1、課 程 設 計 報 告學生姓名：學號：學院：自動化工程學院班級：題 目：計算機控制系統1 題目背景與意義設計背景在自動控制系統的實際工程中， 經常需要檢測被測對象的一些物理參數， 如溫 度、流量、壓力、速度等，這些參數都是模擬信號的形式。它們要由傳感器轉換 成電壓信號，再經A/D轉換器變換成計算機能夠處理的信號。 同樣，計算機控制 外設，如電動調節閥、模擬調速系統時，就需要將計算機輸出的數字信號經過 D/A轉換器變換成外設能接受的模擬信號。本次計算機控制系統課程設計的 目的就是讓同學們在理論學習的基礎上，通過完成一個涉及單片機 A/D 和 D/A 多種資源應用并具有綜合功能的小系統目標板的設計

2、與編程應用， 使我們不但能 夠將課堂上學到的理論知識與實際應用結合起來， 而且能夠對電子電路、 電子元 器件、等方面的知識進一步加深認識，同時在系統設計、軟件編程、相關儀器設 備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。 幫助同學們增進對單片機的感性 認識，加深對單片機理論方面的理解， 從而更好的掌握單片機的內部功能模塊的 應用以及A/D和D/A功能的實現。使學生了解和掌握單片機應用系統的軟硬件設 計過程、方法及實現，為以后設計和實現單片機應用系統打下良好基礎。設計意義通過設計此測控裝置， 加深對控制系統的理解， 達到活學活用的目的。 理論結 合實踐，鍛煉綜合運用能力。2 設計題目介紹設計題目設

3、計一個基于單片機的具有 A/D和D/A功能的信號測控裝置。要求該信號測控 裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時可輸出標準電壓 /電流信號。并滿 足抗干擾、通用性、安全性、性價比等原則性要求。 標準電壓/電流信號此處定 為：0 5V/4 20mA設計要求基本要求設計一個基于單片機的具有 A/D和D/A功能的信號測控裝置。要求該信號測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時可輸出標準電壓/電流信號。并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價比等原則性要求。1. 基本要求：1）充分理解題目要求，確定方案。2）合理選擇器件型號。3）用1號圖紙1張或者采用Protel軟件畫出電原理圖。4）用1號圖紙1張畫

4、出軟件結構框圖。5）寫出設計報告，對課程設計成品的功能進行介紹及主要部分進行分析與說明。6）每天寫出工作日記。2. 發揮部分：1）可將系統擴展為多路。可在此系統中擴展鍵盤、顯示（LCD/LED、與上位機 通訊功能。2）完成以上基本設計部分之后，可以運用 Proteus仿真軟件對設計結果進行相 應的編程和仿真，調試測控系統并觀察其運行結果 （可以分部分完成）。3系統總體框架AT89C51單片機ADC0808單片機是在在芯片內集成了構成一臺計算機的主要器件:鍵盤模塊襯聲光報警CPU運算器、存儲諼模擬量輸 于生產中。模擬O 口及其他功能部件的一塊單晶芯片。DAC0832顯示模塊用單片機的選擇*1上位

5、機通信此次設計選用AT89C51單片機作為處理核心。89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS位微處理器，內含32根雙向且 分別可尋址的 IO 線， 128字節 RAM，2 個 16位定時計數器，全雙工異步串行口， 2個中斷優先級， 5 個中斷源，片內有時鐘振蕩器。時鐘電路89C51 的時鐘信號通常由兩種方式產生：內部時鐘和外部時鐘。實際應用中通 常采用外接晶振的內部時鐘方式， 在滿足系統功能的前提下， 應選擇低一些的晶 振頻率。重要在單片機的XTAL1和XTAL2引腳外接晶振即可。其中 C2和C3的 作用是穩定頻率和快速起振。復位電路單片機的初始化操作，給復

6、位腳 RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振 蕩周期）的高電平就使AT89C51復位。復位時，PC初始化0000H程序從0000H單元開始執行。除系統的正常初始化 外，當程序出錯（如程序跑飛）或操作錯誤時系統處于死鎖狀態時，需按復位鍵 使RST腳為高電平，使AT89C51擺脫“跑飛”或“死鎖”狀態而重新啟動程序。 復位電路與單片機連接如圖。A/D 轉換器模擬量輸入通道的任務是把在工業現場中采集到的模擬量轉換成計算機可識 別的數字量。模擬量輸入通道一般有信號預處理、多路模擬開關、前置放大器、 采樣保持器、A/D轉換器、接口和控制電路組成。其核心是 A/D轉換器。A/D 轉換器的選擇目前轉換器

