自动化控制系统综合设计课题.docx
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自动化控制系统综合设计课题
课题一闪烁变换的发光管控制器
设计、实习要求
（1）开机上电初使一只发光二极管亮，每隔2秒左移（即处于循环移位类型），且数码管显示
“S^LELT”（显示数码管最左位显示表示速度，高速（H）或慢速（S）;右四位显示表示移动方向，循
环左移
（LELT）、循环右移（righ）或循环交替（good）。
如为高速左移，即每隔1秒左移，且数码管显示“H.LELT”。
（2）设计一个方向键，用于改变移动方向。
如原发光二极管状态为每隔2秒左移，且数码管
显示“S丄ELT”，则按动方向键后，发光二极管状态改变为每隔2秒右移，且数码管显示“S.righ”；
如原发光二极管状态为每隔2秒右移，且数码管随之显示“S.righ”，则按动方向键后，发光二极管状态改变为每隔2秒左移，且数码管随之显示“S.LELT”。
（3）设计一个速度键，用于改变移动速度在高速到慢速间变换。
如原发光二极管状态为每隔
2秒左移，且数码管显示“S.LELT”，则按动方向键后，每隔1秒左移，且数码管显示“H.LELT”；
再按一下速度键，又为原发光二极管状态为每隔2秒左移，且数码管显示“S.LELT”。
（4）设计一个类型键，用于改变改变八个发光二极管亮的类型在两种类型间变换。
类型1为循环移位；类型2为循环交替，即八个发光二极管亮的类型如从最左最右先亮，间隔一定时间后向中心移动然后再渐回归原位，并循环进行。
总之要设计按键，使得能控制移动方向、移动速度（高速或慢速）及类型，同时有相应的数码管显示。
课题二家用电器定时控制器（可设置分、秒）
设计、实习要求：
设计一个家用电器的定时控制程序，要求显示定时时间，并可用键盘对定时时间进行设定。
程序功能：
（1）一开机数码管显示“good”，使某只发光二极管亮
（2）用键可使定时控制器清零，允许对定时时间设定.
（3）用键可对分设定；用键可对秒设定。
（4）按“运行键”开始定时，并且运行过程中动态显示时间状态，时间到使八只发光二极管间隔亮。
程序功能附加要求：
在按“设定”键之前按任何键都无效的。
在进入倒计时状态后，仍可以对定时时间再次调节，即重新设定。
运行结束即时间到使八只发光二极管间隔亮，数码管显示“help”。
课题三汽车转弯信号灯控制实验
系统要求
模拟汽车在驾驶中有左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关、停靠等操作。
在左转弯或右转弯时，通过转弯操作杆使左转弯或右转弯开关合上，从而使左头灯、仪表板的左转弯灯、左尾灯或右头灯、仪表板的右转弯灯、右尾灯闪烁；合闭合紧急开关时要求以上六个信号灯全部闪烁；汽车刹车时，左右两个尾灯点亮；若正当转弯时刹车，则转弯时原闪烁的信号灯应继续闪烁，同时另一个尾灯点亮，以上闪烁的信号灯以1Hz频率低速闪烁；在汽车停靠开关合上时左头灯、右头灯、左尾灯、右尾灯以10Hz频率快速闪
烁。
任何在下表中未出现的组合，都将出现故障指示灯闪烁，闪烁频率为10Hz。
附加：
正常情况显示“P----”，故障情况显示“HELPI”。
在各种模拟驾驶开关作时，信号灯输出的信号如下表
驾驶操作
输出信号
左转弯灯
右转弯灯
左头灯
右头灯
左尾灯
右尾灯
左转弯（合上左转弯开关）
闪烁
灭
闪烁
灭
闪烁
灭
右转弯（合上右转弯开关）
灭
闪烁
灭
闪烁
灭
闪烁
合紧急开关
闪烁
闪烁
闪烁
闪烁
闪烁
闪烁
刹车（合刹车开关）
灭
灭
灭
灭
亮
亮
左转弯时刹车
闪烁
灭
闪烁
灭
闪烁
亮
右转弯时刹车
灭
闪烁
灭
闪烁
亮
闪烁
刹车时，合紧急开关
闪烁
闪烁
闪烁
闪烁
亮
亮
左转弯时，刹车合紧急开关
闪烁
闪烁
闪烁
闪烁
闪烁
亮
右转弯时，刹车合紧急开关
闪烁
闪烁
闪烁
闪烁
亮
闪烁
停靠（合停靠开关）
灭
灭
闪烁
（10Hz）
闪烁
（10Hz）
闪烁
（10Hz）
闪烁
（10Hz）
参考电路图
VCC
100
7C
6C
7B
5C
6B
4C
5B
3C
4B
2C
3B
1C
2B
1B
.COM
ULN2003
6
■5
4
3
T
1
2
■3
4
5
■6
71
P10
P00
P11
P01
P12
P02
P13
P03
P14
P04
P15
P05
P16
P06
P17
P07
X1
P20
X2
P21
P22
RESET
P23
8051；24
P26
RXD
P27
TXD
INT0
EA/VP
INT1
ALE/P
T0
T1
PSEN
WR
VCC
RD
GND
15
16
17
12MHz
匸
9
10
12
13
14
33P
33P
19
18
课题四简易计算器的设计
一、设计、实习要求
设计一个简易计算器的程序，要求能进行两位数的加、减、乘法。
并可用键盘对运算操作数进行设定。
程序功能：
（1）进入程序时显示“0”
（2）本实验采用4X4键盘，16个键依次对应0〜9、“+”、“一”、“X”、“十”、“=”
和清除键。
可连续运算。
当键入值大于99时，将自动清零，可以重新输入。
按“+“X”号可以进行操作数的相应运算
（3）按“确定”键显示运算后的结果
