計算機控制系統(tǒng)課程設(shè)計(東北電力大學(xué))資料(共14頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄1 題目背景與意義1.1設(shè)計目的本課程設(shè)計以計算機控制系統(tǒng)課程理論為基礎(chǔ)，以其他電子類、計算機及接口類相關(guān)課程內(nèi)容為輔助，在實踐中鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計能力、理論應(yīng)用能力、總結(jié)歸納能力以及自我學(xué)習(xí)能力，提高其實踐能力、創(chuàng)新意識與創(chuàng)業(yè)精神。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

2、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，通過完成一個涉及MCS-51單片機A/D和D/A多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標板的設(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?、電子元器件、等方面的知識進一步加深認識，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)們增進對單片機的感性認識，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)。使學(xué)生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)。2 設(shè)計題目介紹

3、2.1設(shè)計內(nèi)容和要求設(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，同時可輸出標準電壓/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。標準電壓/電流信號此處定為：05V/020mA。2.1.1基本要求（1) 充分理解題目要求，確定方案。（2) 合理選擇器件型號。（3) 用1號圖紙1張或者采用Protel軟件畫出電原理圖。（4) 用1號圖紙1張畫出軟件結(jié)構(gòu)框圖。（5) 寫出設(shè)計報告，對課程設(shè)計成品的功能進行介紹及主要部分進行分析與說明。（6) 每天寫出工作進程日記。2.1.2發(fā)揮部分（1) 可將系統(tǒng)擴展為多路。可在此系統(tǒng)中

4、擴展鍵盤、顯示（LCD/LED）、與上位機通訊功能。（2) 完成以上基本設(shè)計部分之后，可以運用Protues仿真軟件對設(shè)計結(jié)果進行相應(yīng)的編程和仿真，調(diào)試測控系統(tǒng)并觀察其運行結(jié)果(可以分部分完成)。3 系統(tǒng)總體框架D/A轉(zhuǎn)換器AT89C51A/D轉(zhuǎn)換器電源模擬量輸入 模擬量輸出顯示器圖3.1系統(tǒng)總框圖4 系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1單片機選型 由于AT89C51單片機采用的是CHMOS工藝，高速度、高密度、低功耗，具有價格便宜、易上手、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，且滿足我所設(shè)計的系統(tǒng)要求的條件，所以此次設(shè)計選用AT89C51單片機作為處理核心。AT89C51單片機是一款8位的CPU，屬于MCS-51單芯

5、片的一種。AT89C51 提供以下標準功能：4k Flash ，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工口，片內(nèi)振蕩器及。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。其結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖4-1、圖4-2所示：圖4-1AT89C51圖4-2 AT89C51的引腳排列4.1.1 AT89C51功能介紹：VCC：供電電壓。

6、GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I

7、/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部或16位地址存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)進行讀寫時，P2口輸出其的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）

8、這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計時器0外部輸入）P3.5 T1（計時器1外部輸入）P3.6 /WR（寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，允許的用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的

9、頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個兩次/PSEN有效。但在訪問存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部

10、鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。4.1.2晶振電路單片機是一種時序電路，必須供給脈沖信號才能正常工作，所以在XTAL1 XTAL2引腳接入一個振蕩電路，電路如圖4-3所示：圖4-3 晶振電路4.1.3復(fù)位電路單片機系統(tǒng)中需要一個硬件復(fù)位電路，用于用戶的手動復(fù)位，AT89C51是高電平復(fù)位有效。最簡單的復(fù)位電路由一個電阻、一個電解電容、一個按鈕形成，電路如圖4-4所示：圖4-4 復(fù)位電路 復(fù)位電路的作用：在上電或

11、復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)；住段時間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU兼容性能。4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路為了完成A/D轉(zhuǎn)換功能，我選擇的是ADC0832轉(zhuǎn)換器,ADC0832 是生產(chǎn)的一種8 、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832 可使我們了解的原理，有助于我們單片機技術(shù)水平的提高。4.2.1 ADC0832功能介紹：芯片接口說明：CS_使能，低電平芯片使能。CH0 模擬輸入通道0，或作為IN+/-使用。CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。GN

12、D 芯片參考0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換。CLK 芯片時鐘輸入。Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。ADC0832 為8A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。ADC0832如下圖所示：圖4-5 ADC08324.3 D/A轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換電路

