具有数模和模数转换功能的信号测控装置.docx

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具有数模和模数转换功能的信号测控装置

1引言2

1.1设计目的2

1.2设计意义2

2系统硬件设计2

2.1单片机选型2

2.2A/D转换电路3

2.3D/A转换电路3

2.4稳压电源5

2.5调理电路5

2.6报警指示灯电路6

2.7键盘控制电路6

2.7LED显示电路7

3PROTUES仿真7

4总结8

5参考资料8

*附录*9

引言

1.1设计目的

设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。

要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。

并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。

1.2设计意义

通过设计此测控装置，加深对控制系统理解，将所学的知识灵活穿插并运用起来。

2系统硬件设计

2.1单片机选型

由于80C51单片机具有价格便宜，易上手，抗干扰能力强，稳定性好等优点，且满足我所设计系统的条件，所以此次设计选用80C51单片机作为处理核心。

图18051单片机最小系统

2.2A/D转换电路

ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D转换芯片，片内有模拟量通道选择开关及相应的通道锁存、译码电路，A/D转换后的数据由三态锁存器输出，由于片内没有时钟需外接时钟信号。

通过P2.7来控制A/D是否开始工作。

图2A/D转换电路

2.3D/A转换电路

DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，具有双缓冲器输入结构。

DAC0832内部有两个寄存器，而这两个寄存器的控制信号有五个，输入寄存器由ILE、CS、WR1控制，DAC寄存器由WR2、Xref控制，用软件指令控制这五个控制端可实现三种工作方式：

直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。

直通方式是将两个寄存器的五个控制端预先置为有效，两个寄存器都开通只要有数字信号输入就立即进入D/A转换。

单缓冲方式使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，另一个处于受控方式，可以将WR2和Xfer相连在接到地上，并把WR1接到89C51的WR上，ILE接高电平，CS接高位地址或地址译码的输出端上。

双缓冲方式把DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器都接成受控方式，这种方式可用于多路模拟量要求同时输出的情况下。

三种工作方式区别是：

直通方式不需要选通，直接D/A转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通。

由于DAC0832是单路转换，为了使系统能有更好的控制性，我加了个多路开关CD4051，从而实现系统的多路控制！

CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。

例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。

这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。

当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。

三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。

图3CD4051引脚图

图4D/A转换电路

2.4稳压电源

为了使单片机能更稳定的工作，必须保证有一个稳定的电压输入。

图5稳压电源

2.5调理电路

在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA，为此，常要先将其转换成±10V的标准电压信号，以便送给各类设备进行处理。

这种转换电路以4mA为满量程的0%对应-10V；12mA为50%对应0V；20mA为100%对应5V。

参考电路见图6所示。

图6调理电路

经对图6电路分析，可知流过反馈电阻Rf的电流为（Vo-VN）/Rf与VN/R1＋（VN-Vf）/R5相等，由此，可推出输出电压Vo的表达式：

Vo=（1+Rf/R1+Rf/R5）×VN-（R4/R5）×Vf。

由于VN≈Vp＝Ii×R4，上式中的VN即可用Ii×R4替换，若R4＝200Ω，R1＝18kΩ，Rf＝7.14kΩ，R5＝43kΩ，并调整Vf≈7.53V，输出电压Vo的表达式可写成如下的形式:

当输入4－20mA电流信号时，对应输出0－5V的电压信号。

2.6报警指示灯电路

当系统正常运行时，绿灯亮。

当传感器所采集的信息通过单片机处理，如果超过设置的上限值或低于下限值时，蜂鸣器进行报警，红灯亮起。

其电路图如图7所示。

图7报警电路

2.7键盘控制电路

加入键盘是为了便于人机互动，方便工作人员即时调整工况，调节系统的允许工作范围。

具体如图8.

图8键盘控制电路

其中，S2是用于进入键盘调节模式和退出键盘调节模式；S3是用于增加上限值；S4用于减小上限值；S5用于增加下限值；S6用于减小下限值。

2.7LED显示电路

加入LED显示是为了便于人机互动，方便工作人员及时了解此时工况。

其具体电路如图9。

图9LED显示电路

3PROTUES仿真

为了证明所设计系统的可靠性，我用PROTUES进行仿真。

当系统正常运行时，如图10。

图10正常状态

当系统出现异常时，如图11.

图11异常状态

具体程序看附录。

4总结

通过连续三天的课程设计，使我受益匪浅。

首先是发现问题和解决问题的能力有了提高！

由于一开始对编程环境的不熟悉，导致经常犯了一些常识错误，给整个进程带来了不少麻烦，但在老师的指导帮助下问题得到了解决！

其次是对80C51单片机的掌握又有了提高，通过此次课程设计，使我更加熟练的掌握了单片机的运用，在以后的学习道路上能更加轻松！

最后是对PROTEL,PROTUES等软件的运用更加熟练！

5参考资料

[1]孙育才.单片机微型计算机及其应用.南京：

东南大学出版社，2004.6

*附录*

程序

org0000h

ajmpstart

org0003h

ajmpwb0

org0013h

ajmpwb1

start:

SETBEA

SETBEX0

setbex1

setbp1.0

CLRP1.1

mov54h,#0c8h;设置上下限值

mov55h,#32h

MOVDPTR,#7F00H

MOVX@DPTR,A

AJMP$

wb1:

clrEA；键盘控制程序

clrex0

LCALLDELLAY

CLRP1.0

CLRP1.1

key:

jnbp1.2,key0

jnbp1.3,key1

jnbp1.4,key2

jnbp1.5,key3

jnbp3.3,key4

ajmpkey

key0:

INC54H

LCALLDELLAY

RET

key1:

dec54h

LCALLDELLAY

RET

key2:

inc55h

LCALLDELLAY

RET

key3:

dec55h

LCALLDELLAY

RET

key4:

setbEA

setbex0

LCALLDELLAY

reti

wb0:

CLREX0

NOP

MOVDPTR,#7F00H；A/D转换

MOVXA,@DPTR

LCALLCHULI

LCALLDISP

LCALLDELLAY

cjnea,54h,next1；判断系统是否异常

next1:

jcnext2

cplP1.1

cplP1.0

next2:

cjnea,55h,next3

next3:

jncnext4

cplP1.1

cplP1.0

next4:

MOVDPTR,#07F00H

MOVX@DPTR,A

nop

SETBEX0

RETI

CHULI:

MOVB,#100

DIVAB

MOV50H,a；LED显示程序

mova,b

movb,#10

divab

mov51h,a

mov52h,b

ret

DISP:

MOVR0,#52H

MOVR7,#03H

MOVA,@R0

MOVDPTR,#DDSEG

MOVCA,@A+DPTR

MOVSBUF,A

JNBTI,$

CLRTI

deCR0

DJNZR7,NEXT

RET

DELLAY:

MOVR4,#255

NEXT12:

MOVR5,#255

NEXT11:

NOP

DJNZR5,NEXT11

DJNZR4,NEXT12

RET

DDSEG:

DB03H,9FH,25H,0DH,99H,49H,41H,1FH,01H,09H

end

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