课程设计--机务段设备管理信息系统.docx

目录一、概述11.1 组成11.2 系统设计要求11.3 任务要求2二、传感器的选用22.1 铂电阻pt10022.2 信号调理电路2三、硬件系统的设计33.1单片机at89c51的性能及特点33.2扩展芯片（2764和6264）的性能及特点43.3地址锁存器选择53.4 开关量的输入设计73.5 脉冲量的输入设计73.6max232实现串行通信8四软件设计94.1主程序94.2 模拟量采集程序94.3开关量采集程序104.4 脉冲量采集程序114.5 a/d转换程序及键盘显示程序11五、小结15参考文献1616一、概述机务段现有的检修设备中，多数设备的电气控制和监控器繁琐，不能有效地堆显示和控制设备进行精确地操作，而且大多数设备没有联网。“机务段设备管理信息系统”使用的各种检修设备进行信息化改造，对所有检修数据进行处理并发送上网，做到无纸化作业，保证了检修数据的科学性和可靠性，并实现了数据共享。改系统对于实机务段的科学管理、保证检修质量、降低检修成本都起到了关键的作用。1.1 组成设备数据采集部分要求采集的数据分三类：1.开关量的检测（8 路）；2.脉冲量的检测（1 路）；3.模拟量的检测（8 路）。信号采集板包括cpu、rs485通讯网络接口、rs232c通讯接口等，如图1-1所示。信号采集板获得开关量和经过标准化处理的传感器信号，进行信号采集，并进行数学处理，然后进行图文显示、储存和网络通讯。rs232c通讯接口与有 rs232c通讯协议的lcd液晶汉字图形显示器通讯。 图1.1 设备数据采集通讯显示装置主板的组成框图1.2 系统设计要求选用熟悉的单片机型号，组成测试，通讯系统；扩展数据存储设备，用于存储检测量，中间计算结果；选用开关量输入接口（8 路）；选用不低于十位的a/d转换器用于模拟量的测量（8路）；脉冲量的输入根据系统资源情况决定。1.3 任务要求1.进行总体设计，明确各接口设备的地址；2.画出系统线路图，打印图并交电子文件；3.编写数据采集、转换程序（明确各类数据存储地址各子程序功能，处、入口参数）；4.在介绍总体系统的基础上着重说明本部分的设计思想、器件的选用、采样程序说明。 二、传感器的选用2.1 铂电阻pt100电阻式温度传感器 (rtd,resistance temperature detector)是一种物质材料做成的电阻,它会随温度的上升而改变电阻值,如果它随温度的上升而电阻值也跟着上升就称为正电阻系数,如果它随温度的上升而电阻值反而下降就称为负电阻系数。大部分电阻式温度传感器是以金属做成的,其中以白金(pt)做成的电阻式温度传感器,最为稳定，耐酸碱、不会变质、相当线性.,被工业界采用。 pt100温度传感器是一种以白金(pt)做成的电阻式温度传感器,属于正电阻系数, 在0630.750温度范围内，pt100的温度-电阻特性： rt = r0（1+at+bt ）式中：a=3.96847 x 10-3 /； b=-5.847 x 10-7 /； rt为在温度t下的电阻值；r0为在0时的电阻值。基于以上的分析，故该设计采用性能稳定、抗氧化性能强和测量精度高的pt100铂电阻，来实现对工业现场测点较为准确的测温。2.2 信号调理电路所谓信号调理就是将传感器（或变速器）所输出的电信号进行放大、隔离、滤波等，以便数据采集模块实现对数据的采集。其中传感器是将被测量（通常为非电量）转换成电信号的信号转换元件，然而由于传感器的电气特性，其产生的电信号一般不可能直接接入至pc，必须进行调理才能被数据采集设备精确、可靠的采集。一般而言，信号调理是基于pc机的通用数据采集系统不可或缺的组成部分。 图1.2 0500温度测量电路三、硬件系统的设计3.1单片机at89c51的性能及特点at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。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。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。at89c51的逻辑电路如图3.1所示。1主要特性：与mcs-51 兼容4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年 全静态工作：0hz-24hz三级程序存储器锁定 128*8位内部ram 两个16位定时器/计数器 可编程串行通道 图3.1 at89c51的逻辑电 5个中断源 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 2管脚说明： vcc：供电电压。gnd：接地。 p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。 p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。 p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下所示：p3.0 rxd（串行输入口）p3.1 txd（串行输出口）p3.2 /int0（外部中断0）p3.3 /int1（外部中断1）p3.4 t0（记时器0外部输入）p3.5 t1（记时器1外部输入）p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。