双回路数据监测系统的设计.docx

1、双回路数据监测系统的设计双回路数据监测系统的设计（微型计算机控制技术课程设计报告书） 课 程 名 称 微型计算机控制技术 题 目 双回路数据监测系统的设计 摘要关键词：AD574A，LCD12864，AT89C52单片机，标度转换，A/D转换本次设计的主要监测对象为温度和压力，要求实现双回路的数据检测。我们采用AT89C52单片机，输入两路420mA标准直流电流，输出为5VDC的变送器，分别模拟： 0300温度和0100MPa压力。并通过LCD12864液晶显示器交替显示温度和压力的实际值。其中标度转换和A/D转换均采用AD574A，AD574A是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速

2、12位逐次比较型A/D转换器，其转换时间为25s，线性误差为1/2LSB，内部有时钟脉冲源和基准电压源，单通道单极性或双极性电压输入。设计基本实现了能够通过键盘设置温度和压力的上、下限报警值，并能通过发光二极管或蜂鸣器进行声、光超限报警。 AbstractKeywords:AD574A,LCD12864,AT89C52 microcontroller,scale conversion,A/D conversionThe main monitoring objects of the design for the temperature and pressure, required to achi

3、eve the double loop data detection. We use AT89C52 single chip microcomputer, input two 4 - 20mA standard DC current, the output for the transmitter, + 5VDC are simulated respectively: 0 - 300 temperature and 0 100MPa pressure. And through the LCD12864 liquid crystal display alternate display of act

4、ual temperature and pressure value.The scale conversion and A/D conversion are used AD574A, AD574A is America analog digital company (Analog) introduced single-chip high-speed 12 bit successive comparison type A/D converter, the switching time is 25 s, the linear error is about 1/2LSB, the internal

5、clock pulse source and reference voltage source, a single channel of unipolar or bipolar voltage input.The basic design to realize the alarm value set by keyboard on temperature and pressure, lower limit, and through the light emitting diode or buzzer sound alarm, light gauge.3 软件设计 15 1 课题分析1.1课程设计

6、题目双回路数据监测系统的设计（采用单片机教学实验装置）1.2课程设计要求（1） 已知参数和设计要求1） 设计两路输入420mA标准直流电流，输出为5VDC的变送器，分别模拟： 0300温度和0100MPa压力。2） 设计一个双路数据监测系统，并能通过LED交替显示温度和压力的实际值。3） 设计人机交互接口，包括键盘、显示器和发光二极管。能够通过键盘设置温度和压力的上、下限报警值，并能通过发光二极管或蜂鸣器进行声、光超限报警。（2） 实现方法采用单片机教学实验装置实验（限低I/O缓冲DR配合/W进行写数据或指令高DRI/O缓冲配合R进行读数据或指令低/低高无动作 忙标志:BF BF标志提供内部工

7、作情况.BF=1表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据.利用STATUS RD 指令,可以将BF读到DB7总线,从而检验模块之工作状态. 字型产生ROM（CGROM） 字型产生ROM（CGROM）提供8192个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0为关显示（DISPLAY OFF)。DFF 的状态是指令DISPLAY ON/OFF和RST信号控制的。 显示数据RAM（DDRAM）模块内部显示数据RAM提供642个位元组的空间，最多可控制4

8、行16字（64个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM时，可分别显示CGROM与CGRAM的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、CGRAM字型及CGROM的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM中写入的编码选择，在0000H0006H的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）将选择CGRAM的自定义字型，02H7FH的编码中将选择半角英数字的字型，至于A1以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140D75F），GB（A1A0-F7FFH）。 字型产生RAM(CGRAM) 字型产生RAM提供图象

9、定义(造字)功能, 可以提供四组1616点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM中，便可和CGROM中的定义一样地通过DDRAM显示在屏幕中。 地址计数器AC地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS为“0”时而R/W为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6DB0中。光标/闪烁控制电路此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定DDRAM中的光标或闪烁位置。5. 应用说明：1、使用前的准备:先给模块加上工作电压，再按照下

10、图的连接方法调节LCD的对比度，使其显示出黑色的底影。此过程亦可以初步检测LCD有无缺段现象。2、字符显示:带中文字库的128X64-0402B每屏可显示4行8列共32个1616点阵的汉字，每个显示RAM可显示1个中文字符或2个168点阵全高ASCII码字符，即每屏最多可实现32个中文字符或64个ASCII码字符的显示。带中文字库的128X64-0402B内部提供1282字节的字符显示RAM缓冲区（DDRAM）。字符显示是通过将字符显示编码写入该字符显示RAM实现的。根据写入内容的不同，可分别在液晶屏上显示CGROM（中文字库）、HCGROM（ASCII码字库）及CGRAM（自定义字形）的内容

