设计一个基于单片机的具有AD和DA功能的信号测控装置Word文件下载.docx

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2.2.1基本要求-1-

2.2.2发挥部分-1-

三、系统总体框架-2-

四、系统硬件设计-3-

4.1单片机AT89C52-3-

4.2A/D转换器ADC0809-6-

4.2.1A/D转换电路原理-6-

4.2.2ADC0809芯片介绍-6-

4.2.3ADC0809的内部逻辑结构-6-

4.3D/A转换电路DAC0832-9-

4.3.1DAC0832芯片介绍-9-

4.3.2DAC0832的内部逻辑结构-9-

4.3.3DAC0832芯片引脚结构及功能-10-

4.4LED显示电路-11-

4.5键盘模块-11-

4.6稳压电源-12-

4.7声光报警-12-

4.8调理电路-13-

4.974LS373-14-

五、系统软件设计-15-

5.1主程序框图-15-

5.2键盘控制程序框图-16-

5.3数据转换框图-17-

5.4数据显示子程序框图-18-

六、总结-19-

参考文献-20-

1、题目背景与意义

本课程设计以《计算机控制系统》课程理论为基础，以其他电子类、计算机及接口类相关课程内容为辅助，在实践中锻炼学生的系统设计能力、理论应用能力、总结归纳能力以及自我学习能力，提高其实践能力、创新意识与创业精神。

2、设计题目介绍

2.1设计题目

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/电流信号此处定为：

0～5V/0～20mA。

2.2设计要求

2.2.1基本要求

1）充分理解题目要求，确定方案。

2）合理选择器件型号。

3）用1号图纸1张或者采用Protues软件画出电原理图。

4）用1号图纸1张画出软件结构框图。

5）写出设计报告，对课程设计成品的功能进行介绍及主要部分进行分析与说明。

6）每天写出工作日记。

2.2.2发挥部分

1）可将系统扩展为多路。

可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED）、与上位机通讯功能。

2）完成以上基本设计部分之后，可以运用Protues仿真软件对设计结果进行相应的编程和仿真，调试测控系统并观察其运行结果（可以分部分完成）。

3、系统总体框架

图3.1总体设计方案

此控制系统的硬件设计框图如图3.1所示。

被控对象经传感器，变送器输入电压信号或电流信号，经模数转换模块中调理电路送入A/D转换器，通过采样和模数转换，所检测到的电压信号和送入单片机进行比较，以显示模块显示结果，声光报警判断是否正常工作。

由键盘模块设定报警上下限值。

稳压电源提供稳定电压。

数模转换输出模拟量进行控制。

4、系统硬件设计

4.1单片机AT89C52

AT89C52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能的CMOS8位单片机，内含4Kbytes的可擦写的只读程序存储器（PEROM）和128bytes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-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLASH存储单元，功能强大，AT89C52单片机可提供许多高性价比的应用场合，可灵活适用于各种控制领域。

图4.1AT89C52内部逻辑图

此芯片有4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口总线，两个16位定时/计数器，一个5向量两中断结构，一个全双工串行通信口，片内震荡器及时钟电路。

同时AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。

空闲方式停止CPU工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口以及中断系统继续工作。

掉电方式保存RAM中内容，但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。

图4.2AT89C52引脚图

VCC：

主电源输入端。

GND：

地。

P0口：

一组8位漏极开路型双向I/O口，即地址/数据总线复用口。

作为输出口使用时，每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”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。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。

P1口：

一组内部带上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动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）。

Flash编程和程序校验期间，P1接受低8位地址。

P2口：

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器时，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时，P2口线上的内容在整个访问期间不变。

Flash编程或校验时，P2接收高位地址和其他控制信号。

P3口：

P3口除作为一般的I/O口外，更重要的用途是它的第二功能，如下表：

表4-1P3端口第二功能表

端口引脚

第二功能

P3.0

P3.1

P3.2

P3.3

P3.4

P3.5

P3.6

P3.7

RXD（串行输入口）

TXD（串行输出口）

INT0（外中断0）

INT1（外中断1）

T0（定时/计数器0外部输入）

T1（定时/计数器1外部输入）

WR（外部数据存储器写选通）

RD（外部数据存储器读选通）

RST口：

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口：

在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，即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟震荡的频率的1/6输出固定的正脉冲信号，因此它可以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。

对Flash存储器编程期间，该引脚还要用于输入编程脉冲（PROG）。

PSEN口：

程序存储允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89C51由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PSEN有效，即输出两个脉冲。

在此期间，当访问外部数据存储器时，这里爱你两次有效的PSEN信号不出现。

EA/VPP口：

外部访问允许，欲使CPU访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH），EA端必须保持低电平。

需要注意的是：

如果加密位LB1被编程，复位时内部会锁存EA端状态。

如果EA端位高电平,CPU则执行内部程序存储器中的指令。

XTAL1:

振荡器反相放大器以及内部时钟发生器的输入端。

XTAL2:

振荡器反相放大器的输出端。

4.2A/D转换器ADC0809

4.2.1A/D转换电路原理

A/D转换器是把模拟量转化为与其大小成正比的数字量信号。

根据不同的转换原理，A/D转换器的种类很多，最常见的两种转换器是逐次逼近式和双积分式A/D转换。

本次设计采用的是ADC0809芯片，是逐次逼近式转换器。

4.2.2ADC0809芯片介绍

ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。

它负责将模拟信号弹转换为数字信号，并采用逐次逼近式转换方式实现它与单片机的连接。

4.2.3ADC0809的内部逻辑结构

ADC0809芯片是CMOS型单片双列直插式转换器件，采用逐次式转换方式，可对8路模拟电压分时进行转换。

ADC0809的内部结构如下图所示。

片内集成有具有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0-5V的输入模拟电压信号分时进行转换，片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼进寄存器SAR、控制与时序电路等。

输出具有TTL三态锁存缓冲器，楞直接连到微处理器的数据通信总路线上。

ADC0809的结构方框图如下图所示：

图4.3ADC0809的内部结构图

由上图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。

多路开关可选通8个模拟通道，允许锁存器用8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。

三态输出于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

（3）ADC0809芯片引脚结构及功能

图4.4ADC0809的外部引脚图

CLK：

时钟输入端。

IN0－IN7：

8路输入法通道的模拟量输入端。

D0-D7：

8位数字量输出端。

A,B,C：

模拟信号输入通道地址选择线。

在进行A/D转换时，究竟选通哪一路模拟输入通道，由地址线A、B、C的地址编码来决定，其对应关系如下表所示：

表4-2ADC0809地址与模拟通道对应关系

被选模拟通道

C

B

A

IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

1

ST：

ADC启动控制信号输入端，要求正脉冲信号，脉冲的上升沿使所有内部寄存器清零，其下降没开始进行A/D转换。

ALE：

地址允许锁存输入信号，当ALE为高电平时，将A、B、C三个信号锁存在地址锁存器中，以选通相应的输入通道。

EOC：

转换结束信号。

在ST（START）信号之后变为低电平，在A/D转换结束后，变为高电平。

EOC信号可用来申请中断。

OE：

输出允许信号，当为高电平时，打开三态输出缓冲器，把数据送到数据总线上。

4.3D/A转换电路DAC0832

4.3.1DAC0832芯片介绍

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。

与微处理器完全兼容。

这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。

D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

4.3.2DAC0832的内部逻辑结构

图4.5DAC0832内部逻辑结构图

该芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。

D/A转换结果