（4）高位显示为“0”时不显示
减法中运算结果为“一”时，“―”号要跟着结果。
课题五温度过程控制器的设计
、课程设计的目的
了解闭环控制的基本原理
进一步了解键盘扫描和LED显示原理和编程方法
进一步熟悉A/D变换原理和编程方法
二、课程设计的说明这是一个综合硬件设计，其中各部分的实验我们已在平时单独做过，现在联合起来
形成一个控制系统。
利用实验台上的显示电路、键盘电路、A/D转换电路、单片机实现温度过程控制的部件完成类似空调恒温控制的课程设计。
加热电机用加热电阻代替,制冷采用自然冷却。
本设计可以实现将模拟温度信号，转换成数字信号，并经过计算处理后通过LED静
态显示电路以十进制形式显示出来，同时显示电路还将显示设定的恒温值，通过键盘可以改变设定值。
按一次增加键，恒温值加1C,按一次减小键，恒温值减小1C。
恒温值在0C〜50C范围内可调。
温度的时实反映过程可参考实验一一温度传感器实验。
注意，
当把A/D转换电路模拟信号输入处的旋钮顺时针旋到底时，电压信号不衰减，显示的是实际温度。
当实际温度低于设定的恒定温度时，单片机发出指令信号，继电器吸合，红色LED点亮，加热电阻开始加热。
当温度超过设定的恒温值时，单片机发出指令信号，继电器断开，红色LED熄灭，加热电阻停止加热，制冷采用自然冷却。
三、硬件调试步骤
1、结合实验室现有设备和实验模块，进行调试。
2、使用ADL0809与单片机接口模块，用导线将RXDTXD连到串行静态显示模块的DIN、CLK端，-5V电源接温度过程控制部件的“-5V”输入端，P3.4接温度过程控制部件“P3.3”端口，温度信号输出接模拟信号输入“+”端，“-”端地。
用十线扁平插头连接P1口到阵列式键盘，左右两块面板的地相连，将模拟信号输入端的电位器顺时针旋到底。
3、安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，插上仿真器电源插头。
4、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。
选择仿真器型号、仿真头型号、CPI类型；选择通信端口，测试串行口。
5、打开自己编写的源程序，编译无误后，全速运行程序。
5LED数显为“XX20”,“XX'为实际温度值，20为初始化恒温值。
6、用键盘改变恒温值，“1”键为增温，“2”键为减温，观察温度自动控制过程。
四、流程图
五、参考电路图
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4
4
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六、课程设计的任务和要求
1、利用Protel99绘制电路原理图和印刷电路板PCB图，列出元器件清单。
2、结合原理图编制源程序。
3、结合硬件调试程序，达到所要求的功能。
4、完成课程设计报告一份。
1.DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介
Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温
度传感器。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量，如：
环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
与前一代产品不同，新的产品支持3V〜5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。
DS18B20测量温度范围为-55°C〜+125°C,在-10〜+85°C范围内，精度为土0.5°GDS18B20
可以程序设定9〜12位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPRO中，掉电后依然保存。
DS18B20内部结构
DALLAS18B20
1123
DS18B20内部结构主要由四部分组成：
64位光刻ROM温度传感器、非挥发的温度
报警触发器TH和TL、配置寄存器。
DS18B20的管脚排列如下：
DQ为数字信号输入/输出端；GNE为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。
光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址
序列码。
64位光刻ROM勺排列是：
开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+）。
光刻ROM勺作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。
DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：
用16位符号扩展
的二进制补码读数形式提供，以0.0625C/LSB形式表达，其中S为符号位。
LSByte:
Bit7
Bit6
Bit5
Bit4
Bit3
Bit2
Bit1
Bit0
23
22
