计算机控制系统课程设计-基于计算机的多路数据采集.doc

陕西理工学院 电气工程学院 自控081班 陈波 陕西理工学院 课程设计实验报告 课 程：计算机控制系统 题 目：基于计算机的多路数据采集 院 系：电气工程学院 班 级：自控081 学 号： 姓 名： 指导老师： 时 间：2011.11.21-2011.12.9 前 言随着现代化工业生产过程的复杂性与集成度的提高，计算机控制系统得到了迅速的发展。计算机控制系统是自动化控制系统发展中的高级阶段，是自动控制系统中非常重要的一个分支。计算机控制系统利用计算机的软件和硬件代替自动控制系统中的控制器，以自动控制理论和计算机技术为基础，综合了计算机、自动控制和生产过程等多方面的知识。由于计算机控制系统的应用，许多传统的控制结构和方法被替代，工厂的信息利用率大大提高，控制质量更趋稳定，对改善人们的劳动条件起着重要作用。因此，我们在正常的教学任务中抽出三周的时间来完成计算机控制系统的课程设计是非常必要的。 计算机控制系统课程设计是针对模拟电子技术，数字逻辑电路，电路，单片机的原理及应用课程的要求，对我们进行综合性实践训练的实践学习环节，它包括选择课设任务、软件设计，硬件设计，调试和编写课设报告等实践内容。通过此次课程设计实现以下三个目标:第一，让学生初步掌握计算机控制系统课程的试验、设计方法，即学生根据设计要求和性能约束，查阅文献资料，收集、分析类似的相关题目，并通过元器件的组装调试等实践环节，使最终硬件电路达到题目要求的性能指标；第二，课程设计为后续的毕业设计打好基础，毕业设计是系统的工程设计实践，而课程设计的着眼点是让学生开始从理论学习的轨道上逐渐引向实际运用，从已学过的定性分析、定量计算的方法，逐步掌握工程设计的步骤和方法，了解科学实验的程序和实施方法。第三，培养学生勤于思考乐于动手的习惯，同时通过设计并制作单片机类产品，使学生能够自己不断地学习接受新知识，通过多人的合作解决现实中存在的问题，从而不断地增强学生在该方面的自信心及兴趣，也提高了学生的动手能力，对学生以后步入社会参加工作打下一定良好的实践基础。 任务书 一任务及要求： 设计并制作一个多路数据采集显示系统。实现功能如下： 1. 所设计实验装置以MCS-51系列单片机为核心器件，组成一个多路数据采集显示系统。 2. 所设计实验装置运用数码管进行显示。 3. 所设计实验装置能够进行AD转换。 4. 所设计实验装置能够进行多路数据分时显示功能。 5. 所设计实验装置运用ADC0809进行外部模拟信号的采集。 目录 1方案论证51.1整体设计思路51.1.1数据采集显示系统软件设计主流程图51.1.2元器件的选取61.1.3系统最终设计方案61.2整体电路设计71.2.1硬件电路框图71.2.2硬件电路概述71.3主要单元电路的设计71.3.1单片机主控模块71.3.2数据采集模块：81.3.3数据显示模块91.3.4硬件电路的安装与调试92系统的软件程序及硬件总图102.1软件程序如下102.2硬件电路图如下153总结与体会16附录一 实物图17附录二 系统电路所用元器件引脚图及其功能：18附录三 元器件清单21附录四 参考文献 221方案论证1.1整体设计思路1.1.1温度计软件设计主流程图 单片机处理数据将数据转换成BCD码启动AD转换读取AD转换数据调用数码管显示显示子程序发AD转换命令检测AD地址端单片机初始化开始 1.1.2元器件的选取单片机芯片的选取： AT89C51是一款采用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的单片机，其主要性能特点有： （1）高性能、低功耗的8Byte微控制器，RISC精简指令集机构，指令功能强大，且多数为单周期指令，具有低功耗的闲置和掉电控制模式、5个中断源、两个16位定时器/计数器等功能。 （2）片内集成4KB可编程闪烁存储器，可进行1000次以上写/擦循环操作，数据保留时间可达10年,支持三级程序存储器锁定。 （3）丰富强大的外部接口性能：32可编程I/O线，可编程串行通道，片内振荡器和时钟电路。 所以，本课设中单片机芯片采用AT89C51，但由于AT89C52与AT89C52完全兼容且易烧录，故在本课设中我们最终选用AT89C52。 采集信息的方案及显示系统： 方案二： 采用NS公司生产的8路8位A/D转换器件ADC0809作为本次课程设计的主要采集信息方式，ADC08098位逐次逼近型A/D转换器是一种非常经典的单片CMOS器件，分辨率为8位，单一5V供电，模拟输入范围为0-5V，具有所存控制的8路模拟开关等优点。综上所述：采集方案选取ADC0809作为本次的AD采集器件。动态显示模块选取一块四位一体的共阴LED显示器。本课设中选取型号为SM420564的显示器。