测控技术课程设计Word文档下载推荐.docx

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接地端。

（2）时钟

a）XTAL1：

晶体振荡电路的反相输入端

b）XTAL2：

晶体振荡电路的输出端。

（3）控制线

MCS-51单片机的控制线有4根，其中3根是复用线，具有两种功能。

a）ALE/

：

地址锁存允许/编程脉冲

b）PSEN：

外部ROM读选通信号

c）RST：

复位引脚

d）

/VPP：

内外ROM选择/EPROM编程电源

（4）I/O引脚

MCS-51单片机共有4个8位并行I/O端口，共32个可编程I/O引脚。

1.1.3单片机各模块设计

（1）电源供电模块

图1.1.3--1电源模块电路图

对于一个完整的电子设计来讲，首要问题就是为整个系统提供电源供电模块，电源模块的稳定可靠是系统平稳运行的前提和基础。

51单片机虽然使用时间最早、应用范围最广，但是在实际使用过程中，一个和典型的问题就是相比其他系列的单片机，51单片机更容易受到干扰而出现程序跑飞的现象，克服这种现象出现的一个重要手段就是为单片机系统配置一个稳定可靠的电源供电模块。

此最小系统中的电源供电模块的电源可以通过计算机的USB口供给，也可使用外部稳定的5V电源供电模块供给。

电源电路中接入了电源指示LED，图1.1.3--1中R11为LED的限流电阻，S1为电源开关。

（2）复位电路

图1.1.3--2复位电路图

单片机的置位和复位，都是为了把电路初始化到一个确定的状态，一般来说，单片机复位电路作用是把一个例如状态机初始化到空状态，而在单片机内部，复位的时候单片机是把一些寄存器以及存储设备装入厂商预设的一个值。

单片机复位电路原理是在单片机的复位引脚RST上外接电阻和电容，实现上电复位。

当复位电平持续两个机器周期以上时复位有效。

复位电平的持续时间必须大于单片机的两个机器周期。

具体数值可以由RC电路计算出时间常数。

复位电路由按键复位和上电复位两部分组成。

a）上电复位：

51单片机为高电平复位，通常在复位引脚RST上连接一

个电容到VCC，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻和电容的典型值为10K和10uF。

b）按键复位：

按键复位就是在复位电容上并联一个开关，当开关按下时电容被放电、RST也被拉到高电平，而且由于电容的充电，会保持一段时间的高电平来使单片机复位。

（3）振荡电路

图1.1.3--3振荡电路图

单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全程叫晶体振荡器，他结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，单片机晶振提供的时钟频率越高，那么单片机运行速度就越快，单片接的一切指令的执行都是建立在单片机晶振提供的时钟频率。

　　在通常工作条件下，普通的晶振频率绝对精度可达百万分之五十。

高级的精度更高。

有些晶振还可以由外加电压在一定范围内调整频率，称为压控振荡器（VCO）。

晶振用一种能把电能和机械能相互转化的晶体在共振的状态下工作，以提供稳定，精确的单频振荡。

单片机晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号。

通常一个系统共用一个晶振，便于各部分保持同步。

有些通讯系统的基频和射频使用不同的晶振，而通过电子调整频率的方法保持同步。

晶振通常与锁相环电路配合使用，以提供系统所需的时钟频率。

如果不同子系统需要不同频率的时钟信号，可以用与同一个晶振相连的不同锁相环来提供。

51使用11.0592MHz的晶体振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。

1.2键盘与显示接口电路设计

（1）键盘设计

图1.2.1独立和矩阵键盘电路图

图1.2.1中S2-S3为4个独立按键，与单片机的P3.4-P3.7分别相连。

独立键盘与单片机相连时，每个按键都需要单片机的一个I/O口，若按键较多时，占用的I/O口资源就会过多，为此就引入了矩阵键盘。

图1.2.1中是将16个按键排成4行4列，这样一共有8根线，节省了8个I/O口。

S6-S21即为16个矩阵键盘，8条线分别与单片机飞P3口相连。

（2）显示设计

图1.2.2数码管电路图

如图1.2.2所示，多位数码管的“位选”是可以独立控制的，而“段选”是连接在一起的，可以用作数码管的动态显示和静态显示。

图1.2.2中所示的数码管全部为共阴极的数码管。

74HC573为所存器，利用单片机可以控制所存器的所存端，进而控制锁存器的数据输出，利用分时控制的方法可以方便地控制任意数码管显示任意数字。

1.3模拟量输入电路的设计

图1.3.1A/D电路图

集成A/D转换器品种繁多，一般选用逐次比较型A/D转换器，图4.2.6中的ADC0804就是这类单片集成A/D转换器。

它采用CMOS工艺20引脚的集成芯片，分辨率为8位，转换时间为100us，输入电压范围为0-5V。

芯片内具有三态输出数据锁存器，可以直接连接数据总线上。

图1.3.2为ADC0804双列直插式封装引脚分布图。

引脚名称及作用：

IN+，IN-：

模拟信号输入端，用以接收单极性、双极性和差模输入信号。

DB0~DB7：

具有三态特性数字信号输出口。

ANLGGND：

模拟信号地。

DGTLGND：

数字信号地。

CLKIN：

时钟信号输入端。

图1.3.2A/D电路图

CLKOUT：

内部时钟信号发生器的外接电阻端，与CLKIN配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/（1.1RC）。

