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
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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