單片機(jī)數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第頁(yè)共頁(yè)目錄1引言.I1.1單片機(jī)的發(fā)展概況.21.2單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)概述.32各個(gè)器件及工作原理.52.1AT89S51.52.2A/D轉(zhuǎn)換器(AD574).72.3D/A轉(zhuǎn)換器(DAC1210).102.4繼電器隔離.112.5通訊接口.112.6CAN總線.122.78279芯片.132.8液晶顯示原理.142.9鍵盤(pán)接口.163硬件設(shè)計(jì).193.1A/D轉(zhuǎn)換模塊.203.2D/A轉(zhuǎn)換模塊.213.3通訊模塊.213.4顯示模塊.223.5電源模塊.233.6鍵盤(pán)設(shè)計(jì)模塊.234軟件設(shè)計(jì).254.1主程序流程圖.254.2通訊端口流程圖.264.3A/D轉(zhuǎn)換流程圖.274.4D/A轉(zhuǎn)換流程圖.274.5I/O端口流程圖.28結(jié)論.29致謝.30參考文獻(xiàn).31附錄A.32附錄B.33本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第2頁(yè)共39頁(yè)1引言單片機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支,它被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集以及儀器儀表等眾多領(lǐng)域。近幾年來(lái)，隨著各種高性能、高集成度、低成本的新型單片機(jī)的出現(xiàn)以及嵌入式系統(tǒng)的興起，單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。除了工業(yè)控制外、民用娛樂(lè)、消費(fèi)性產(chǎn)品上也隨處可見(jiàn)單片機(jī)的身影。本設(shè)計(jì)主要以單片機(jī)AT89C51芯片為控制核心和數(shù)據(jù)采集電路、LED數(shù)碼管顯示電路以及供電系統(tǒng)四大部分構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和顯示功能。當(dāng)有模擬信號(hào)輸入時(shí)，單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器，把要輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)存入到單片的內(nèi)存中，在控制LCD顯示驅(qū)動(dòng)器把內(nèi)存中的數(shù)字信號(hào)顯示出來(lái)。通過(guò)鍵盤(pán)來(lái)改變LCD中顯示的數(shù)據(jù)，把改變的數(shù)據(jù)通過(guò)控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出成相應(yīng)的模擬信號(hào)。應(yīng)用通訊端口（RS232、RS422、RS485）完成與其他控制器之間的數(shù)據(jù)通訊。1.1單片機(jī)的發(fā)展概況從誕生至今，單片機(jī)的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了4個(gè)階段，今后單片機(jī)的發(fā)展主要應(yīng)該體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）更高的集成度高集成度意味著開(kāi)發(fā)難度、開(kāi)發(fā)成本的降低。近幾年來(lái)各個(gè)單片機(jī)生產(chǎn)廠家都推出了許多集成了各種外圍器件的增強(qiáng)型單片機(jī)，如Cygnal的C8051F系列，其中集成了看門狗、C總線、12位A/D、10位D/A等，對(duì)于一般的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，基本上不用再進(jìn)行外圍擴(kuò)展，而且其價(jià)格也比這些外圍器件的價(jià)格總和要低得多，大大降低了開(kāi)發(fā)難度和成本。（2）更快的運(yùn)算能力雖然單片機(jī)是面向控制和采集的，對(duì)計(jì)算能力的要求并不高，但是更好的運(yùn)算速度和精度將意味著控制的更為精確。此外，一些需要大數(shù)據(jù)量計(jì)算的產(chǎn)品的出現(xiàn)也要求單片機(jī)需具有較高的運(yùn)算能力。（3）降低功耗和價(jià)格，更好的穩(wěn)定性在很多應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功耗和穩(wěn)定性的要求是非常高的。因此，許多廠商在這個(gè)方面動(dòng)了很多腦筋，比如采用CMOS技術(shù)、空閑掉電的方法來(lái)節(jié)電等，本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第3頁(yè)共39頁(yè)而價(jià)格則是設(shè)計(jì)者在選擇階段重點(diǎn)考慮的音素。無(wú)疑，在性能接近的條件下價(jià)格將會(huì)起主導(dǎo)作用。近幾年來(lái)，單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展、制造工藝的成熟使單片機(jī)價(jià)格下降成為可能。1.2單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)概述單片機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，需要設(shè)計(jì)者對(duì)軟/硬件設(shè)計(jì)都非常了解。