計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)東北電力大學(xué)資料

1、目錄1 題目背景與意義11.1設(shè)計(jì)目的12 設(shè)計(jì)題目介紹22.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求2基本要求2發(fā)揮部分23 系統(tǒng)總體框架34 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)44.1單片機(jī)選型44.1.1 AT89C51功能介紹：5晶振電路6復(fù)位電路64.2 A/D轉(zhuǎn)換電路74.2.1 ADC0832功能介紹：74.3 D/A轉(zhuǎn)換電路74.3.1 DAC0808功能84.4顯示器8引腳說明84.5 總電路95 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)105.1 主程序框圖105.2數(shù)據(jù)程序框圖105.3顯示程序框圖116 總結(jié)127 參考資料131 題目背景與意義1.1設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)以計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程理論為基礎(chǔ)，以其他電子類、計(jì)算機(jī)及接口類相關(guān)課程內(nèi)容為

2、輔助，在實(shí)踐中鍛煉學(xué)生的系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、理論應(yīng)用能力、總結(jié)歸納能力以及自我學(xué)習(xí)能力，提高其實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)業(yè)精神。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)涉及MCS-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)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編

3、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)。使學(xué)生了解和掌握單片機(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)。2 設(shè)計(jì)題目介紹2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求設(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

4、/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)此處定為：05V/020mA?；疽螅?) 充分理解題目要求，確定方案。（2) 合理選擇器件型號(hào)。（3) 用1號(hào)圖紙1張或者采用Protel軟件畫出電原理圖。（4) 用1號(hào)圖紙1張畫出軟件結(jié)構(gòu)框圖。（5) 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，對(duì)課程設(shè)計(jì)成品的功能進(jìn)行介紹及主要部分進(jìn)行分析與說明。（6) 每天寫出工作進(jìn)程日記。發(fā)揮部分（1) 可將系統(tǒng)擴(kuò)展為多路?？稍诖讼到y(tǒng)中擴(kuò)展鍵盤、顯示（LCD/LED）、與上位機(jī)通訊功能。（2) 完成以上基本設(shè)計(jì)部分之后，可以運(yùn)用Protues仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的編程和仿真，調(diào)試測(cè)控系統(tǒng)并觀察

5、其運(yùn)行結(jié)果(可以分部分完成)。3 系統(tǒng)總體框架D/A轉(zhuǎn)換器AT89C51A/D轉(zhuǎn)換器電源模擬量輸入 模擬量輸出顯示器圖3.1系統(tǒng)總框圖4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)選型 由于AT89C51單片機(jī)采用的是CHMOS工藝，高速度、高密度、低功耗，具有價(jià)格便宜、易上手、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，且滿足我所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)要求的條件，所以此次設(shè)計(jì)選用AT89C51單片機(jī)作為處理核心。AT89C51單片機(jī)是一款8位的CPU，屬于MCS-51單芯片的一種。AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I/O 口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，

6、一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。其結(jié)構(gòu)和引腳排列如圖4-1、圖4-2所示：圖4-1AT89C51圖4-2 AT89C51的引腳排列4.1.1 AT89C51功能介紹：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P0口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸

7、入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作

8、為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表

9、所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)

10、，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加

11、密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。4.1.2晶振電路單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須供給脈沖信號(hào)才能正常工作，所以在XTAL1 XTAL2引腳接入一個(gè)振蕩電路，電路如圖4-3所示：圖4-3 晶振電路4.1.3復(fù)位電路單片機(jī)系統(tǒng)中需要一個(gè)硬件復(fù)位電路，用于用戶的手動(dòng)復(fù)位，AT89C51是高電平復(fù)位有效。最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路由一個(gè)電阻、一個(gè)電解電容、一個(gè)按鈕形成，電路如圖4-4所示：圖4-4 復(fù)位電路

12、復(fù)位電路的作用：在上電或復(fù)位過程中，控制CPU的復(fù)位狀態(tài)；住段時(shí)間內(nèi)讓CPU保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止CPU兼容性能。4.2 A/D轉(zhuǎn)換電路為了完成A/D轉(zhuǎn)換功能，我選擇的是ADC0832轉(zhuǎn)換器,ADC0832 是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC0832 可使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們單片機(jī)技術(shù)水平的提高。4.2.1 ADC0832功能介紹：芯片接口說明：CS_片選使能，低電平芯片使能。CH0 模擬輸入通道0，或作為

