计算机控制系统课设报告.docx
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计算机控制系统课设报告
1题目背景与意义
1.1设计意义和目的
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。
2设计题目介绍
2.1题目
基于C51单片机,设计一个具有A/D和D/A功能的信号测控装置,将传感器输入的模拟量转化成数字量并用LED显示出来,再将数字量转化成标准的模拟信号。
其中,键盘控制多传感器中的一个输入。
具体设计步骤:
(1)总体设计框图
(2)A/D转换设计
(3)D/A转换设计
(4)显示设计
(5)键盘设计
(6)上位机通讯
(7)软件设计
2.2设计报告内容安排
2.2.1基本设计安排
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Proteus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发挥设计安排:
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Proteus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硬件设计
3.1总体设计框图
总体设计框图如图2-1。
图3-1总体设计框图
3.2模块设计
3.2.1A/D转换设计
3.2.1.1芯片选用
A/D转换器的作用是将输入的模拟电压数字化。
A/D转换芯片很多,A/D转换芯片选择主要是根据系统的转换精度和转换速度两个技术参数确定的。
基于抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求的综合考虑,选用芯片ADC0808。
ADC0808概述
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
ADC0808是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,它有8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器。
3.2.1.2ADC0808工作原理
(1)引脚功能(外部特性)
ADC0808芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图3-2所示。
图3-2ADC0808管脚图
各引脚功能如下:
1~5,26~28(IN0~IN7):
8路模拟量输入端。
8,14,15,17~21:
8位数字量输出端。
22(ALE):
地址锁存允许信号,输入,高电平有效。
6(START):
A/D转换启动脉冲输入端,输入一个正脉冲(至少100ns宽)使其启动(脉冲上升沿使0809复位,下降沿启动A/D转换)。
7(EOC):
A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。
9(OE):
数据输出允许信号,输入,高电平有效。
当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开输出三态门,输出数字量。
10(CLK):
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
12(VREF(+))、16(VREF(-)):
参考电压输入端
11(Vcc):
主电源输入端。
13(GND):
地。
23~25(ADDA、ADDB、ADDC):
3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路。
(2)极限参数
分辨率:
8。
转换时间:
100μs。
转换路数:
8。
时钟频率:
≤750kHz
电源电压(Vcc):
6.5V
控制端输入电压:
—0.3V~15V
其它输入和输出端电压:
-0.3V~Vcc+0.3V
贮存温度:
—65℃~+150℃
功耗(T=+25℃):
875mW
引线焊接温度:
①气相焊接(60s):
215℃;②红外焊接(15s):
220℃
抗静电强度:
400V。
(3)内部逻辑结构
ADC0808的内部逻辑结构如图2-3。
图3-3ADC0808的内部逻辑结构
(4)控制通道
通道选择是由ADDA、ADDB、ADDC的地址决定。
控制通道表见表1。
表3-1控制通道表
3.2.2D/A转换设计
D/A转换是将数字信号转化成与其成正比的模拟信号。
D/A转换器的主要性能指标是分辨率,线性度,绝对精度和相对精度等。
3.2.2.1芯片选用
由于通用、廉价的D/A转换器有AD1408、AD7524、AD558等。
本设计采用AD7524。
AD7524概述
AD7524是一款低成本、8位单芯片CMOSDAC,用于与大多数微处理器直接接口。
AD7524基本上是一个带输入锁存器的8位DAC,其加载周期与一个随机存取存储器的“写入”周期类似。
它采用先进的CMOS薄膜工艺制造,提供1/8LSB精度,典型功耗小于10mW。
最新改进的设计不再需要肖特基二极管保护,并且采用+5电源时,还能保证TTL兼容性。