片选信号输入端，低电平有效，一旦

有效，表明A/D转换器被选中，可启动工作。

写信号输入，低电平启动A/D转换。

读信号输入，低电平输出端有效。

A/D转换结束信号，低电平表示本次转换已完成。

VREF/2：

参考电平输入，决定量化单位。

Vcc：

芯片电源输入。

ADC0804的片选端CS与单片机的P0.7相连；

DB0~DB7分别与单片机的P1口相连；

IN+接电位器的中间滑动端，IN-接地，Re2是为了防止VI+输入端的电流过大而烧坏A/D芯片；

CLKIN、CLKOUT、GND之间的电阻和电容组成RC振荡电路，用来给ADC0804提供工作所需的脉冲；

VREF/2端用两个1K的电阻分压得到Vcc/2电压，该电压作为A/D芯片工作是内部的参考电压；

、

分别接单片机的P3.6和P3.7引脚；

AGND和DGND同时接地。

1.4模拟量输出电路的设计

图1.4.1D/A电路图

DAC0832是使用非常普遍的8位D/A转换器，转换时间为1us，工作电压为+5V~+15V，基准电压为正负10V。

它主要由两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成。

其片内有输入数据缓冲器，可以直接与单片机接口。

DAC0832一电流形式输出，需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。

DAC0832芯片为20脚双列直插式封装，其引脚分布图如图1.4.2所示。

图1.4.2DAC0832引脚分布图

片选信号输入端，低电平有效。

输入寄存器的写选通输入端，负脉冲有效。

当CS为0，ILE为1，WR1有效时DI0~DI7状态被锁存到输入寄存器。

DI0~DI7：

数据输入端，TTl电平，有效时间应大于90ns。

VREF：

基准电压输入端，电压范围为-10V~+10V。

Rfb：

反馈电阻端，芯片内部此端与IOUT1接有一个15K的电阻。

IOUT1：

电流输出端，当输入全为1时，其电流最大。

IOUT2：

电流输出端，其值与IOUT1端电流之和为一常数。

数据传输控制信号输入端，低电平有效。

DAC寄存器的写选通输入端，负脉冲有效。

当

为0且

有效时，输入寄存器的状态被转到DAC寄存器中。

ILE：

数据锁存允许信号输入端，高电平有效。

电源电压端，电压范围+5V~+15V。

GND：

模拟地和数字地。

当DAC0832芯片的片选信号、写信号及传送控制信号的引进全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚接＋５Ｖ时，DAC0832芯片处于直通工作方式，数字量一旦输入，就直接进入D/A寄存器，进行D/A转换。

此时若让芯片连续转换的话，只需连续改变数字输入端的数字信号即可。

1.5开关量输出电路的设计

图1.5.1开关量输出电路

开关量输出是实现传感器将感应到的模拟或数字信号转换成一个开关量信号，再继而输出的一个功能。

电路设计如图，其中Q0~Q1连接到单片机的P00~P07的IO口上。

1.6开关量输入电路的设计

图1.6.1开关量输入电路

开关量输入是单片机与现场的以开关量为输出形式的检测元件（如操作控制按钮、行程开关、接近开关、压力继电器等）的连接通道，它把反映生产过程的有关信号转换成CPU单元所能接收的数字信号。

其中DO~D3连接到单片机的P00~P03的IO口上。

1.7串行通信接口电路的设计

系统串行通信电路

图1.7.1串行通信电路图

RS232串口电路使用MAX232作为电平转换芯片，可以通过串口电缆连接到计算机背后的COM口，用于单片机与上位机通信以及和其他串口设备的数据交互。

MAX232芯片是MAXIM公司生产的、包含两路接收器和驱动器的芯片，它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入+5V的电压变换成RS-232输出电平所需的+10V电压。

MAX232芯片引脚结构如图1.7.2所示

数据传输过程：

MAX232的11脚T1IN接单片机的TXD端P3.1，TTLdiaper从单片机的TXD端发出，经过MAX232转换为RS232电平后从MAX232的14脚T1OUT发出，再经过交叉串口线连接到计算机RXD端，计算机手段数据。

PC机发送数据时从PC机串口的TXD端发出数据，再逆向流向单片机的RXD端P3.0接收数据。

图1.7.2MAX232芯片引脚图

2.软件设计说明

2.1流程图

N

Y

2.2地址分配结构

8051片内有4kB的程序存储单元，其地址为0000H—0FFFH，其中一组特殊是0000H—0002H单元，系统复位后，PC为0000H，单片机从0000H单元开始执行程序，另一组特殊单元是0003H—002AH，这40个单元各有用途，它们被均匀地分为五段，它们的定义如下：

0003H—000AH外部中断0中断地址区;

000BH—0012H定时/计数器0中断地址区;

0013H—001AH外部中断1中断地址区;

001BH—0022H定时/计数器1中断地址区;

0023H—002AH串行中断地址区。

可见以上的40个单元是专门用于存放中断处理程序的地址单元

数据存储器。

MCS-51内部RAM有128或256个字节的用户数据存储（不同的型号有分别），它们是用于存放执行的中间结果和过程数据的。

MCS-51的数据存储器均可读写，部分单元还可以位寻址。

8051内部RAM共有256个单元，这256个单元共分为两部分。

其一是地址从00H—7FH单元（共128个字节）为用户数据R