11、。三种不同字符/字型的选择编码范围为：00000006H（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4个）显示自定义字型，02H7FH显示半宽ASCII码字符，A1A0HF7FFH显示8192种GB2312中文字库字形。字符显示RAM在液晶模块中的地址80H9FH。字符显示的RAM的地址与32个字符显示区域有着一一对应的关系，其对应关系如下表所示：80H81H82H83H84H85H86H87H90H91H92H93H94H95H96H97H88H89H8AH8BH8CH8DH8EH8FH98H99H9AH9BH9CH9DH9EH9FH表 4 字符显示地址对应码3 、图形显示先设垂直

12、地址再设水平地址(连续写入两个字节的资料来完成垂直与水平的坐标地址)垂直地址范围 AC5.AC0水平地址范围 AC3AC0绘图RAM 的地址计数器（AC）只会对水平地址(X 轴)自动加一,当水平地址=0FH 时会重新设为00H 但并不会对垂直地址做进位自动加一，故当连续写入多笔资料时，程序需自行判断垂直地址是否需重新设定。2.3.3 AT89C52单片机1概述AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-5

13、1指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。2.基本特性1、兼容MCS51指令系统2、8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；3、32个双向I/O口；4、256x8bit内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHz；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。3.工作原理P0口是一组8 位

14、漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。P1口是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。P2口是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口

15、，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI 指令）时，P2 口输出P2锁存器的内容。P3 口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内

16、部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。RST: 复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。ALE/PROG: 当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低8 位字节。一般情况下，ALE 仍以时钟振荡频率的1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE 脉冲。PSEN： 程序储存允许（PSEN）输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSE

17、N 有效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PSEN信号。EA/VPP: 外部访问允许。欲使CPU 仅访问外部程序存储器（地址为0000HFFFFH），EA 端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被编程，复位时内部会锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU 则执行内部程序存储器中的指令。2.3.4 键盘单片机实验箱上键盘实际图片如下所示：图 8 键盘实际图键盘功能号键温度上限上调号键温度下限上调号键温度上限下调号键温度下限下调表 5 键盘功能表2.4硬件连线接线说明：P0口接LCD12864数据口，P2口接AD574数据口； p3.3-p

18、3.7接AD574控制口，P1.0-P1.4接LCD12864控制口； p3.0;p3.1接键盘列信号，P1.5;P1.6接键盘行信号。3 软件设计此程序基于假设将两路-5V+5V电压模拟作为温度和压力变送器输出。温度范围（0-300）,压力范围（0-100Mpa）。程序功能是通过读取双路变送器信号并通过标度变换显示在LCD12864上，带有报警功能（报警值可手动设置）。根据所需的功能，软件主要分为主程序、键盘扫描子程序、设置上、下限值子程序、A/D转换、均值滤波子程序、标度变换子程序、超出限值报警子程序、显示过程中拆分子程序、测量值与限值比较子程序、显示设置值子程序、16进制到10进制转换子

19、程序等。4 总线说明此次设计我们未能熟练掌握总线的概念以至于未能充分利用单片机的硬件接口，导致了设计上的缺陷，也浪费了单片机的资源。下来我们通过查阅相关资料，对总线有了更全面和深刻的认识。现将总线的具体功能说明如下：总线是连接计算机有关部件的一组信号线，是计算机中用来传送信息代码的公共通道。 面向总线的结构主要有以下优点： 1），简化了系统结构，便于系统设计制造； 2），大大减少了连线数目，便于布线，减小体积，提高系统的可靠性； 3），便于接口设计，所有与总线连接的设备均采用类似的接口； 4），便于系统的扩充、更新与灵活配置，易于实现系统的模块化； 5），便于设备的软件设计，所有接口的软件就是

20、 对不同的口地址进行操作； 6），便于故障诊断和维修，同时也降低了成本。 总线按其信号线上传输的信息性质可分为三组： 1），数据总线，一般情况下是双向总线； 2），地址总线，单向总线，是微处理器或其他主 设备发出的地址信号线； 3），控制总线，微处理器与存储器或接口等之间。5 程序流程图5.1系统总体流程图图 10 系统总体流程图总体流程图说明：开始时初始LCD12864和中断服务程序，接着扫描键盘，看是否有键按下，若有键按下先判断是否超出限定值，若超出则报警，否则启动AD574进行转换，然后将结果送到LCD12864显示，同时将标志位清零，最后返回程序开始，进行键盘的下一次扫描等待按键。5.2 AD574 A/D转换流程图图11 AD574 A/D转换流程图AD574A转换流程图说明：首先启动AD574，设置CS、Rd、WR、A0的初始值分别为0,1,0,0，然后通过STS是否为高电平判断转换是否结束。若STS为高电平，则读取高八位的值放在AD-H中，接着进行十进制和标度转换，最后返回结果为浮点型数据；若STS为低电平则等待程序执行结束。5.3 中断服务子程序流程图图12 中断服务子程序流程图中断服务子程序说明