1.1.3系统最终设计方案综上各方案所述,对此次课设的方案选定: 采用AT89C52作为主控制系统;一块四位一体共阴LED显示器SM420564作为温度数据显示装置;而由NS公司生产的8路8位A/D转换器件ADC0809作为采集信息电路主要组成部分。至此，系统最终方案确定。1.2整体电路设计 1.2.1硬件电路框图 单片机芯片AT89C52复位电路晶振控制4位LED显示器数据采集电路电源电路1.2.2硬件电路概述 本电路是由AT89C52单片机为控制核心，具有与MCS-51系列单片机完全兼容等功能；显示电路由一块4位一体的共阴LED显示器提供，取其中后2位作为所读取的外界电压的个位，十分位显示，该器件较之单个LED显示器具有引脚个数少，便于连线，出错机率低，查找方便等优点；采集电路主要由ADC0809器件构成，该器件主要功能有：8位的模数转换器、8通道多路转换器和微处理器或微控制器兼容的控制逻辑，8通道多路转换器能直接连通8路单极性模拟信号中的任何一个。1.3主要单元电路的设计 1.3.1单片机主控模块单片机的最小系统如下图所示18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出.第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻构成上电复位电路,20引脚为接地端，40引脚为电源端. 主控电路如下：1.3.2AD采集模块：采用NS公司生产的ADC0809转换器对8路模拟电压信号进行转换。1.3.3数据显示模块 采用一片4位一体共阴LED显示器。本课程设计中，显示器型号选取SM420564。在采用动态扫描方式时，要使得LED显示的比较均匀，又有足够的亮度，需要设置适当的扫描频率，根据课设任务所要求的功能确定。显示电路如下： 其中：ADP管脚与P0口的P0.0P0.7相连。1.3.4硬件电路的安装与调试电路的安装与调试是我们这次课程设计的主要任务之一，也是整个过程的最难阶段。在整个过程中，开始的时候我和我们组的组员们都信心百倍，一切进展顺利，直到硬件连接完毕接上5V电源时，第一个问题摆在我们面前，显示器示数存在却不发生变化，甚至在外界温度变化比较大时也一样，开始我们怀疑是硬件连线有问题，可是经过反复检查，并不断对照资料上各个元器件管脚图及其相应功能，并没发现连线方面的错误。之后，有的组员怀疑是程序有问题，可是也有的组员提出系统仿真并没有出现类似问题，所以不应该是这样。最后经过讨论，我们一致决定检查程序。因为软件为硬件服务，硬件出现了问题，也不能完全说程序一定正确。可是经过重新确认，检查程序漏洞，并没有发现任何错误，大家开始感觉有点烦了，不过好在大家的信心并没有丧失，我们开始查找资料而且向身边的同学虚心求教，最终我们把目标锁定在器件显示器SM420564上，可能存在问题。经过软件程序的单独处理，我们得出最终结论，我们所领取的元器件SM420564是共阳极的。因此我们对程序进行了修改，发现一切运行正常，经过测试各方面的性能，而且反复检查了几遍，一致认定硬件电路的性能完全符合我们的任务要求指标。直到这时，大家才松了一口气，每个人都很兴奋，完全没有了之前的烦闷。至此，装调工作结束。2系统的软件程序及硬件总图2.1软件程序如下#include #define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar num,num1,flag=0,date;uchar code LEDData=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;sbit OE = P10;sbit EOC = P11;sbit ST = P12;sbit CLK = P13;sbit ADC=P16;sbit ADB=P15;sbit ADA=P14;void DelayMS(uint ms) uchar i;while(ms-) for(i=0;i0) P2=0xff;P0=0x80|LEDDatadate/100;P2=0xfb;DelayMS(2);P2=0xff;P0=LEDDatadate%100/10;P2=0xf7;DelayMS(1);P2=0xff;P0=LEDDatanum;P2=0xfe;DelayMS(1);P2=0xff; void main() TMOD=0x11;TH0=(65536-200)/256;TL0=(65536-200)%256;TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;EA=1;TR0=1;TR1=1;ET0=1;ET1=1;while(1)if(flag=1)switch (num)case 1: ADC=0;ADB=0;ADA=0;break;case 2: ADC=0;ADB=0;ADA=1;break;case 