7、的型號有很多， 精度和位數的選擇范圍很大。 對于本次設計， 可選 用8路的轉換器。位數越多，精度越高，現在普遍使用ADC0808它的性價比高， 而且滿足本次設計。ADC0808功能簡介ADC0808 是采樣分辨率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模 /數轉換的器件。其 內部有一個 8 通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 路模擬輸入信號中的一個進行 A/D轉換。ADC0808是 ADC0809的簡化版本，功能 基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進行A/D轉換，實際使用時采用ADC0809進行A/D轉換。（1） ADC080引腳結構（ 2）各引腳功能如下ADC080

8、8管 腳圖8、14、15和1721: 8位數字量輸出端。22（ALE） ：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。6（START） ： A/D 轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使 其啟動（脈沖上升沿使 0809 復位，下降沿啟動 A/D 轉換）。7（EOC）： A/D 轉換結束信號，輸出，當 A/D 轉換結束時，此端輸出一個高電 平（轉換期間一直為低電平）。9 （OE :數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態門，輸出數字量。10（ CLK :時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ12（VREF（ +）和16（

9、VREF（-）:參考電壓輸入端11（ Vcc）:主電源輸入端。13（ GND :地。2325（ADDA、 ADDB、 ADDC）: 3位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一 路。ADC0808與單片機的連接D/A 轉換器D/A 轉換器有串并行兩種，在測控系統中，長對轉換速度有一定要求，主要采 用并行D/A轉換器。D/A轉換器是將離散的數字量轉換為連續變化的模擬量一一 電壓或電流。D/A 轉換器的選擇由于之前的A/D轉換器選用的是8位的，因此D/A轉換器也應選擇8位的。從 性價比、轉換精度等各方面比較，該設計選用的轉換器是DAC0832。D/A 轉換器功能簡介DAC0832是8分辨率的D/

10、A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、 接口簡單、 轉換控制容易等優點， 在單片機應用系統中得到廣 泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路 及轉換控制電路構成。（1）DAC083引腳結構（ 2）各引腳功能如下* D0D7:8位數據輸入線，TTL電平，有效時間應大于 90ns（否則鎖存器的數據 會出錯 ）;* ILE: 數據鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效 ;* CS: 片選信號輸入線 （選通數據鎖存器 ），低電平有效 ;* WR1數據鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由ILE、CS WR1的邏輯組合產生LE1

11、，當LE1為高電平時，數據鎖存器狀態隨輸入數據線變 換， LE1 的負跳變時將輸入數據鎖存 ;* XFER:數據傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效;* WR2:DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由 WR2 XFER 的邏輯組合產生LE2,當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而 變化，LE2的負跳變時將數據鎖存器的內容打入 DAC寄存器并開始D/A轉換。* IOUT1:電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內容線性變化；* IOUT2:電流輸出端2,其值與IOUT1值之和為一常數；* Rfb: 反饋信號輸入線，改變 Rfb 端

12、外接電阻值可調整轉換滿量程精度 ；* Vcc:電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V;* VREF:基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V;AGND:模擬信號地;* DGND:數字信號地。DAC0832與單片機的連接鍵盤控制電路鍵盤在單片機應用系統中能實現想單片機輸入數據、 傳送命令等功能， 是人工 干預單片機的主要手段。在按下按鍵的時候，為了確保CPU寸一次按鍵動作只確 認一次按鍵有效， 必須消除按鍵抖動， 我們采用軟件來消除按鍵抖動。 鍵盤接口 分為獨立式鍵盤接口和行列式鍵盤接口， 由于本系統沒有太多的功能實現， 寸鍵 盤上的選擇選用獨立式接口， 這樣既能節省 I/O 口，也方

13、便快捷的寸單片機進行 控制。如下圖所示：LCD 顯示電路LCD 是液晶顯示器英文名稱的縮寫，液晶顯示器是一種被動式的顯示器，即液 晶本身并不發光， 而是利用液晶經過處理后能改變光線通過方向的特征， 達到白 底黑字或黑底白字顯示的目的。液晶顯示器具有功率低、抗干擾能力強等優點， 因此被廣泛地應用在儀器儀表和控制系統中。報警指示燈電路當系統正常運行時， 燈不亮。 當傳感器所采集的信息通過單片機處理， 如果超 過設置的上限值或低于下限值時， 蜂鳴器進行報警， 紅燈亮起。正常情況下不亮。 本系統設置采用三極管驅動的蜂鳴器聲光報警電路， 當超過了設定值， 三極管導 通，蜂鳴器和LED顯示器同時導通工作。上位機通信上位機通訊寸單片機而言， 意義重大， 不但可以實現將單片機的數據傳輸到電 腦端，而且也能實現電腦寸單片機的控制。5 結論通過兩周的課設， 我收獲了很多。 這次課設提高了自己解決問題的能力， 提高 了我對轉換電路的認識，通過對LED顯示電路的設計，了解可以用了不同型號的芯片及不同方式驅動數碼管。 同時，學會了利用 proteus 軟件畫系統總體電路圖參考