13、我選擇的是DAC0808， DAC0808是8位數(shù)模轉(zhuǎn)換集成芯片，電流輸出，穩(wěn)定時間為150ns,驅(qū)動電壓±5V,33mW。DAC0808可以直接和TTL,DTL和CMOS邏輯電平相兼容。圖4-6 DAC0808芯片圖4.3.1 DAC0808功能A1A8:8位并行數(shù)據(jù)輸入端（A1為最高位，A8為最低位）VREF():正向參考電壓（需要加電阻）VREF()：負向參考電壓，接地IOUT:電流輸出端VEE:負電壓輸入端COMP：compensation（補償），補償端，與VEE之間接電容（R14=5k時，（R14為14引腳的外接電阻)，一般為0.1uF，電容必須隨著R14的增加而適當增加

14、）GND：接地端，VCC：電源端，在proteus中都已隱藏4.4顯示器顯示器我選擇LM016L，這是字符型液晶顯示器，它顯示質(zhì)量高，用數(shù)字式接口，體積小，重量輕，功耗低，重點是它編程容易。圖4-7 LCD顯示器4.4.1LM016L引腳說明VSS:一般接地。VDD:接電源（+5V）。V0：液晶顯示器對比調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。RS: RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。R/W: R/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作E :E(

15、或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。DB0:底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）DB2: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位DB3: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位DB4: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位DB5: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位DB6: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位DB7: 高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）BLA: 背光電源正極BLK: 背光 電源負極4.5 總電路圖4-8 電路原理仿真5 系統(tǒng)軟件設(shè)計開5.1 主程序框圖初始化LCD初始化A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器傳入數(shù)據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器傳出數(shù)據(jù)LCD展示傳入數(shù)據(jù)結(jié)束圖

16、5-1 主程序框圖5.2數(shù)據(jù)程序框圖開接受A/D傳入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否有效 否 是輸出到D/ALCD顯示結(jié)束圖5-2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換框圖開5.3顯示程序框圖接受A/D數(shù)據(jù)計算個位數(shù)值，送入顯示器計算小數(shù)點后一位數(shù)值，送入顯示器計算小數(shù)點后兩位數(shù)，送入顯示器結(jié)束圖5-3 顯示程序框圖6 總結(jié)通過這次課程設(shè)計，讓我更加深刻了解課本知識，和以往對知識的疏忽得以補充，對于各個芯片的了解不夠充分，經(jīng)過這次課程設(shè)計之后，使得自己對于所學(xué)的知識進行了一次綜合性的整理，通過查閱相關(guān)資料，不僅學(xué)習(xí)了更多的知識，也提高了自己的實踐能力。明白了單片機的各種原理及芯片的選擇技巧。為未來的學(xué)習(xí)生活做了鋪墊。在做課設(shè)過程中，我總結(jié)了一

17、下幾點：（1）課程設(shè)計過程中遇到問題是正常的,我們應(yīng)積極尋找解決問題的辦法，并分析清楚產(chǎn)生問題的原因,以防下次再遇到同樣的問題.（2）認真審題，不盲目設(shè)計，理解課程設(shè)計的方向，做到完成課題又能鍛煉自己的能力。 （3）課程設(shè)計可分塊進行設(shè)計，而后再組合到一起完成整個的設(shè)計。 （4）自己完成了整個課程設(shè)計之后，熟悉了課程設(shè)計的過程。課程設(shè)計是一個重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計使我們了解到一些實際與理論之間的差異。通過課程設(shè)計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎(chǔ)，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運用工具書的能力，把我們所學(xué)的課本知識與實踐結(jié)合起來，起到溫故而知新的作用。課程設(shè)計誠然是一門專

18、業(yè)課，給我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，同時又是一門講道課，一門設(shè)計課，給了我許多道，給了我很多思，給了我莫大的空間。同時，設(shè)計讓我感觸很深。使我對抽象的理論有了具體的認識。在課程設(shè)計過程中。我們要比較系統(tǒng)的了解礦井運輸提升的設(shè)計中的每一個環(huán)節(jié)，包括從總體設(shè)計原則，本次設(shè)計綜合三年所學(xué)的專業(yè)課程，以設(shè)計任務(wù)書的指導(dǎo)思想為中心，參照有關(guān)資料，有計劃有頭緒、有邏輯地把這次設(shè)計搞好！總之，這次課程設(shè)計使我收獲很多、學(xué)會很多、比以往更有耐心很多。感謝學(xué)校及老師給我們這次課程設(shè)計的機會，最真摯的感謝我們的輔導(dǎo)老師 ，在設(shè)計過程中，老師精心的輔導(dǎo)和不厭其煩地的態(tài)度才使得我們以順利的完成這次設(shè)計，他那無私