13、IN+/-使用。CH1 模擬輸入通道1，或作為IN+/-使用。GND 芯片參考0 電位（地）。 DI 數(shù)據(jù)信號(hào)輸入，選擇通道控制。DO 數(shù)據(jù)信號(hào)輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。CLK 芯片時(shí)鐘輸入。Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。ADC0832 為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在05V之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選

14、擇。ADC0832如下圖所示：圖4-5 ADC08324.3 D/A轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換電路我選擇的是DAC0808， DAC0808是8位數(shù)模轉(zhuǎn)換集成芯片，電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為150ns,驅(qū)動(dòng)電壓±5V,33mW。DAC0808可以直接和TTL,DTL和CMOS邏輯電平相兼容。圖4-6 DAC0808芯片圖4.3.1 DAC0808功能A1A8:8位并行數(shù)據(jù)輸入端（A1為最高位，A8為最低位）VREF():正向參考電壓（需要加電阻）VREF()：負(fù)向參考電壓，接地IOUT:電流輸出端VEE:負(fù)電壓輸入端COMP：compensation（補(bǔ)償），補(bǔ)償端，與VEE之間接電容（R14=5

15、k時(shí)，（R14為14引腳的外接電阻)，一般為0.1uF，電容必須隨著R14的增加而適當(dāng)增加）GND：接地端，VCC：電源端，在proteus中都已隱藏4.4顯示器顯示器我選擇LM016L，這是字符型液晶顯示器，它顯示質(zhì)量高，用數(shù)字式接口，體積小，重量輕，功耗低，重點(diǎn)是它編程容易。圖4-7 LCD顯示器4.4.1LM016L引腳說明VSS:一般接地。VDD:接電源（+5V）。V0：液晶顯示器對(duì)比調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。RS: RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。

16、R/W: R/W為讀寫信號(hào)線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作E :E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。DB0:底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）DB2: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位DB3: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位DB4: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位DB5: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位DB6: 底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位DB7: 高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）BLA: 背光電源正極BLK: 背光 電源負(fù)極4.5 總電路圖4-8 電路原理仿真5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)開5.1 主程序框圖初始

17、化LCD初始化A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器傳入數(shù)據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器傳出數(shù)據(jù)LCD展示傳入數(shù)據(jù)結(jié)束圖5-1 主程序框圖5.2數(shù)據(jù)程序框圖開接受A/D傳入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是否有效 否 是輸出到D/ALCD顯示結(jié)束圖5-2數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換框圖開5.3顯示程序框圖接受A/D數(shù)據(jù)計(jì)算個(gè)位數(shù)值，送入顯示器計(jì)算小數(shù)點(diǎn)后一位數(shù)值，送入顯示器計(jì)算小數(shù)點(diǎn)后兩位數(shù)，送入顯示器結(jié)束圖5-3 顯示程序框圖6 總結(jié)通過這次課程設(shè)計(jì)，讓我更加深刻了解課本知識(shí)，和以往對(duì)知識(shí)的疏忽得以補(bǔ)充，對(duì)于各個(gè)芯片的了解不夠充分，經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)之后，使得自己對(duì)于所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次綜合性的整理，通過查閱相關(guān)資料，不僅學(xué)習(xí)了更多的知識(shí)，也提高了自己的實(shí)踐能力。明

18、白了單片機(jī)的各種原理及芯片的選擇技巧。為未來的學(xué)習(xí)生活做了鋪墊。在做課設(shè)過程中，我總結(jié)了一下幾點(diǎn)：（1）課程設(shè)計(jì)過程中遇到問題是正常的,我們應(yīng)積極尋找解決問題的辦法，并分析清楚產(chǎn)生問題的原因,以防下次再遇到同樣的問題.（2）認(rèn)真審題，不盲目設(shè)計(jì)，理解課程設(shè)計(jì)的方向，做到完成課題又能鍛煉自己的能力。 （3）課程設(shè)計(jì)可分塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，而后再組合到一起完成整個(gè)的設(shè)計(jì)。 （4）自己完成了整個(gè)課程設(shè)計(jì)之后，熟悉了課程設(shè)計(jì)的過程。課程設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計(jì)使我們了解到一些實(shí)際與理論之間的差異。通過課程設(shè)計(jì)不僅可以鞏固專業(yè)知識(shí)，為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用資料，運(yùn)用工具書的能力，把我們所學(xué)的課本知識(shí)與實(shí)踐結(jié)