单片机数据采集和控制系统的设计毕业论文.doc

本科毕业设计说明书（论文）第Ⅰ页共Ⅰ页目录1引言I11单片机的发展概况212单片机的应用系统概述32各个器件及工作原理521AT89S51522A/D转换器AD574723D/A转换器DAC12101024继电器隔离1125通讯接口1126CAN总线12278279芯片1328液晶显示原理1429键盘接口163硬件设计1931A/D转换模块2032D/A转换模块2133通讯模块2134显示模块2235电源模块2336键盘设计模块234软件设计2541主程序流程图2542通讯端口流程图2643A/D转换流程图2744D/A转换流程图2745I/O端口流程图28结论29致谢30参考文献31附录A32附录B33本科毕业设计说明书（论文）第2页共39页1引言单片机是微型计算机的一个重要分支,它被广泛应用于工业控制、数据采集以及仪器仪表等众多领域。近几年来，随着各种高性能、高集成度、低成本的新型单片机的出现以及嵌入式系统的兴起，单片机应用领域不断扩大。除了工业控制外、民用娱乐、消费性产品上也随处可见单片机的身影。本设计主要以单片机AT89C51芯片为控制核心和数据采集电路、LED数码管显示电路以及供电系统四大部分构成数据采集和显示功能。当有模拟信号输入时，单片机控制A/D转换器，把要输入的模拟信号转换为相应的数字信号存入到单片的内存中，在控制LCD显示驱动器把内存中的数字信号显示出来。通过键盘来改变LCD中显示的数据，把改变的数据通过控制D/A转换器输出成相应的模拟信号。应用通讯端口（RS232、RS422、RS485）完成与其他控制器之间的数据通讯。11单片机的发展概况从诞生至今，单片机的发展已经经历了4个阶段，今后单片机的发展主要应该体现在以下几个方面。（1）更高的集成度高集成度意味着开发难度、开发成本的降低。近几年来各个单片机生产厂家都推出了许多集成了各种外围器件的增强型单片机，如CYGNAL的C8051F系列，其中集成了看门狗、ⅡC总线、12位A/D、10位D/A等，对于一般的系统来说，基本上不用再进行外围扩展，而且其价格也比这些外围器件的价格总和要低得多，大大降低了开发难度和成本。（2）更快的运算能力虽然单片机是面向控制和采集的，对计算能力的要求并不高，但是更好的运算速度和精度将意味着控制的更为精确。此外，一些需要大数据量计算的产品的出现也要求单片机需具有较高的运算能力。（3）降低功耗和价格，更好的稳定性在很多应用场合应用系统对功耗和稳定性的要求是非常高的。因此，许多厂商在这个方面动了很多脑筋，比如采用CMOS技术、空闲掉电的方法来节电等，本科毕业设计说明书（论文）第3页共39页而价格则是设计者在选择阶段重点考虑的音素。无疑，在性能接近的条件下价格将会起主导作用。近几年来，单片机技术的发展、制造工艺的成熟使单片机价格下降成为可能。12单片机的应用系统概述单片机系统是一个相当复杂的系统，需要设计者对软/硬件设计都非常了解。硬件设计方面一般需要设计者考虑器件选择，单片机外围接口电路、驱动电路的设计等问题；软件方面则需要设计者根据硬件结构来完成相应的功能设计。此外，由于系统的环境对单片机系统的影响很大，在系统设计的过程中还需要再软/硬件上考虑系统的可靠性、抗干扰性和体积大小等问题。一般来说一个单片机应用系统的设计应该分为以下几步。（1）总体设计主要是确定系统的功能，研究系统的可行性，估计系统成本，确定系统的整体方案。如果系统比较庞大，则需要划分功能模块，确认各个模块的功能目标，相互间的接口等问题。（2）硬件设计在确定了整体方案的基础上，根据方案中对系统和功能的要求，进行器件的选型，然后设计单片机外围器件的接口、驱动电路，画出原理图并进行验证，还需要考虑硬件上抗干扰、功耗等问题。最后设计PCB板。（3）软件设计软件是系统的灵魂。此部分可以在硬件设计的后期与硬件设计同步进行。软件设计的目标是根据硬件的结构设计出相应的功能程序，并在硬件平台上进行功能测试，根据测试结果进行进一步的修改。（4）全系统整体测试在软/硬件设计完成，必须进行全系统整体测试，测试系统功能是否完备，硬件设计整体是否合理。此外，应该对系统整体在相应环境下的稳定性、抗干扰性进行测试。测试完成后进行烧片，并考虑产品化问题。（5）系统功能扩展、升级、完善。在系统设计时还需考虑到今后产品的更新问题，可能的话应该保留升级的接口，做好今后升级的准备。一个常规的单片机应用系统一般包括以下3个子系统。（1）人机交互系统一般来说，单片机应用系统都需要和人进行对话人需要了解应用系统的行本科毕业设计说明书（论文）第4页共39页为进行干预；系统也需要把数据和状态给人显示。一般的人机交互系统有输入设备，如键盘、拨码开关等；输出设备，如数码管、LCD等。此外，还包括人、机间的通信手段串行通信、USB总线等。（2）前向通道系统前向通道系统指单片机应用系统中将被测对象需测量的外部信息转换为单片机可以处理的内部信息的子系统。可以说，前向通道系统是整个系统的信息传入部分，没有这部分，整个系统就像没感觉的人一样，对外界的信号毫无反应。在测量系统中，前向通道系统就是整个系统的核心部分；在测控系统中，前向通道系统就是控制的必要环节。一般前向通道系统中包括各种传感器、信号调理电路以及信号转换等。（3）后向通道系统后向通道系统是指单片机应用系统中将单片机输出的控制信息转换为被控对象可以利用的控制信号的子系统。一般的后向通道系统中都存在着弱电控制强电，或者以小功率控制大功率。因此后向通道系统包括各种功率接口器件和各种驱动电路，有的系统中还需要有信号转换等。一个完整的单片机应用系统一般都是由上面3个子系统组合而成的。当然，根据应用系统的功能要求不同，在子系统配置上的侧重会有所不同。例如，在单纯的测量系统中就基本不需要后向通道系统，只要有前向通道系统加上人机交互系统就可以了；而对于一些人工控制的系统就不需要前向通道系统了。具体怎么配置都必须根据系统功能要求，在系统整体设计时确定。