《计算机控制系统》课程设计报告Word文档格式.docx

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3系统总体框架2

3.1系统设计思路2

3.2系统框架2

4系统硬件设计2

4.1单片机部分2

3

4

4.2A/D转换电路5

4.2.1芯片选择5

4.2.2电路连接5

4.3D/A转换电路6

4.4模拟信号输入通道8

4.5键盘模块9

4.6数码管显示电路10

4.6报警电路10

5系统软件设计12

5.1主程序框图12

5.2键盘控制程序框图13

5.3数据转换程序框图13

5.4显示程序框图15

5结论16

参考文献17

1题目背景与意义

在自动控制系统的实际工程中,经常需要检测被测对象的一些物理参数,如温度、流量、压力、速度等,这些参数都是模拟信号的形式。

它们要由传感器转换成电压信号,再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。

同样,计算机控制外设,如电动调节阀、模拟调速系统时,就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。

本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上,通过完成一个基于51单片机,A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统的设计与编程应用,使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来,而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识,同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。

帮助同学们增进对单片机的感性认识,加深对单片机理论方面的理解,从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。

2设计题目介绍

2.1设计要求

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。

标准电压/电流信号定为:

0~5V/4~20mA(0~20mA)。

2.2设计意义

了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现,为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

3系统总体框架

3.1系统设计思路

根据题目要求寻找满足设计要求的芯片,定下具体框架,从题目可知其主要由三部分构成。

首先是输入通道由A/D转换装置,其次为单片机部分,第三部分是输出通道即D/A转换装置。

除主要部分外为了让装置具有更完善的功能,选用键盘显示报警等。

3.2系统框架

系统框架如图1所示。

图1

4系统硬件设计

4.1单片机部分

本次课设选取AT89C51为主控制器,AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高并且价廉的方案。

1、P0口有三个功能:

(1)外部扩充存储器时,当作数据总线(D0-D7)。

(2)外部扩充存储器时,当作地址总线(A1-A7)。

(3)不扩充时,可做一般I/O口使用,但内部没有上拉电阻,作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。

2、P1口只做I/O口使用,其内部有上拉电阻。

3、P2口有两个功能:

(1)扩充外部存储器时,当作地址总线(A8-A15)使用。

(2)做一般I/O口使用,其内部有上拉电阻。

4、P3.0-P3.7统称为P3口。

除作为准双向I/O口使用外,还可以将每一位用于第二功能,而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。

P3.0……RXD(串行输入口)

P3.1……TXD(串行输出口)

P3.2……/INT0(外部中断)

P3.3……/INT1(外部中断)

P3.4……T0(TIMER0的外部输入脚)

P3.5……T1(TIMER1的外部输入脚)

P3.6……/WR(外部数据存储器的写入控制信号)

P3.7……/RD(外部数据存储器的读取控制信号)

5、EA/VPP

(1)接高电平时:

a、CPU读取内部程序存储器(ROM)。

b、扩充外部ROM:

当读取内部程序存储器超过某一值时,自动读取外部ROM。

(2)接低电平时:

CPU读取外部程序存储器(ROM)。

4.1.2单片机的最小实现

1)单片机最小系统复位电路的极性电容C2的大小直接影响单片机的复位时间,一般采用10~30uF,51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。

2)51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度,频率越大处理速度越快。

3)51单片机最小系统起振电容C1、C3一般采用15~33pF,并且电容离晶振越近越好,晶振离单片机越近越好。

具体电路图如图2所示。

图2

4.2A/D转换电路

4.2.1芯片选择

为了简化电路,这里我们选用ADC0831芯片进行模数转换处理。

ADC8031为8位模数转换器,只有6支接脚,具有一组电压输入,透过AD转换成8位元数位值,微控制器读取转换结果,操作非常方便。

图3

4.2.2电路连接

图4

4.3D/A转换电路

D/A转换电路采用DAC0832进行数模转换。

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。

其引脚图如图5所示。

图5

1)0832引脚功能

DAC0832是20引脚的双列直插式芯片。

各引脚的特性如下:

