1、I文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.基于單片機(jī)的信號(hào)采集及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：王國棟學(xué)生學(xué)號(hào)：103指導(dǎo)教師：田芳明所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電子12中國大慶2015年6月信息技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書信息院電子信息工程專業(yè)2012級(jí)，學(xué)號(hào)103姓名王國棟一、課程設(shè)計(jì)課題：基于單片機(jī)的信號(hào)采集及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)工作日自2015年6月18日至2015年7月3日三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)：信息館320四、程設(shè)計(jì)任務(wù)要求：課題來源:老師下發(fā)目的意義:提高學(xué)生的動(dòng)手能力，鍛煉專業(yè)技能。增強(qiáng)動(dòng)手解決問題的能力。基本要求:采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)8路模擬量傳感器信號(hào)檢測(cè)，模擬量傳感器采集的物理參

2、數(shù)可自行選擇，在LCD中實(shí)時(shí)循環(huán)顯示采集的物理參數(shù)，精度達(dá)到1%，根據(jù)精度自選A/D轉(zhuǎn)換芯片或內(nèi)置A/D的單片機(jī)，具有8路開關(guān)量繼電器輸出。直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計(jì)。，輔助電路及元器件自選。課程設(shè)計(jì)評(píng)審表目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark8 1設(shè)計(jì)任務(wù)要求1 HYPERLINK l bookmark10 2方案比較1 HYPERLINK l bookmark12 3單元電路設(shè)計(jì)1 HYPERLINK l bookmark30 4元件選擇5 HYPERLINK l bookmark42 5整體電路10 HYPERLINK l bookmark44 6說明電路的工

3、作原理12 HYPERLINK l bookmark46 7困難問題及解決措施12 HYPERLINK l bookmark48 8總結(jié)與體會(huì)13 HYPERLINK l bookmark50 9致謝13 HYPERLINK l bookmark52 10參考資料13 HYPERLINK l bookmark54 11程序131設(shè)計(jì)任務(wù)要求要求o采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)8路模擬量傳感器信號(hào)檢測(cè)（420MA信號(hào)）。o模擬量傳感器采集的物理參數(shù)可自行選擇。o在LCD中實(shí)時(shí)循環(huán)顯示采集的物理參數(shù)（如、溫度、濕度、光照等）。o精度達(dá)到1。o根據(jù)精度自選A/D轉(zhuǎn)換芯片或內(nèi)置A/D的單片機(jī)。o具有8路開關(guān)量繼電器輸

4、出。o直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計(jì)。o輔助電路及元器件自選。規(guī)定：o設(shè)計(jì)硬件線路，用protel畫圖。o按單元電路詳細(xì)說明硬件線路設(shè)計(jì)思路，元件參數(shù)，選取根據(jù)。附詳細(xì)的元件清單。o軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)物理參數(shù)采集，轉(zhuǎn)換和LCD顯示、開關(guān)量輸出控制程序。o有完整的程序流程圖，包括總流程圖和模塊流程圖。對(duì)程序設(shè)計(jì)思想做詳細(xì)說明。o有完整的程序清單，并加注釋。o總結(jié)設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)體會(huì)。方案比較單元電路設(shè)計(jì)3.1穩(wěn)壓電源電路圖1穩(wěn)壓電路3.2單片機(jī)電路3.2.1主控芯片圖251單片機(jī)芯片引腳3.2.2晶振電路圖3晶振電路圖4復(fù)位電路33LCD顯示模塊圖5LCD顯示模塊AD采集電路圖6ADC0809連接圖待檢測(cè)的電路

5、圖7待檢測(cè)的8路信號(hào)3.6繼電器控制輸出電路圖8繼電器輸出元件選擇4.1STC89C51STC89C51是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在線系統(tǒng)可編程Flash,使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)

6、6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8位微控制器8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程節(jié)。圖9單片機(jī)引腳圖ADC0809圖10ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖中多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其

7、轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表1為通道選擇表。表1通道選擇表ADC0809八位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器是一種單片CMOS器件，包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開關(guān)能直接連通8個(gè)單端模擬信號(hào)中的任何一個(gè)。圖11ADC0809引腳圖ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說明如下：IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/

8、D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.A、B、C地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1。CLK時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHZ的時(shí)鐘信號(hào)EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器

9、向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。LCD1602圖12LCD1602引腳圖1602共16個(gè)管腳，但是編程用到的主要管腳不過三個(gè)，分別為:RS（數(shù)據(jù)命令選擇端）,R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號(hào)）；以后編程便主要圍繞這三個(gè)管腳展開進(jìn)行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。以下具體闡述這三個(gè)管腳：RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。R/W為讀寫選擇，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。E端為使能端，后面和時(shí)序聯(lián)系在一起。除此外，D0D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線。4.3.2操作時(shí)序表2操作時(shí)序表從D0D7讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖開始時(shí)初

10、始化E為0然后置E為1,再清0.讀取狀態(tài)字時(shí)，注意D7位，D7=1，禁止讀寫操作；D7=0,允許讀寫操作；所以對(duì)控制器每次進(jìn)行讀寫操作前,必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)。（即后面的讀忙子程序）LCD_1602初始化指令小結(jié)：0 x38設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口0 x01清屏0 x0F開顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)閃爍0 x08只開顯示0 x0e開顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍0 x0c開顯示，不顯示光標(biāo)0 x06地址加1，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候光標(biāo)右移0 x02地址計(jì)數(shù)器AC=0;（此時(shí)地址為0 x80）光標(biāo)歸原點(diǎn)，但是DDRAM中斷內(nèi)容變0 x18光標(biāo)和顯示一起向左移動(dòng)元器件清單表3元器件清單整體電路圖13

