基于單片機的信號采集及控制系統(tǒng)設計

1、電子信息工程單片機課程設計研究報告基于單片機的信號采集及控制系統(tǒng)設計學生姓名：王國棟學生學號：20124075103指導教師：田芳明 所在學院：信息技術(shù)學院專業(yè)班級：電子12中國·大慶2015年6月信息技術(shù)學院課 程 設 計 任 務 書 信息 院 電子信息工程 專業(yè) 2012 級，學號 20124075103姓名 王國棟 一、課程設計課題：基于單片機的信號采集及控制系統(tǒng)設計二、課程設計工作日自 2015年6月18日至 2015 年 7月 3 日三、課程設計進行地點：信息館320四、 程設計任務要求： 1.課題來源:老師下發(fā)2.目的意義:提高學生的動手能力，鍛煉專業(yè)技能。增強動手解決問

2、題的能力。3.基本要求:采用單片機實現(xiàn)8路模擬量傳感器信號檢測，模擬量傳感器采集的物理參數(shù)可自行選擇，在LCD中實時循環(huán)顯示采集的物理參數(shù)，精度達到±1 ，根據(jù)精度自選A/D轉(zhuǎn)換芯片或內(nèi)置A/D的單片機，具有8路開關量繼電器輸出。直流穩(wěn)壓電源自行設計。，輔助電路及元器件自選。課程設計評審表指導教師評語：成績： 簽字： 日期： 目錄1設計任務要求12方案比較13單元電路設計14元件選擇55整體電路106.說明電路的工作原理127困難問題及解決措施128總結(jié)與體會139致謝1310參考資料1311 程序131設計任務要求 1. 要求o 采用單片機實現(xiàn)8路模擬量傳感器信號檢測（420MA信

3、號）。o 模擬量傳感器采集的物理參數(shù)可自行選擇。o 在LCD中實時循環(huán)顯示采集的物理參數(shù)（如、溫度、濕度、光照等）。 o 精度達到±1 。o 根據(jù)精度自選A/D轉(zhuǎn)換芯片或內(nèi)置A/D的單片機。 o 具有8路開關量繼電器輸出。o 直流穩(wěn)壓電源自行設計。 o 輔助電路及元器件自選。 2. 規(guī)定： o 設計硬件線路，用protel畫圖。 o 按單元電路詳細說明硬件線路設計思路，元件參數(shù)，選取根據(jù)。附詳細的元件清單。 o 軟件設計。設計物理參數(shù)采集，轉(zhuǎn)換和LCD顯示、開關量輸出控制程序。 o 有完整的程序流程圖，包括總流程圖和模塊流程圖。對程序設計思想做詳細說明。 o 有完整的程序清單，并加注

4、釋。 o 總結(jié)設計過程和設計體會。 2方案比較3單元電路設計3.1穩(wěn)壓電源電路圖1穩(wěn)壓電路3.2單片機電路3.2.1 主控芯片圖2 51單片機芯片引腳3.2.2 晶振電路圖3 晶振電路3.2.3復位電路圖4復位電路3.3 LCD顯示模塊圖5 LCD顯示模塊3.4 AD采集電路圖6 ADC0809連接圖3.5待檢測的電路圖7 待檢測的8路信號3.6 繼電器控制輸出電路圖8 繼電器輸出4元件選擇4.1STC89C51STC89C51 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上

5、Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，

6、振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作直到下一個中斷或硬件復位為止。8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程節(jié)。圖9 單片機引腳圖4.2 ADC08094.2.1ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖10 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖中多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個地址位進行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表1為通道選擇表。表1通道選擇表4.2.1ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809八位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器是一種單片C

7、MOS器件，包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開關和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開關能直接連通8個單端模擬信號中的任何一個。圖11 ADC0809引腳圖ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下：IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號。對應ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉(zhuǎn)換啟動信號。START上升沿時，復位ADC0809；START下降沿時啟動芯片，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應保持 低電平。本信號有時簡寫為ST.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADD

8、A，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對應關系見表1。CLK時鐘信號。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。通常使用頻率為500KHz的時鐘信號EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。EOC=0,正在進行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號即可作為查詢的狀態(tài)標志，又可作為中斷請求信號使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE輸出允許信號。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。4.3 LCD16024.3.1器件介紹圖12 LCD160

9、2引腳圖1602共16個管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個，分別為：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端),R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號）;以后編程便主要圍繞這三個管腳展開進行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。以下具體闡述這三個管腳：RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。R/W為讀寫選擇，高電平進行讀操作，低電平進行寫操作。E端為使能端，后面和時序聯(lián)系在一起。 除此外，D0D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線。4.3.2 操作時序表2操作時序表從D0D7讀取數(shù)據(jù)注：關于E=H脈沖開始時初始化E為0，然后置E為1，再清0.讀取狀態(tài)字時，注意D7位，D7=1，禁止讀寫操作；D7=0，允許讀寫操作；所以對

10、控制器每次進行讀寫操作前，必須進行讀寫檢測。（即后面的讀忙子程序） 4.3.3指令集1. LCD_1602 初始化指令小結(jié)：2. 0x38 設置16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù)接口3. 0x01 清屏4. 0x0F 開顯示，顯示光標，光標閃爍5. 0x08 只開顯示6. 0x0e 開顯示，顯示光標，光標不閃爍7. 0x0c 開顯示，不顯示光標8. 0x06 地址加1，當寫入數(shù)據(jù)的時候光標右移9. 0x02 地址計數(shù)器AC=0;（此時地址為0x80） 光標歸原點，但是DDRAM中斷內(nèi)容變10. 0x18 光標和顯示一起向左移動4.4 元器件清單表3元器件清單5整體電路圖13 總體電路圖6.說明