3.2扩展芯片（2764和6264）的性能及特点读方式是 2764a 通常使用的方式，此时两个电源引脚vcc 和vpp 都接至+5 v，pgm接至高电平，当从2764a的某个单元读数据时，先通过地址引脚接收来自cpu的地址信号， 然后使控制信号和ce、oe 都有效，于是经过一个时间间隔，指定单元的内容即可读到数据总线上。下图3.2是2764rom电路连接原理图。图3.2 2764连接原理图6264的容量为8kb，是28引脚双列直插式芯片，采用cmos工艺制造。a12a0（address inputs）：地址线，可寻址8kb的存储空间。d7d0（data bus）：数据线，双向，三态（output enable）：读出允许信号，输入，低电平有效。（write enable）：写允许信号，输入，低电平有效。（chip enable）：片选信号1，输入，在读/写方式时为低电平。ce2（chip enable）：片选信号2，输入，在读/写方式时为高电平。vcc：+5v工作电压。gnd：信号地。 3.3地址锁存器选择选用74ls373锁存器，373 的输出端 o0o7 可直接与总线相连。当三态允许控制端oe 为低电平时，o0o7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 oe 为高电平时，o0o7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 le 为高电平时，o 随数据 d 而变。当 le 为低电平时，o 被锁存在已建立的数据电平。当 le 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mv。图3.3 74ls373 管脚图引出端符号：d0d7 数据输入端oe 三态允许控制端（低电平有效）le 锁存允许端o0o7 输出端3.3 a/d 转换器选择ad574a是美国模拟数字公司（analog）推出的单片高速12位逐次比较型a/d转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的a/d转换器，其主要功能特性如下： 分辨率：12位非线性误差：小于1/2lbs或1lbs转换速率：25us模拟电压输入范围：010v和020v，05v和010v两档四种电源电压：15v和5v数据输出格式：12位/8位芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式ad574a的引脚说明： 图3.4 ad574a 引脚图ad574a的接口电路下图3.5是8051单片机与ad574a的接口电路，其中还使用了三态锁存器74ls373和74ls00与非门电路，逻辑控制信号由(、和a0)有8051的数据口p0发出，并由三态锁存器74ls373锁存到输出端q0、q1和q2上，用于控制ad574a的工作过程。ad转换器的数据输出也通过p0数据总线连至8051，由于我们只使用了8位数据口，12位数据分两次读进8051，所以接地。当8051的p3.0查询到sts端转换结束信号后，先将转换后的12位a/d数据的高8位读进8051，然后再将低4位读进8051。这里不管ad574a是处在启动、转换和输出结果，使能端ce都必须为1，因此将8051的写控制线和读控制线通过与非门74ls00与ad574a的使能端ce相连。图3.5 8051单片机与ad574a的接口电路图3.4 开关量的输入设计对开关量的采集电路相对比较简单，因为开关量的状态只有0和两种，所以只要用一个单片机的并口就可以了，这里用的是p1口。 3.5 脉冲量的输入设计脉冲量经光电耦合器去除干扰后送入at89c51单片机。脉冲量的输入电路如图3.6所示：图3.6 脉冲量的输入电 3.6max232实现串行通信此本系统采用美国电子工业协会eia制定的串行总线的物理接口标准rs-232-c，其逻辑电平对地是对称的，采用负逻辑。完全与ttimos电平不同。逻辑0电平规定为+5v+15v之间，逻辑1规定为-5v-15v之间，因此rs -232c驱动器与tiz,电平连接必须经过电平转换。该标准最大传输率是20kb/s，最大传输距离为1 s/m。此本系统采用max232芯片进行rs-232-c和ttl之间的电平转换。max232线路驱动器接收器适用于噪声严重环境下的rs-232通信，它有2个驱动器和2个接收器，每个发送器的输入和接收器的输入无需封闭均可抗士15kv的静电放电冲击。通讯电路。其“r1 out”和“t l in”分别接在at89c51的rxd和txd脚上。图3.7 max232的接线图 图3.7 max232的接线图。四软件设计4.1主程序 org 0000hajmp mainorg 1000hmain: nop nop nop nop mov 03h,#00h mov 04h, #00h mov 05h,#00hkglpd: jb 03h, cjkgl sjmp kglpdmclpd: jb 04h, cjmcl sjmp mclpdmnlpd: jb 05h, cjmnl sjmp mnlpd开始系统初始化采集模拟量采集完否？ny采集开关量采集完否？ny采集脉冲量采集完否？nny结束y图4.1 主程序流程图4.2 模拟量采集程序8路的模拟量采集系统，由单片机at89c51，8路模拟开关dg508、模数转换器ad1674完成数据的采集及转换。模拟量的采集流程图如图4-2所示。