《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告 學(xué)生姓名: 邱博 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院: 自動(dòng)化工程學(xué)院 班 級(jí): 自動(dòng)133 題 目: 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師：趙波，姜文娟 職稱: 副教授 2016年6月27日 專心---專注---專業(yè) 目錄 1 題目背景與意義 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際工程中，經(jīng)常需要檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的一些物理參數(shù)，如溫度、流量、壓力、速度等，這些參數(shù)都是模擬信號(hào)的形式。它們要由傳感器轉(zhuǎn)換成電

2、壓信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變換成計(jì)算機(jī)能夠處理的信號(hào)。同樣，計(jì)算機(jī)控制外設(shè)，如電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、模擬調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，就需要將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換器變換成外設(shè)能接受的模擬信號(hào)。 本次《計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)》課程設(shè)計(jì)的目的就是讓同學(xué)們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過完成一個(gè)基于51單片機(jī)，A/D和D/A多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與編程應(yīng)用，使我們不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，而且能夠?qū)﹄娮与娐?、電子元器件、等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程、相關(guān)儀器設(shè)備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。幫助同學(xué)們?cè)鲞M(jìn)對(duì)單片機(jī)的感性認(rèn)識(shí)，加深對(duì)單片機(jī)理論方面的理

3、解，從而更好的掌握單片機(jī)的內(nèi)部功能模塊的應(yīng)用以及A/D和D/A功能的實(shí)現(xiàn)。 2 設(shè)計(jì)題目介紹 2.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的具有A/D和D/A功能的信號(hào)測(cè)控裝置。要求該信號(hào)測(cè)控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號(hào)，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)，并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價(jià)比等原則性要求。標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)定為：0～5V/4～20mA (0～20mA)。 2.2設(shè)計(jì)意義 了解和掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)過程、方法及實(shí)現(xiàn)，為以后設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)打下良好基礎(chǔ)。 3 系統(tǒng)總體框架 3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 根據(jù)題目要求尋找滿足設(shè)計(jì)要求的芯片，定下具體框架，從

4、題目可知其主要由三部分構(gòu)成。首先是輸入通道由A/D轉(zhuǎn)換裝置，其次為單片機(jī)部分，第三部分是輸出通道即D/A轉(zhuǎn)換裝置。除主要部分外為了讓裝置具有更完善的功能，選用鍵盤顯示報(bào)警等。 3.2 系統(tǒng)框架 系統(tǒng)框架如圖1所示。 AT89C51 報(bào)警模塊 顯示模塊 A/D轉(zhuǎn)換模塊 鍵盤模塊 D/A轉(zhuǎn)換模塊 模擬量輸出 模擬量輸入 圖1 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 4.1單片機(jī)部分 本次課設(shè)選取AT89C51為主控制器，AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低

5、電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高并且價(jià)廉的方案。 1、P0口 有三個(gè)功能： （1）外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作數(shù)據(jù)總線（D0-D7）。 （2）外部擴(kuò)充存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（A1-A7）。 （3）不擴(kuò)充時(shí)，可做一般I/O口使用，但內(nèi)部沒有上拉電阻，作為輸入或輸出 時(shí)應(yīng)在外部接上拉電阻。 2、P1口 只做I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 3、P2口 有兩個(gè)功能： （1

6、）擴(kuò)充外部存儲(chǔ)器時(shí)，當(dāng)作地址總線（A8-A15）使用。 （2）做一般I/O口使用，其內(nèi)部有上拉電阻。 4、 P3.0-P3.7統(tǒng)稱為P3口。除作為準(zhǔn)雙向I/O口使用外，還可以將每一位用于第二功能，而且P3口的每一條引腳均可以獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第三功能。 P3.0……RXD（串行輸入口） P3.1……TXD（串行輸出口） P3.2……/INT0（外部中斷） P3.3……/INT1（外部中斷） P3.4……T0（TIMER0的外部輸入腳） P3.5……T1（TIMER1的外部輸入腳） P3.6……/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入控制信號(hào)） P3.7……/RD（外部數(shù)據(jù)存

