计算机控制系统课程设计报告

课 程 设 计 报 告学 生 姓 名 : 邱博 学 号： 2013307010326学 院 : 自动化工程学院班 级 : 自动 133题 目 : 计算机控制系统指导教师：赵波，姜文娟 职称: 副教授 2016 年 6 月 27 日目录1 题目背景与意义 .12 设计题目介绍 .12.1 设计要求 .12.2 设计意义 .13 系统总体框架 .23.1 系统设计思路 .23.2 系统框架 .24 系统硬件设计 .24.1 单片机部分 .24.1.1 单片机引脚介绍 .34.1.2 单片机的最小实现 .44.2 A/D 转换电路 .54.2.1 芯片选择 .54.2.2 电路连接 .54.3 D/A 转换电路 .64.4 模拟信号输入通道 .84.5 键盘模块 .94.6 数码管显示电路 .1014.6 报警电路 .105 系统软件设计 .125.1 主程序框图 .125.2 键盘控制程序框图 .135.3 数据转换程序框图 .135.4 显示程序框图 .155 结论 .16参考文献 .1721 题目背景与意义在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。它们要由传感器转换成电压信号，再经 A/D 转换器变换成计算机能够处理的信号。同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过 D/A 转换器变换成外设能接受的模拟信号。本次计算机控制系统课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个基于 51 单片机，A/D 和 D/A 多种资源应用并具有综合功能的小系统的设计与编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及 A/D 和 D/A 功能的实现。2 设计题目介绍2.1 设计要求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。标准电压/电流信号定为：05V/420mA (020mA)。2.2 设计意义了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。33 系统总体框架3.1 系统设计思路根据题目要求寻找满足设计要求的芯片，定下具体框架，从题目可知其主要由三部分构成。首先是输入通道由 A/D 转换装置，其次为单片机部分，第三部分是输出通道即 D/A 转换装置。除主要部分外为了让装置具有更完善的功能，选用键盘显示报警等。3.2 系统框架系统框架如图 1 所示。AT89C51报警模块 显示模块A/D 转换模块键盘模块D/A 转换模块模拟量输出模拟量输入图 14 系统硬件设计4.1 单片机部分本次课设选取 AT89C51 为主控制器，AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储4器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容。AT89C51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高并且价廉的方案。4.1.1 单片机引脚介绍1、P0 口 有三个功能：（1）外部扩充存储器时，当作数据总线（D0-D7） 。（2）外部扩充存储器时，当作地址总线（A1-A7） 。（3）不扩充时，可做一般 I/O 口使用，但内部没有上拉电阻，作为输入或输出 时应在外部接上拉电阻。2、P1 口 只做 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。3、P2 口 有两个功能：（1）扩充外部存储器时，当作地址总线（A8-A15）使用。（2）做一般 I/O 口使用，其内部有上拉电阻。4、 P3.0-P3.7 统称为 P3 口。除作为准双向 I/O 口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且 P3 口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断）P3.3/INT1（外部中断）P3.4T0（TIMER0 的外部输入脚）P3.5T1（TIMER1 的外部输入脚）P3.6/WR（外部数据存储器的写入控制信号）P3.7/RD（外部数据存储器的读取控制信号）5、EA/VPP（1）接高电平时：a、CPU 读取内部程序存储器（ROM） 。b、扩充外部 ROM：当读取内部程序存储器超过某一值时，自动读取外部5ROM。（2）接低电平时：CPU 读取外部程序存储器（ROM ） 。4.1.2 单片机的最小实现1）单片机最小系统复位电路的极性电容 C2 的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用 1030uF，51 单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。2）51 单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。3）51 单片机最小系统起振电容 C1、C3 一般采用 1533pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。具体电路图如图 2 所示。6图 24.2 A/D 转换电路4.2.1 芯片选择为了简化电路，这里我们选用 ADC0831 芯片进行模数转换处理。ADC8031 为 8 位模数转换器，只有 6 支接脚，具有一组电压输入，透过 AD 转换成 8 位元数位值，微控制器读取转换结果，操作非常方便。7图 34.2.2 电路连接图 484.3 D/A 转换电路D/A 转换电路采用 DAC0832 进行数模转换。DAC0832 是 8 位 D/A 转换器，它采用 CMOS 工艺制作，具有双缓冲器输入结构。其引脚图如图 5 所示。图 51）0832 引脚功能DAC0832 是 20 引脚的双列直插式芯片。各引脚的特性如下： CS片选信号，和允许锁存信号 ILE 组合来决定 是否起作用。 ILE允许锁存信号。 WR1写信号 1，作为第一级锁存信号，将输入资料锁存到输入寄存器（此时， 必须和 、ILE 同时有效） 。 WR2写信号 2，将锁