加载速度也已提高,可以与大多数微处理器兼容。
AD7524采用+5V至+15V电源供电,可以与大多数微处理器总线或输出端口直接接口。
3.2.2.2AD7524工作原理
(1)引脚功能
ADC0808芯片有16条引脚,采用双列直插式封装,如图3-4所示。
图3-4AD7524引脚图
各引脚功能如下:
D0-D7:
8位二进制数输入端
CS:
片选输入端,低电平有效。
WR:
二进制数输入控制,低电平有效。
OUT1:
与外接运放反向输入端相连。
OUT2:
与外接运放同向输入端相连。
(2)AD7524特性
微处理器兼容型
TTL/CMOS兼容型输入
片内数据锁存器
端点线性度
低功耗
保证单调性(整个温度范围)
无闩锁现象(无需肖特基二极管保护)
(3)内部逻辑结构
AD7524是采用R-2R倒T形电阻网络的8位CMOSDAC集成片。
基准电压可正、可负,该电压的极性改变时,输出电压极性也相应改变。
AD7524内部不含运算放大器,OUT1端通常外接运算放大器的负输入端,OUT2接地。
AD7524的内部逻辑结构如图3-5。
图3-5AD7524的内部逻辑结构
3.2.2.3AD7524的D/A转换
AD7524与单片机相连,即D/A转换示意图如图3-6。
图3-6D7524的D/A转换电路
3.2.3显示设计
Led显示原理:
LED数码管以发光二极管作为发光单元。
7段led数码管是利用7个led(发光二极管)外加一个小数点的led组合而成的显示设备,可以显示0-9等10个数字和小数点,使用广泛。
这类数码管可以分为共阴极与共阳极两种,如图3-7。
图3-7数码管原理图
7段数码管的字型显示数码,见表3-2。
表3-2型显示数码
本设计采用的是四位数码管,内部结构如图3-8,电路连线图如图3-9。
图3-8四位数码管内部结构图
图3-9四位数码管电路连线图
3.2.4键盘设计
键盘接口是最常用的人机接口。
键盘是由若干按钮组成的开关矩阵,它是单片机系统中最常用的输入设备,用户能通过键盘向计算机输入指令、地址和数据。
单片机应用系统中的键盘一般采用非编码键盘便可满足需要。
所谓非编码键盘实际上就是一组开关,键按下,开关接通。
是否有键按下,按下的是哪个键由单片机对I/O端口的扫描完成(而编码键盘会自动提供所按键的编码),这时,键盘的排布方式不同形成了不同的键盘接口方式。
它包括独立式键盘和行列式键盘。
由于行列式键盘的优点是比较节省I/O口线,并且接口简单,所以本设计采用行列式键盘。
行列式键盘与单片机连接如图3-10。
图3-104×4按键键盘接口
通常按键存在机械抖动,如图3-11。
图3-11按键抖动图
消除抖动的方法有硬件消抖和软件消抖两种方法。
本设计采用软件消抖,即当检测到按键释放后,调用一个5ms—10ms的延时子程序。
3.2.5上位机通讯
单片机与PC进行串行通行是通过RS-232接口标准实现的,符合RS-232标准的典型芯片是MAX232。
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。
其引脚图如图3-12。
图3-12MAX232引脚图
引脚介绍:
第一部分是电荷泵电路。
由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。
功能是产生+12v和-12v两个电源,提供给RS-232串口电平的需要。
第二部分是数据转换通道。
由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。
其中13脚(R1IN)、12脚(R1OUT)、11脚(T1IN)、14脚(T1OUT)为第一数据通道。
8脚(R2IN)、9脚(R2OUT)、10脚(T2IN)、7脚(T2OUT)为第二数据通道。
TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头;DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。
第三部分是供电。
15脚GND、16脚VCC(+5v)。
主要特点:
1、符合所有的RS-232C技术标准
2、只需要单一+5V电源供电
3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力,能够产生+10V和-10V电压V+、V-
4、功耗低,典型供电电流5mA
5、内部集成2个RS-232C驱动器
6、内部集成两个RS-232C接收器
MAX232与终端连接示意图如图3-13。
图3-13MAX232与终端连接图
3.3硬件结构电路图
硬件总体结构电路图见图纸。
4软件设计
4.1软件结构流程图
软件结构流程图见图纸。
4.2键盘程序
键盘程序见附件1。
4.3A/D转换及显示程序
A/D转换及显示程序见附件2。
4.4D/A转换程序
D/A转换程序见附件3。
4.5上位机通讯程序
上位机通讯程序见附件4。
5结论
该基于单片机的控制系统具有体积小、简单实用、成本低、性能价格比高等。
通过一个多星期的努力,我已经完成了自己的设计。
在设计的过程中,增强了我对单片机应用和计算机控制的进一步了解。
对单片机接口扩展有了更好的认识。
发现问题和解决问题的能力有了提高!