7、儲(chǔ)器的讀取控制信號(hào)） 5、EA/VPP （1）接高電平時(shí)： a、CPU讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ROM）。 b、擴(kuò)充外部ROM：當(dāng)讀取內(nèi)部程序存儲(chǔ)器超過某一值時(shí)，自動(dòng)讀取外部ROM。 （2）接低電平時(shí)：CPU讀取外部程序存儲(chǔ)器（ROM）。 4.1.2單片機(jī)的最小實(shí)現(xiàn) 1）單片機(jī)最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容C2的大小直接影響單片機(jī)的復(fù)位時(shí)間，一般采用10~30uF，51單片機(jī)最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時(shí)間越短。 2）51單片機(jī)最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機(jī)的處理速度，頻率越大處理速度越快。 3）51單片機(jī)最小系統(tǒng)起振電容C1、C3一般采用15~33pF，并且電容離晶振越近越好，晶

8、振離單片機(jī)越近越好。 具體電路圖如圖2所示。 圖2 4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路 4.2.1 芯片選擇 為了簡(jiǎn)化電路，這里我們選用ADC0831芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換處理。ADC8031為8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，只有6支接腳，具有一組電壓輸入，透過AD轉(zhuǎn)換成8位元數(shù)位值，微控制器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，操作非常方便。 圖3 4.2.2 電路連接 圖4 4.3 D/A轉(zhuǎn)換電路 D/A轉(zhuǎn)換電路采用DAC0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。 DAC0832是8位D/A轉(zhuǎn)換器，它采用CMOS工藝制作，具有雙緩沖器輸入結(jié)構(gòu)。其引腳圖如圖5所示。 圖5 1）0832引腳功能 DAC0832是20引腳的雙列直插式芯片。各

9、引腳的特性如下： CS——片選信號(hào)，和允許鎖存信號(hào)ILE組合來決定 是否起作用。 ILE——允許鎖存信號(hào)。 WR1——寫信號(hào)1，作為第一級(jí)鎖存信號(hào)，將輸入資料鎖存到輸入寄存器（此時(shí)， 必須和 、ILE同時(shí)有效）。 WR2——寫信號(hào)2，將鎖存在輸入寄存器中的資料送到DAC寄存器中進(jìn)行鎖存（此時(shí)，傳輸控制信號(hào) 必須有效）。 XFER——傳輸控制信號(hào)，用來控制 。 DI7~DI0——8位數(shù)據(jù)輸入端。 IOUT1——模擬電流輸出端1。當(dāng)DAC寄存器中全為1時(shí)，輸出電流最大，當(dāng)DAC寄存器中全為0時(shí)，輸出電流為0。 IOUT2——模擬電流輸出端2。IOUT1+IOUT2=

10、常數(shù)。 RFB——反饋電阻引出端。DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以，RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端。相當(dāng)于將反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。 VREF——參考電壓輸入端?？山与妷悍秶鸀椤?0V。外部標(biāo)準(zhǔn)電壓通過VREF與T型電阻網(wǎng)絡(luò)相連。 VCC——芯片供電電壓端。范圍為+5V~+15V，最佳工作狀態(tài)是+15V。 AGND——模擬地，即模擬電路接地端。 DGND——數(shù)字地，即數(shù)字電路接地端。 2）0832工作方式 DAC0832有如下3種工作方式： ①單緩沖方式。單緩沖方式是控制輸入寄存器和DAC寄存器同時(shí)接收資料，或者只用輸入寄存器而

11、把DAC寄存器接成直通方式。此方式適用只有一路模擬量輸出或幾路模擬量異步輸出的情形。 ②雙緩沖方式。雙緩沖方式是先使輸入寄存器接收資料，再控制輸入寄存器的輸出資料到DAC寄存器，即分兩次鎖存輸入資料。此方式適用于多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換同步輸出的情節(jié)。 ③直通方式。直通方式是資料不經(jīng)兩級(jí)鎖存器鎖存，即 /CS，/XFER ，/WR1 ，/WR2 均接地，ILE接高電平。此方式適用于連續(xù)反饋控制線路和不帶微機(jī)的控制系統(tǒng)，不過在使用時(shí)，必須通過另加I/O接口與CPU連接，以匹配CPU與D/A轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換電路如圖6所示。 圖6 4.4 模擬信號(hào)輸入通道 在工業(yè)控制中各類傳感器常輸出標(biāo)準(zhǔn)電