硬件設(shè)計(jì)方面一般需要設(shè)計(jì)者考慮器件選擇，單片機(jī)外圍接口電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)等問(wèn)題；軟件方面則需要設(shè)計(jì)者根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)來(lái)完成相應(yīng)的功能設(shè)計(jì)。此外，由于系統(tǒng)的環(huán)境對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的影響很大，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中還需要再軟/硬件上考慮系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性和體積大小等問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該分為以下幾步。（1）總體設(shè)計(jì):主要是確定系統(tǒng)的功能，研究系統(tǒng)的可行性，估計(jì)系統(tǒng)成本，確定系統(tǒng)的整體方案。如果系統(tǒng)比較龐大，則需要?jiǎng)澐止δ苣K，確認(rèn)各個(gè)模塊的功能目標(biāo)，相互間的接口等問(wèn)題。（2）硬件設(shè)計(jì):在確定了整體方案的基礎(chǔ)上，根據(jù)方案中對(duì)系統(tǒng)和功能的要求，進(jìn)行器件的選型，然后設(shè)計(jì)單片機(jī)外圍器件的接口、驅(qū)動(dòng)電路，畫(huà)出原理圖并進(jìn)行驗(yàn)證，還需要考慮硬件上抗干擾、功耗等問(wèn)題。最后設(shè)計(jì)PCB板。（3）軟件設(shè)計(jì):軟件是系統(tǒng)的靈魂。此部分可以在硬件設(shè)計(jì)的后期與硬件設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。軟件設(shè)計(jì)的目標(biāo)是根據(jù)硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的功能程序，并在硬件平臺(tái)上進(jìn)行功能測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的修改。（4）全系統(tǒng)整體測(cè)試:在軟/硬件設(shè)計(jì)完成，必須進(jìn)行全系統(tǒng)整體測(cè)試，測(cè)試系統(tǒng)功能是否完備，硬件設(shè)計(jì)整體是否合理。此外，應(yīng)該對(duì)系統(tǒng)整體在相應(yīng)環(huán)境下的穩(wěn)定性、抗干擾性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試完成后進(jìn)行燒片，并考慮產(chǎn)品化問(wèn)題。（5）系統(tǒng)功能擴(kuò)展、升級(jí)、完善。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)還需考慮到今后產(chǎn)品的更新問(wèn)題，可能的話應(yīng)該保留升級(jí)的接口，做好今后升級(jí)的準(zhǔn)備。一個(gè)常規(guī)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般包括以下3個(gè)子系統(tǒng)。（1）人機(jī)交互系統(tǒng)一般來(lái)說(shuō)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都需要和人進(jìn)行對(duì)話：人需要了解應(yīng)用系統(tǒng)的行本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第4頁(yè)共39頁(yè)為進(jìn)行干預(yù)；系統(tǒng)也需要把數(shù)據(jù)和狀態(tài)給人顯示。一般的人機(jī)交互系統(tǒng)有：輸入設(shè)備，如鍵盤(pán)、撥碼開(kāi)關(guān)等；輸出設(shè)備，如數(shù)碼管、LCD等。此外，還包括人、機(jī)間的通信手段：串行通信、USB總線等。（2）前向通道系統(tǒng)前向通道系統(tǒng)指單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中將被測(cè)對(duì)象需測(cè)量的外部信息轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以處理的內(nèi)部信息的子系統(tǒng)?？梢哉f(shuō)，前向通道系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的信息傳入部分，沒(méi)有這部分，整個(gè)系統(tǒng)就像沒(méi)感覺(jué)的人一樣，對(duì)外界的信號(hào)毫無(wú)反應(yīng)。在測(cè)量系統(tǒng)中，前向通道系統(tǒng)就是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分；在測(cè)控系統(tǒng)中，前向通道系統(tǒng)就是控制的必要環(huán)節(jié)。一般前向通道系統(tǒng)中包括各種傳感器、信號(hào)調(diào)理電路以及信號(hào)轉(zhuǎn)換等。（3）后向通道系統(tǒng)后向通道系統(tǒng)是指單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中將單片機(jī)輸出的控制信息轉(zhuǎn)換為被控對(duì)象可以利用的控制信號(hào)的子系統(tǒng)。一般的后向通道系統(tǒng)中都存在著弱電控制強(qiáng)電，或者以小功率控制大功率。因此后向通道系統(tǒng)包括各種功率接口器件和各種驅(qū)動(dòng)電路，有的系統(tǒng)中還需要有信號(hào)轉(zhuǎn)換等。一個(gè)完整的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般都是由上面3個(gè)子系統(tǒng)組合而成的。當(dāng)然，根據(jù)應(yīng)