèn)題去學(xué)我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。以后要做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)，就必須做到：在設(shè)計(jì)程序之前，對(duì)所用單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有一個(gè)系統(tǒng)的了解，知道該單片機(jī)內(nèi)有哪些資源；要有一個(gè)清晰的思路和一個(gè)完整的的軟件流程圖；在設(shè)計(jì)程序時(shí)，不能妄想一次就將整個(gè)程序設(shè)計(jì)好，反復(fù)修改、不斷改進(jìn)是程序設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路；要養(yǎng)成注釋程序的好習(xí)慣，一個(gè)程序的完美與否不僅僅是實(shí)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(jì)課程過(guò)程中遇到問(wèn)題是很正常的，但我們應(yīng)該將每次遇到的問(wèn)題記錄下來(lái)，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問(wèn)題。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，了解到理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要意義，學(xué)會(huì)了堅(jiān)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(xiàn) [1] 姜學(xué)軍. 計(jì)算機(jī)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(jī)的變轉(zhuǎn)速液壓測(cè)控系統(tǒng)的研究. 礦山機(jī)械, 2010，(6): 22-26 [3] 高峰，崔金寶，曲建嶺. 基于80C198單片機(jī)的壓力模糊測(cè)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(cè)控系統(tǒng). 自動(dòng)化儀表, 2006, 27(1): 59-61 目 錄 1.設(shè)計(jì)背景與意義 1 1.1設(shè)計(jì)背景 1 1.2 設(shè)計(jì)意義 1 2.設(shè)計(jì)題目介紹 1 3.系統(tǒng)總體框架 2 4.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 2 4.1 單片機(jī) 2 4.1.1 單片機(jī)的選擇 2 4.1.2 AT89C51的功能簡(jiǎn)介 3 4.1.3時(shí)鐘電路 5 4.1.4復(fù)位電路設(shè)計(jì) 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(jiǎn)介 6 4.2.3 ADC0809 與單片機(jī)的連接 9 4.2.4觸發(fā)器 9 4.2.5或非門(mén)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(jiǎn)介 12 4.4 I/O接口的擴(kuò)展 14 4.5 鍵盤(pán) 15 4.5.1 鍵盤(pán)的選擇 15 4.5.2鍵盤(pán)被按下的判斷 15 4.5.3 鍵盤(pán)與單片機(jī)的連接 15 4.6顯示裝置 16 4.6.1 74LS48功能簡(jiǎn)介 16 4.6.2數(shù)碼管簡(jiǎn)介 16 4.6.3數(shù)碼管連接部分整體電路圖 17 4.7報(bào)警指示燈電路 17 4.8上位機(jī)通訊 18 4.8.1上位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)原理 18 4.8.2上位機(jī)通信實(shí)現(xiàn)電路 18 5.系統(tǒng)總體流程圖 19 心得體會(huì) 20 參考文獻(xiàn) 21