3: ADC=0;ADB=1;ADA=0;break;case 4: ADC=0;ADB=1;ADA=1;break;case 5: ADC=1;ADB=0;ADA=0;break;case 6: ADC=1;ADB=0;ADA=1;break;case 7: ADC=1;ADB=1;ADA=0;break;case 8: ADC=1;ADB=1;ADA=1;break; ST=0;ST=1;ST=0;while(EOC=0)Display_Result();OE=1;date=P3;OE=0;Display_Result();void Timer0_() interrupt 1TH0=(65536-200)/256;TL0=(65536-200)%256; CLK=!CLK;void Timer1_() interrupt 3TH1=(65536-50000)/256;TL1=(65536-50000)%256;num1+;if(num1=20)num1=0;num+;if(num=9)num=1;flag=1;2.2硬件电路图如下3总结与体会 2011.12.212011.12.9，我们进行了为期三周的课程设计。在这三周里我们进行了计算机控制系统的课程设计。这里主要说明下我们在程序调试和硬件组装方面遇到的问题。在为期三周的时间里，我们一组三人按照老师的部署和安排，在课设过程中，互相帮助，相互团结，群策群力，一起为课设进程献计献策，尽可能高速，高效地完成此次课设任务。在课设过程中，我们不仅巩固了平时所学习的单片机知识，而且通过不断查阅相关资料，学习新的知识，可以说，通过这次计算机控制系统的的实践学习，我们学到了很多，而且对单片机的有关知识以及其在现实生活中的多方面应用有了更深层次的认识，这对于我们以后的学习和步入社会后参加工作都有很大的帮助。在此次课程设计的进程中，我们遇到了很多问题，例如，一开始我们在确定课设题目后，在编写程序时，由于思路不太清晰，而且设计要求中需要使用到ADC0809，而其相关知识我们很模糊甚至可以说一无所知，不过后来，我们通过查找一些相关的资料书以及寻求辅导老师的帮助，又经过我们的主动思考，理清思路，终于将程序修改正确。在仿真时，由于我们有了之前的数模电课设仿真经验，所以此时我们课设进行的很顺利，并没有受到什么大的阻碍。之后，我们得到老师肯定，开始连接元器件实物，同时也出现了此次课设过程中的最大困难，显示器出现示数，但是比较混乱而且在外界数据发生变化时其显示并不发生变化，经过我们的反复检查，最终我们发现了根源，是模拟信号采集传感器ADC 0809出现了问题，经过改正调试，我们的硬件电路也圆满完成。通过此次课设，我们明白了很多，理论指导实践，但是理论也需要实践给予证明，不能盲目的相信书本，凡事都要通过自己的思考推敲，否则自己不会取的大的进步。而且在平时的学习生活中应该多和周围的同学相互学习，交流经验，遇到不会的东西时，切忌焦躁，首先要经过自己的独立思考，有了一定想法后，可以去查找相关的资料书刊或者找同学讨论，如果实在解释不了，再去找辅导老师，在这个遇到问题解决问题的过程中，不断加强自我的动脑能力，进而去指导动手能力，也只有这样，在思路清晰，条理顺畅的时候，再去进行软件编写和硬件操作工作，才有可能起到事半功倍的效果。 致谢：首先要感谢学校给予了我们这么好的一次实践机会，并为我们提供了良好的课设环境和丰富的元器件资源；其次我们还要感谢我们的指导老师曹立学老师，在我们的整个课设过程中，他给我们提供了很大的帮助，解决了很多实际存在的问题；最后还要感谢帮助过我们的同学们，在我们遇到困难的时候，他们提出了很多建设性的建议和意见，为我们的课设进程高效完成起到了一定的促进作用；当然还要感谢我的搭档们，是他们的大力配合和通力合作，才使得我们的课设取得了圆满成功。在这里，我向那些帮助过我们的老师和同学，深深鞠躬，以表谢意。附录一附录二 系统电路所用元器件引脚图及其功能：（1）单片机芯片AT89S52引脚图及各引脚功能：AT89C52引脚图AT89C52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS -51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 AT89C52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个 全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89C52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断 系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RA