21
20
2-1
2-2
2-3
2-4
MSByte:
Bit15
Bit14
Bit13
Bit12
Bit11
Bit10
Bit9
Bit8
S
S
S
S
S
26
25
24
这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5
位是符号位，如果测得的温度大于0,这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温
度；如果温度小于0,这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。
例如+125C的数字输出为07D0H+25.0625C的数字输出为0191H,-25.0625C的数字输出为
FF6FH-55C的数字输出为FC90H>
温度
数据输出（二进制）
数据输出（十八进制）
+125C
0000011111010000
07D0h
+85C
0000010101010000
0550h
+25.0625C
0000000110010001
0191h
+10.125C
0000000010100010
00A2h
+0.5C
0000000000001000
0008h
0C
0000000000000000
0000h
-0.5C
1111111111111000
FFF8h
-10.125C
1111111101011110
FF5Eh
-25.0625C
1111111001101111
FE6Fh
-55C
1111110010010000
FC90h
DS18B20温度传感器的存储器
DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,
后者存放高温度和低温度触发器THTL和结构寄存器。
暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。
第三个和第四个字节是THTL的易失性拷贝，第五个字节是
结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。
第六、七、八个字节用于内部计算。
第九个字节是冗余检验字节。
该字节各位的意义如下：
TM
R1
R0
1
1
1
1
1
低五位一直都是1,TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。
在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。
R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：
（DS18B20出厂
时被设置为12位）
分辨率设置表
R1
R0
分辨率
温度最大转换时间
0
0
9位
93.75ms
0
1
10位
187.5ms
1
0
11位
375ms
1
1
12位
750ms
根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：
每一次读写之
前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM旨令，最后发送RAM旨令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。
复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20攵到信号后等待16〜60微秒左右，后发出60〜240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。
2.本实验在读取温度的基础上，完成类似空调恒温控制的实验。
用加热电阻代替加热电机。
温
度值通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来，制冷采用自然冷却。
时间安排
1、第1天：
讲解设计要求和要点，学生查询参考资料和相关材料，明确本次课程设计的任务。
2、第2-3天：
运用计算机，设计并绘制原理图、印刷电路图。
3、第4-5天：
绘制软件流程图，编写源程序。
4、第6-8天：
软、硬件结合，进行实物调试。
5、第9天：
编写课程设计报告。
6、第10天：
验收、答辩并交课程设计报告。
参考资料
1、潘永雄，沙河，刘向阳编著•电子线路CAD实用教程.西安：
西安电子科技大学出版社，2001
2、赵新民.智能仪器设计基础.哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，2003
3、方彦军，孙健编著.智能仪器技术及其应用.北京：
化学工业出版社，2004
4、孙传友等.测控系统原理与设计.北京：
北京航空航天大学出版社，2002
5、徐爱钧.智能化测量控制仪表原理与设计.北京：
北京航空航天大学出版社，2000
6、赵茂泰编著.智能仪器原理及应用.北京：
电子工业出版社，1999
7、自编的实验指导书和实习指导书
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