单片机实验装置.doc

设计任务书 设计题目 设计题目 单片机实验装置 设计要求 设计要求 1 确定合理工艺方案 2 确定材料 3 在实验装置的设计中最好有创新 4 设计要全面阐述单片机实验装置的工作原理 5 内容丰富 文字精练 讲述详细 实用价值高 6 设计有效地体现出实用的特色 设计进度要求 设计进度要求 第一周 查阅 收集资料 第二周 主要部分的设计与理顺 选择芯片 第三周 采集数据 电路图 程序源等 第四周 论文的整体设计 第五周 校核 修改 上交论文 第六周 论文答辩 指导教师 签名 指导教师 签名 II 摘 要 本文论述了基于测控技术的高精度电流 电压测量与定标仪的硬件和监控软件 方案设计实现 采用 51 系列单片机 89C52 和四位半 AD7135 系统设计技术 能够 对电流电压进行数据采集和处理 本系统为使用者提供了 LED 显示模块 键盘控制 大容量存储器件 RS 232 串行接口 使得智能化程度更高 结构更紧凑 功能更丰富 关键词关键词 89C52 AD7135 RS 232 数据采集 III 目 录 摘 要 II 1 功能与设计方案 1 1 1 硬件设计方案 1 1 2 软件设计方案 2 2 硬件电路设计 3 2 1 89C52 端口介绍 3 2 2 LED 显示器及接口设计 9 2 3 A D 转换器件 7135 11 2 4 系统部分单元电路设计 14 3 软件设计 17 3 1 软件设计方案 17 3 2 软件调试 17 结 论 22 致 谢 23 参考文献 24 附 录 25 中文翻译 29 1 1 功能与设计方案 电流 电压测量是工业测量中很重要的部分 根据采用的测量元件和测量方法 的不同 其精度也不同 因而对数据采集 A D 转换 的精度也不同 对测量结果 的定标要到专业的计量部门才能进行 这样就给现场测量带来了很大的不便 我们 在电流 电压测量的研究和设计过程中查阅了大量的资料和成果 结合测控专业的 特点 提出了能实现电流 电压和电路故障报警的系统设计方案 1 11 1 硬件设计方案硬件设计方案 本单元采用 89C52 单片机和四位半 AD7135 系统设计技术对输出的模拟量进行数 据采集和处理 并为使用者提供了 LED 显示模块 键盘控制 大容量存储器件及蜂 鸣器报警装置 RS 232 串行接口电路 具有智能化程度高 结构更紧凑 功能丰富 技术继承性好等特点 该系统的粗略框图如图 1 1 所示 模拟量通过传感器经过信 号调理电路变为 0 5V 再由 A D 转换器变为数字信号后 送给单片机 EPROM 用于 存放程序和表格 RAM 用于暂存数据 8255 连接键盘 结构框图如下 图 1 1 实用电流电压数据采集系统的硬件结构 我们采用 89C52 单片机作为中央处理器 以 27256 作为外部程序存储器 从外 部 ROM 取址时 P0 口用作地址 数据分时复用总线 存储器的低 8 位地址 A0 A7 经其端口输出 ALE 的下降沿将其打入 74LS373 锁存器锁存 与高 7 位地址 经由 P2 0 P2 6 输出 形成对 32K 外部存储空间的寻址 2 1 21 2 软件设计方案软件设计方案 对于软件 本系统设计的要求是设计并实现有关的监控程序和演示程序 监控程序模块组成 1 系统初始化程序模块 2 键盘控制程序 3 A D 转换控制模块 4 LED 显示控制模块 5 内存检测程序 图 1 2 数据采集系统软件流程图 否 是 图 1 2 开始 系统初始化 是否按键 AD 数据采集 数据处理 显示 中断扫描 大小值设定 存储 退出 3 2 硬件电路设计 本单元采用 89C52 单片机和四位半 AD7135 系统设计技术对输出的模拟量进行数 据采集和处理 并为使用者提供了 LED 显示模块 键盘控制 大容量存储器件及蜂 鸣器报警装置 RS 232 串行接口电路 具有智能化程度高 结构更紧凑 功能丰富 技术继承性好等特点 该系统的粗略框图如图 1 1 所示 模拟量通过传感器经过信 号调理电路变为 0 5V 再由 A D 转换器变为数字信号后 送给单片机 EPROM 用于 存放程序和表格 RAM 用于暂存数据 8255 连接键盘 下面较详细地叙述系统各部 分 2 12 1 89C5289C52 端口介绍端口介绍 2 1 12 1 1 芯片的特点 芯片的特点 80C51 核心处理单元 1 片内 FLASH 程序存储器 2 速度可达成协议 33MHz 3 全静态操作 4 RAM 可扩展到 64K 字节 5 4 个中断优先级 