y启动a/d（=r/=0,ce=1）读sts状态转换结果允许输出（=0,ce=r/=0）通过8051p0口分别读出12位转换结果存入缓冲地址指针赋值置起始通道数开始nmov dptr, #0700movx dptr, asetb p3.3loop: jb p3.3 loopinc dptrmovx a, dptrmov 41h, ainc dptrinc dptrmovx a, dptranl a, #ofh mov 40h, a reti返回图4.2 模拟量的采集流程图4.3开关量采集程序开关量的采集流程图如图4-3所示：开始=0 74ls24工作？开关信号集返回yn图4. 3 开关量的采集流程图cjkgl: nop ;延时 clr ea ;关中断 mov dptr,#bf00h ；数据指针指向bf00h clr c ;计数器置0 movx a, dptr ;dptr所指地址中的数送a中 mov 03h, a ;a中的数放入内部ram中 rlc a ;循环左移， jc pdikg ;有进位则到pdikgpdikg: rlc a jc pdikg setb 03h ljmp pdikg 4.4 脉冲量采集程序由于脉冲量可以直接被单片机识别，所以不需要任何转换环节，仅需要进简单的隔离处理即可进入单片机。其处理程序如下，pausee0:jnb p3.2, pause0 ; 若=0,往下执行；pause1:jb p3.2,pause ; 若=1,不往下执行；ret ; 返回主程序执行下一条指令； 4.5 a/d转换程序及键盘显示程序 lcall delay setb p3.3d2: mov a,41h movc a+dptr mov p1,a clr p3.4 lcall delay setb p3.4d1: mov a,40h movc a,a+dptr mov p1,a clr p3.5 lcall delay steb p3.5 rettab: db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hdelay: mov r7,#3dd1: mov r6,#3dd2: djnz r6,dd2 djnz r7,dd1 ret end （1） a/d转换程序 org 0000h sjmp mainmain: mov a,#00h mov 40h,a mov 41h,a mov 42h,astart: lcall ad lcall disp sjmp startad: mov r0，#0fch movx r0，awai0： jb p2.3，wai0 inc r0 inc r0 movx a,r0 mov 30h,a retdisp: mov dptr,#tab mov a,30h anl a,#0f0h swap a mov 42h,a mov a,30h anl a,#0f0h mov 41h,a mov a,32h anl a,#0f0h swap a mov 40h,a d3: a,42h movc a,a+dptr mov p1,a clr p3.3（2） 键盘程序kst：mov dptr，#0040h mov a，#00h movx dptr,a mov dptr,#0041h movx a,dptr cpl a anl a,#0fh delay1: mov r0,#3 d1: mov r1,#255 djnz r1,$ djnz r0,d1 retdelay2: mov r0,#3 d2: mov r1,#128 djnz r1,$ djnz r0,d2 key1: acall ks1 jnz lk1 acall delay1 ajmp key1 jnz lk2 acall delay2 ajmp key1 lk4: mov dptr,#0041h mov a,r2 （3） 显示器程序dir: mov dptr,#0040h mov a,#4eh movx dptr,a mov r0，#disbuf mov r5，#0feh mov r4，#4dir1：mov a,#40h mov dptr,#0403h movx dptr,adir0: mov a,r0 mov dptr,#tab movc a,a+dptr mov dptr,#0402h movx dptr,a rl amov r5，alcall delay inc r0 djnz r4，dir0 ret delay: mov r7,#3delay1: mov r6,#255 djnz r6,$ djnz r7,delay1 ret tab: db 3fh, 06h, 5bh, 4fh db 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch db 39h, 5eh, 79h, 71h（4） pc机与单片机at89c51的串行通信初始化程序recive: mov a, sbufclr ri cjne a,#52h,re mov a,#59h mov sbuf,a sjmp endtrre: mov r1，a inc r1 sjmp endtrsend: mov a,r0 mov sbuf,a jnb ti,$ clr ti inc ti inc r0endtr: reti org 0000hajmp startorg 0023hljmp s&rorg 0100h start: mov tmod,#20h mov pcon,#00h mov tl1，#0fdh mov th1，#0fdh setb ea clr ti setb es mov scon,#50h sjmp $ s&r: movc ri jcreive sjmp se五、小结从前面的设计说明书中，我们得到了如何从进行数据采集和监控计算机通讯模块设计，然