由于一开始对编程环境的不熟悉,导致经常犯了一些常识错误,给整个进程带来了不少麻烦,但在老师的指导帮助下问题得到了解决。
之后我一定会注重应用知识的能力,并会努力提高自己的专业素质。
参考文献
[1]姜学军.计算机控制技术.清华大学出版社,2006
[2]郝晓松,彭天好,刘佳东等.基于单片机的变转速液压测控系统的研究.矿山机械,2010,(6):
22-26
[3]高峰,崔金宝,曲建岭.基于80C198单片机的压力模糊测控系统.仪表技术,2004,
(1):
28-29
[4]冯显英,葛荣雨.基于数字温湿度传感器SHT11的温湿度测控系统.自动化仪表,2006,27
(1):
59-61
附件1
4.1键盘程序
ORG0000H
LJMPSTART
ORG0040H
START:
MOVSP,#70H
MOVP0,#0FFH
MOVDPTR,#TAB
MAIN:
MOVP1,#30H
MOVA,P1
CJNEA,#30H,M
SJMPMAIN
M:
ACALLDELAY
MOVP1,#30H
MOVA,P1
CJNEA,#30H,MM
SJMPMAIN
MM:
MOV20H,A
MOVP1,#0FH
MOV31H,P1
MMM:
MOVP1,#30H
MOVA,P1
CJNEA,#30H,MMM
JNB20H.4,E1
JNB20H.5,E2
LJMPMAIN
E1:
MOV30H,#0
LJMPKEYH
E2:
MOV30H,#4
LJMPKEYH
KEYH:
MOVA,31H
JNBACC.0,D0
JNBACC.1,D1
JNBACC.2,D2
JNBACC.3,D3
LJMPMAIN
D0:
MOVA,#0
ADDA,30H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
MOVP1,30H
LJMPMAIN
D1:
MOVA,#1
ADDA,30H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
MOVP1,30H
LJMPMAIN
D2:
MOVA,#2
ADDA,30H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
MOVP1,30H
LJMPMAIN
D3:
MOVA,#3
ADDA,30H
MOVCA,@A+DPTR
MOVP0,A
MOVP1,30H
LJMPMAIN
DELAY:
MOVR0,#3
D:
MOVR1,#255
DJNZR1$
DJNZR0D
RET
TAB:
DB00H01H02H03H
DB04H05H06H07H
END
附件2
4.2A/D转换及显示程序
ORG0000H
LJMPMAIN
ORG0003H
LJMPINT0
MAIN:
SETBEA
SETBEX0
SETBIT0
MOV43H,#00H
MOV42H,#00H
MOV41H,#00H
MOV40H,#00H
MOVDPTR,#0FEF8H
MOVR6P0
MOVX@DPTR,A
LCALLLED
INT0:
MOVXA,@DPTR
MOVB,#100
DIVAB
MOV42H,A
MOVA,B
MOVB,#10
DIVAB
MOV41H,A
MOV40H,B
MOV43H,R6
SETB00H
RETI
LED:
MOVP1,#10H
MOVA,43H
ORLP1,A
LCALLTT
MOVP1,#20H
MOVA,42H
ORLP1,A
LCALLTT
MOVP1,#40H
MOVA,41H
ORLP1,A
LCALLTT
MOVP1,#80H
MOVA,40H
ORLP1,A
LCALLTT
MOVA,#0FH
ANLP1,A
RET
TT:
MOVR3,#10H
TT1:
MOVR4,#15H
DJNZR4,$
DJNZR3TT1
RET
END
附件3
4.3D/A转换程序
输出正弦波的程序
START:
MOVR1,#208
MOVDPTR,#DTAB
LOOP:
MOVA,P0
MOVX@DPTR,A
MOVA,@A+DPTR
MOV@DPTR,A
DJNZR1,LOOP
SJMPSTART
RET
DTAB:
DB:
80,83,86,89,8D,90,93,96
DB:
99,9C,9F,A2,A5,A8,AB,AE
DB:
B1,B4,B7,BA,BC,BF,C2,C5,C7,CA,CC,CF,D1,D4,D6,D8
DB:
DA,DD,DF,E1,E3,E5,E7,E9,EA,EC,EE,EF,F1,F2,F4,F5
DB:
F6,F7,F8,F9,FA,FB,FC,FD,FD,FE,FF,FF,FF,FF,FF,FF
DB:
FF,FF,FF,FF,FF,FF,FE,FD,FD,FC,FA,F9,F8,F7,F6
DB:
F5,F4,F2,F1,EF,EE,EC,EA,E9,E7,E5,E3,E1,DF,DD,DA
DB:
D8,D6,D4,D1,CF,CC,CA,C7,C5,C2,BF,BC,BA,B7,B4,B1
DB:
AE,AB,A8,A5,A2,9F,9C,99,96,93,90,8D,89,86,83,80
DB:
80,7C,79,76,72,6F,6C,69,66,63,60,5D,5A,57,55,51
DB:
4E,4C,48,45,43,40,3D,3A,38,35,33,30,2E,2B,29,27
DB:
25,22,20,1E,1C,1A,18,16,15,13,11,10,0E,0D,0B,0A
DB:
09,08,07,06,05,04,03,02,01,00,00,00,00,00,00
DB:
00,00,00,00,00,00,01,02,03,04,05,06,07,08,09
DB:
0A,0B,0D,0E,10,11,13,15
END
4.4上位机通讯程序
工作日记
7月4日:
设计动员大会,Proteus软件讲座。
7月5日:
查资料,在图书馆五楼计算机阅览室中借了本设计的相关资料,分别为《C51单片机典型模块设计与应用》和《基于Proteus的单片机应用技术》。
7月6日:
确定总体设计方案,即图3-1总体设计框图。
熟悉Proteus软件的应用技术及应用技巧。
7月8日:
模块化设计,在网上分别查阅A/D和D/A部分的转换芯片,通过综合分析,本设计采用ADC0808和AD7524,并对其内部结构及其引脚功能进行研究,并画出转化电路图。
7月9日:
完成显示设计,键盘设计,上位机通讯等剩余设计,并画出相关电路图
7月10日:
初步撰写设计报告,并考虑软件设计。
7月11日:
画总体电路结构框图。
7月12日:
画软件结构框图,编写程序。
7月12日:
撰写设计报告,完善各部分设计。
7月13日—14日:
答辩。
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 计算机控制 系统 报告
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