12、流信號(hào)4~20mA，這里我選取溫度測(cè)量元件作為傳感器，其輸出電壓經(jīng)過一系列電路的變化送到ADC0831的輸入端，參考電路見圖7所示。 圖7 4.5 鍵盤模塊 加入鍵盤是為了便于人機(jī)互動(dòng)，方便工作人員即時(shí)調(diào)整工況。 其電路圖如圖8所示，其中，S1用于增加上限值；S2是用于減小上限值。 圖8 4.6 數(shù)碼管顯示電路 LED數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故稱之為7段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 這里為了簡(jiǎn)化電路，用單片機(jī)對(duì)數(shù)碼管直接進(jìn)行控制，其電路圖如圖9所示。 圖9 4.6 報(bào)警電

13、路 在測(cè)量值達(dá)到上限值時(shí)，報(bào)警電路啟動(dòng)，電路圖如圖10。 圖10 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5.1主程序框圖 整體程序框圖如圖11所示。 開始 鍵盤掃描 開中斷 設(shè)置上限值 設(shè)置初始值 結(jié)束 ADC0831采集信號(hào) DAC0832輸出信號(hào) LED顯示 圖11 主程序框圖 5.2鍵盤控制程序框圖 鍵盤掃描控制程序框圖如圖12所示。 開始 關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)返回 查詢S1是否按下 查詢S2是否按下 增加上限 Y Y N N 減少上限 圖12 鍵盤控制程序框圖 5.3數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖如圖13所示。 開始 關(guān)中

14、斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 讀取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果 現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)返回 啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換 大于上限值 報(bào)警 Y N 圖13 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖 5.4 顯示程序框圖 顯示程序框圖如圖14所示。 開始 熄滅所有數(shù)碼管 將百位數(shù)送到P0 結(jié)束 開第一位數(shù)碼管，延時(shí) 將十位數(shù)送到P0 開第二位數(shù)碼管，延時(shí) 將個(gè)位數(shù)送到P0 開第三位數(shù)碼管，延時(shí) 圖14 顯示程序框圖 . 5 結(jié)論 經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的數(shù)字與溫度傳感器上顯示的溫度一致，并且在溫度傳感器示數(shù)變化的同時(shí)，數(shù)碼管顯示的數(shù)字也同時(shí)變化。按鍵的作用也基本實(shí)現(xiàn)，故可認(rèn)為本次課設(shè)基本完成。仿真結(jié)果如下圖所示。

15、盡管這次設(shè)計(jì)的時(shí)間是短暫的,但過程是曲折的，對(duì)我來說，收獲最大的是方法和能力.那些分析和解決問題的方法與能力。在整個(gè)過程中，我發(fā)現(xiàn)像我們這些學(xué)生最最缺少的是經(jīng)驗(yàn),沒有感性的認(rèn)識(shí)，空有理論知識(shí)，有些東西很可能與實(shí)際脫節(jié)?？傮w來說，我覺得做這種類型的作業(yè)對(duì)我們的幫助還是很大的，它需要我們將學(xué)過的相關(guān)知識(shí)都系統(tǒng)地聯(lián)系起來，從中暴露出自身的不足，以待改進(jìn)。 參考文獻(xiàn) [1] 馮顯英, 葛榮雨. 基于數(shù)字溫濕度傳感器SHT11的溫濕度測(cè)控系統(tǒng). 自動(dòng)化儀表, 2006, 27(1): 59-61 [2] 姜學(xué)軍. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 清華大學(xué)出版社, 2006 [3] 李華. MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1993 [4] 高峰，崔金寶，曲建嶺. 基于80C198單片機(jī)的壓力模糊測(cè)控系統(tǒng). 儀表技術(shù)， 2004，(1): 28-29 [5] 王義軍.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：中國(guó)電力出版社，2007 [6] 劉連浩等.單片機(jī)原理與嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì).湖北：武漢大學(xué)出版社，2007