11、總體電路圖6.說明電路的工作原理圖14系統(tǒng)流程圖本系統(tǒng)使用STC89C51作為主控制器，ADC0809作為AD采集8路信號(hào)的芯片，采集8路模擬信號(hào)的信息，然后根據(jù)按鍵依次循環(huán)顯示在LCD1602上。上電后首先1602初始化，ADC0809初始化，默認(rèn)顯示第一路采集信號(hào)，按下一個(gè)按鍵后顯示下一路，依次循環(huán)顯示。7困難問題及解決措施再設(shè)計(jì)過程中，對(duì)AD轉(zhuǎn)化的原理認(rèn)識(shí)不清楚，ADC0809不熟悉。不知道如何使用這個(gè)芯片，編寫程序的時(shí)候時(shí)序沒有認(rèn)識(shí)正確，無法完成采集。電源模塊電壓不穩(wěn)定，難點(diǎn)一就是AD0809芯片的使用。難點(diǎn)二就是將AD0809產(chǎn)生的0256的數(shù)字換算成05.000的精確度,而又不至于

12、溢出出錯(cuò)。程序流程設(shè)計(jì)不合理。LCD1602沒有想到背光的調(diào)節(jié)，顯示不清楚有背影。后來仔細(xì)閱讀芯片手冊(cè)，理清時(shí)序的先后順序，編寫程序，完成測(cè)試，優(yōu)化顯示流程完成設(shè)計(jì)任務(wù)要求。8總結(jié)與體會(huì)單片機(jī)具有體積小，功耗低，功能強(qiáng)，通用性好，性價(jià)比高易組裝成機(jī)電儀一體化的各種智能控制設(shè)備和儀器，儀表。面向在線應(yīng)用，能針對(duì)各類控制任務(wù)的簡(jiǎn)繁靈活配置，因而能獲得最佳的費(fèi)效比。易于實(shí)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)，避免不必要的二次開發(fā)過程，減少系統(tǒng)的研發(fā)費(fèi)用，產(chǎn)品升級(jí)周期短。易于多機(jī)使用主從分布式的集散控制，提高控制系統(tǒng)的效率。抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍廣，能在各種惡劣環(huán)境下可靠地工作。指令精簡(jiǎn)，實(shí)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活易于推廣運(yùn)用。9

13、致謝感謝老師讓我做這次課程設(shè)計(jì)，通過這次課程設(shè)計(jì)使我更加清晰的認(rèn)識(shí)了自己能力的不足和對(duì)專業(yè)知識(shí)掌握的不扎實(shí)，尤其是數(shù)字電路和模擬電路，還有對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)缺少相應(yīng)的思維和解決方法。芯片掌握的不到位，不熟悉。對(duì)C語言的編程能力還不夠，不能夠沒有障礙的閱讀芯片手冊(cè)，對(duì)芯片的時(shí)序的編程實(shí)現(xiàn)也掌握不到位。在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我一定要以認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去學(xué)習(xí)，鍛煉自己的技能。10參考資料李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1992何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994張毅剛.單片機(jī)原理及接口技術(shù)

14、.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1990譚浩強(qiáng).單片機(jī)課程設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，198911程序#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintvoidresult(uchar);ucharvalue=0;#includeadc0809.h#includelcd1602.hucharstr5;ucharvolt7;uchara=0+0 x30;ucharstr111=tanxiaopin;sbitCLK=P0A7;uintn;voidmain()/uinti;ADC0809_init();lcd_init();inti=0;wh

15、ile(1)lcd_zifu(str1,0 x01);value=AD(i);/str0=value/100+0 x30;str1=value%100/10+0 x30;str2=value%10+0 x30;result(value);lcd_data(str,0 x40);lcd_data(volt,0 x46);if(key_down()i+;if(i=8)i=1;jdq_ctrl(i,max);while(1);voidresult(ucharv)floata;a=(v/255.0)*500.0;volt0=(int)a)/100+0 x30;volt1=.;volt2=(int)a)

16、%100/10+0 x30;volt3=(int)a)%10+0 x30;volt4=;volt5=V;voidt1(void)interrupt3CLK=CLK;#include#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitST=P0M;sbitEOC=P0A5;sbitOE=P0A6;/sbitCLK=P0A7;sbitADDA=P0S;sbitADDB=P0A1;sbitADDC=P0A2;sbitALE=P0A3;ucharvvoiddelay(ms)uinti,j;for(i=ms;i0;i-)for(j=125;j0;j-);v

17、oidADC0809_init()TMOD=0 x20;TH1=(255-250);TL1=(255-250);EA=1ET1=1;TR1=1;ST=0;OE=0;ALE=0;ucharAD()uchartemp=0;ST=0;/EOC=1;/ALE=1;ADDA=0;ADDB=0;ADDC=0;delay(1);ALE=0;OE=0;ST=0;ALE=1;ST=1;ALE=0;ST=0;delay(2);while(EOC=0);OE=1;temp=P2;delay(2);OE=0;returntemp;voidADC0809_init();ucharAD();#include#includ

18、e#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitrs=P1A5;sbitrw=P1A6;sbiten=P1A7;voidlcd_1602(ucharcomm);voidlcd_write(uchardat);bitlcd_busy();externvoiddelay(uint);voidlcd_1602(ucharcomm);voidlcd_write(uchardat);bitlcd_busy();sbitbusy=P3A7;externvoiddelay(uint);voidlcd_1602(ucharcomm)while(lcd_busy();rs=0;rw=0;en=0;_nop_();P3=comm;_nop_();en=1;_nop_();_nop_();en=0;voidlcd_write(uchardat)rs=1;while(lcd_busy();rw=0;en=0;_nop_();P3=dat;_nop_();_nop_();en=1;_nop_();_nop_