CS——片选信号,和允许锁存信号ILE组合来决定是否起作用。

ILE——允许锁存信号。

WR1——写信号1,作为第一级锁存信号,将输入资料锁存到输入寄存器(此时,必须和、ILE同时有效)。

WR2——写信号2,将锁存在输入寄存器中的资料送到DAC寄存器中进行锁存(此时,传输控制信号必须有效)。

XFER——传输控制信号,用来控制。

DI7~DI0——8位数据输入端。

IOUT1——模拟电流输出端1。

当DAC寄存器中全为1时,输出电流最大,当DAC寄存器中全为0时,输出电流为0。

IOUT2——模拟电流输出端2。

IOUT1+IOUT2=常数。

RFB——反馈电阻引出端。

DAC0832内部已经有反馈电阻,所以,RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端。

相当于将反馈电阻接在运算放大器的输入端和输出端之间。

VREF——参考电压输入端。

可接电压范围为±

10V。

外部标准电压通过VREF与T型电阻网络相连。

VCC——芯片供电电压端。

范围为+5V~+15V,最佳工作状态是+15V。

AGND——模拟地,即模拟电路接地端。

DGND——数字地,即数字电路接地端。

2)0832工作方式

DAC0832有如下3种工作方式:

①单缓冲方式。

单缓冲方式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料,或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。

此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。

②双缓冲方式。

双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料,再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器,即分两次锁存输入资料。

此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。

③直通方式。

直通方式是资料不经两级锁存器锁存,即/CS,/XFER,/WR1,/WR2均接地,ILE接高电平。

此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统,不过在使用时,必须通过另加I/O接口与CPU连接,以匹配CPU与D/A转换。

D/A转换电路如图6所示。

图6

4.4模拟信号输入通道

在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA,这里我选取温度测量元件作为传感器,其输出电压经过一系列电路的变化送到ADC0831的输入端,参考电路见图7所示。

图7

4.5键盘模块

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。

其电路图如图8所示,其中,S1用于增加上限值;

S2是用于减小上限值。

图8

4.6数码管显示电路

LED数码显示器是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。

它使用了8个LED发光二极管,其中7个用于显示字符,1个用于显示小数点,故称之为7段发光二极管数码显示器。

这里为了简化电路,用单片机对数码管直接进行控制,其电路图如图9所示。

图9

4.6报警电路

在测量值达到上限值时,报警电路启动,电路图如图10。

图10

5系统软件设计

5.1主程序框图

整体程序框图如图11所示。

图11主程序框图

5.2键盘控制程序框图

键盘扫描控制程序框图如图12所示。

图12键盘控制程序框图

5.3数据转换程序框图

数据转换程序框图如图13所示。

图13数据转换程序框图

5.4显示程序框图

显示程序框图如图14所示。

图14显示程序框图

.

5结论

经过仿真实验,发现数码管显示的数字与温度传感器上显示的温度一致,并且在温度传感器示数变化的同时,数码管显示的数字也同时变化。

按键的作用也基本实现,故可认为本次课设基本完成。

仿真结果如下图所示。

尽管这次设计的时间是短暂的,但过程是曲折的,对我来说,收获最大的是方法和能力.那些分析和解决问题的方法与能力。

在整个过程中,我发现像我们这些学生最最缺少的是经验,没有感性的认识,空有理论知识,有些东西很可能与实际脱节。

总体来说,我觉得做这种类型的作业对我们的帮助还是很大的,它需要我们将学过的相关知识都系统地联系起来,从中暴露出自身的不足,以待改进。

参考文献

[1]冯显英,葛荣雨.基于数字温湿度传感器SHT11的温湿度测控系统.自动化仪表,2006,27

(1):

59-61

[2]姜学军.计算机控制技术.清华大学出版社,2006

[3]李华.MCS-51系列单片机实用接口技术.北京:

北京航空航天大学出版社.1993

[4]高峰,崔金宝,曲建岭.基于80C198单片机的压力模糊测控系统.仪表技术,2004,

(1):

28-29

[5]王义军.数字电子技术基础.北京:

中国电力出版社,2007

[6]刘连浩等.单片机原理与嵌入式应用系统设计.湖北:

武汉大学出版社,2007

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