11、電路的工作原理開始系統(tǒng)初始化A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換有鍵按下？Y依次切換通道LCD1602顯示并控制N圖14 系統(tǒng)流程圖本系統(tǒng)使用STC89C51作為主控制器，ADC0809作為AD采集8路信號的芯片，采集8路模擬信號的信息，然后根據(jù)按鍵依次循環(huán)顯示在LCD1602上。上電后首先1602初始化，ADC0809初始化，默認顯示第一路采集信號，按下一個按鍵后顯示下一路，依次循環(huán)顯示。7困難問題及解決措施再設計過程中，對AD轉(zhuǎn)化的原理認識不清楚，ADC0809不熟悉。不知道如何使用這個芯片，編寫程序的時候時序沒有認識正確，無法完成采集。電源模塊電壓不穩(wěn)定, 難點一就是AD0809芯片的使用。 難點二就是將AD

12、0809產(chǎn)生的0256的數(shù)字換算成05.000的精確度，而又不至于溢出出錯。程序流程設計不合理。LCD1602沒有想到背光的調(diào)節(jié)，顯示不清楚有背影。后來仔細閱讀芯片手冊，理清時序的先后順序，編寫程序，完成測試，優(yōu)化顯示流程，完成設計任務要求。8總結(jié)與體會單片機具有體積小，功耗低，功能強，通用性好，性價比高易組裝成機電儀一體化的各種智能控制設備和儀器，儀表。面向在線應用，能針對各類控制任務的簡繁靈活配置，因而能獲得最佳的費效比。易于實現(xiàn)規(guī)劃設計，避免不必要的二次開發(fā)過程，減少系統(tǒng)的研發(fā)費用，產(chǎn)品升級周期短。易于多機使用主從分布式的集散控制，提高控制系統(tǒng)的效率。抗干擾能力強，適應溫度范圍廣，能在各

13、種惡劣環(huán)境下可靠地工作。指令精簡，實用，系統(tǒng)設計靈活易于推廣運用。9致謝感謝老師讓我做這次課程設計，通過這次課程設計使我更加清晰的認識了自己能力的不足和對專業(yè)知識掌握的不扎實，尤其是數(shù)字電路和模擬電路，還有對硬件電路的設計缺少相應的思維和解決方法。芯片掌握的不到位，不熟悉。對C語言的編程能力還不夠，不能夠沒有障礙的閱讀芯片手冊，對芯片的時序的編程實現(xiàn)也掌握不到位。在以后的學習和工作中，我一定要以認真嚴謹?shù)膽B(tài)度去學習，鍛煉自己的技能。10參考資料1 李朝青.單片機原理及接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學出版社，19982 李廣弟.單片機基礎.北京：北京航空航天大學出版社，19923 何立民.單片

14、機應用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學出版社， 19944 張毅剛. 單片機原理及接口技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，19905 譚浩強.單片機課程設計. 北京：清華大學出版社，198911 程序#include<reg52.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int void result(uchar);uchar value=0; #include"adc0809.h"#include"lcd1602.h"uchar str5 ;uchar volt7;uchar a

15、=0+0x30;uchar str111="tanxiaopin"sbit CLK=P07;uint n;void main() /uint i;ADC0809_init();lcd_init(); int i=0;while(1)lcd_zifu(str1,0x01);value=AD(i);/ str0=value/100+0x30; str1=value%100/10+0x30; str2=value%10+0x30; result(value);lcd_data(str,0x40);lcd_data(volt,0x46); if(key_down() i+; if(

16、i>=8)i=1; jdq_ctrl(i,max);while(1);void result(uchar v) float a;a=(v/255.0)*500.0;volt0=(int)a)/100+0x30;volt1='.'volt2=(int)a)%100/10+0x30;volt3=(int)a)%10+0x30;volt4=' 'volt5='V' void t1(void) interrupt 3 CLK=CLK; #include<reg52.h>#define uchar unsigned char #defin

17、e uint unsigned int sbit ST=P04;sbit EOC=P05;sbit OE=P06;/sbit CLK=P07;sbit ADDA=P00;sbit ADDB=P01;sbit ADDC=P02;sbit ALE=P03;uchar vvoid delay(ms) uint i,j; for(i=ms;i>0;i-) for(j=125;j>0;j-);void ADC0809_init()TMOD=0x20;TH1=(255-250);TL1=(255-250);EA=1ET1=1; TR1=1; ST=0; OE=0;ALE=0;uchar AD(

18、)uchar temp=0;ST=0;/EOC=1;/ ALE=1;ADDA=0;ADDB=0;ADDC=0;delay(1); ALE=0;OE=0; ST=0;ALE=1; ST=1;ALE=0; ST=0; delay(2); while(EOC=0); OE=1; temp=P2; delay(2); OE=0; return temp; void ADC0809_init(); uchar AD();#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsig

19、ned intsbit rs=P15;sbit rw=P16;sbit en=P17;void lcd_1602(uchar comm);void lcd_write(uchar dat);bit lcd_busy();extern void delay(uint); void lcd_1602(uchar comm);void lcd_write(uchar dat);bit lcd_busy();sbit busy=P37;extern void delay(uint);void lcd_1602(uchar comm)while(lcd_busy();rs = 0;rw = 0;en = 0;_nop_();P3 = comm;_nop_();en = 1;_nop_();_nop_();en = 0;void lcd_write(uchar dat)while(lcd_busy();rs = 1;rw = 0;en = 0;_nop_();P3 = dat;_nop_();_nop_();en = 1;_nop_();_nop_();en = 0;void lcd_