6 6 个中断器 7 4 个 8 位 I O 口 8 全双工增强型 UART 帧数据错误检测 自动地址识别 9 电源控制模式 时钟可停止或恢复 空闲模式 掉电模式 10 可编程时钟输出 11 异步端口复位 12 双 DPTR 寄存器 13 低 EMI 禁止 ALE 14 3 个 16 位定时器 15 掉电模式可通过外部中断唤醒 1 P0 0 P0 7 P0 口是开漏双向口 可以写为 1 使其状态为悬浮 用作高阻输 4 入 P0 口也可以在访问外部程序存储器时作地址的低字节 在访问外部数据存储器 时作数据总线 此时通过内部强上拉传送 1 2 P1 0 P1 7 P1 口是内部上拉的双向 I O 口 向 P1 口写入 1 时 P1 口被内 部上拉为高电平 可用作输入口 当作为输入脚时 被外部拉低的 P1 口会因为内部 上拉而输出电流 P1 口的第二功能 T2 P1 0 定时 计数器 2 的外部计数输入 时钟输出 T2EX P1 1 定时 计数器 2 重装载 捕捉 方向控制 3 P2 0 P2 7 P2 口是带内部上拉的双向 I O 口 向 P2 口写入 1 时 P2 口被 内部上拉为高电平 可用作输入口 当作为输入脚时 被外部拉低的 P2 口会因为内 部上拉而输出电流 在访问外部程序存储器和外部数据时分别作为地址高位字节和 16 位地址 此时通过内部强上拉传送 1 当使用 8 位寻址方式访问外部数据存储器 时 P2 口发送 P2 特殊功能寄存器的内容 4 P3 0 P3 7 P3 口是带内部上拉的双向 I O 口 向 P3 口写入 1 时 P3 口被 内部上拉为高电平 可用作输入口 当作为输入脚时 被外部拉低的 P3 口会因为内 部上拉而输出电流 P3 口脚具有以下特殊功能 RxD P3 0 串行输入口 TxD P3 1 串行输出口 P3 2 外部中断 0 P3 3 外部中断 1 T0 P3 4 定时器 0 外部输入 T1 P3 5 定时器 1 外部输入 P3 6 外部数据存储器写信号 P3 7 外部数据存储器读信号 5 RST 复位 当晶振在运行过程中 只要复位管脚出现 2 个机器周期高电平 即可复位 内部有扩展电阻连接到 Vss 仅需要外接一个电容到 Vss 即可实现上电 复位 6 ALE 地址锁存使能 在访问外部存储器时 输出脉冲锁存地址的敌字节 在正常情况下 ALE 输出信号恒定为 1 6 振荡频率 并可用作外部时钟或定时 注 意每次访问外部数据时一个 ALE 脉冲将被忽略 ALE 可以通过置位 SFR 的 auxlilary 0 禁止 置位后 ALE 只能在执行 MOVX 指令时被激活 5 7 程序存储使能 读外部程序存储 当从外部读取程序时 每 个机器周期被激活两次 在访问外部数据存储器无效 访问内部程序存储器 时无效 8 Vpp 外部寻址使能 编程电压 在访问整个外部程序存储器时 必须 外部置低 如果为高时 将执行内部程序 除非程序计数器可以大于 0FFFH 4K 器件 1FFFH 8K 器件 3FFFH 16K 器件 7FFFH 32K 器件 当 RST 释放后 EA 脚的 值被锁存 任何时序的改变都将无效 该引脚在对 FLASH 编程时接 12V 编程电压 Vpp 9 XTAL1 晶体 1 晶振和内部时钟输入 10 XTAL2 晶体 2 晶振输出 EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 89C52 2 1 22 1 2 芯片的功能芯片的功能 振荡器特性 XTAL1 和 XTAL2 分别为一个反相放大器的输入 输出端 它能作为一定形式被 振荡器使用 无论是石英晶体还是陶瓷都可能被使用 为了驱动一个外部时钟装置 XTAL1 被驱动 而 XTAL2 断开 外部时钟循环任务没有必要条件 因为内部时钟电 路系统是通过一个二次跳动的装置输入的 但是必须注意到最大和最小电压高低的 时间范围 空闲模式 在空闲模式中 CPU 使它自己进入睡眠状态而周围其它装置保持运作状态 用 6 软件来运作此方式 在此方式中 RAM 装置的内容和所有的特殊功能保持不变 通 过中断能力或硬件重启则能停止空闲模式 注意到 空闲模式由硬件重新启动后被停止 然后标准的设备开始重新执行中 断程序 在内部重启算法得到控制之前 达到两个机器周期 在这个事件中 硬件 装置禁止接近内部的 RAM 但是接近其周围则不被限制 当空闲模式被重启 所停 止排除意外的可能性就写在这个引脚上 而跟着运行的空闲方式之后的程序 则不 能被写在这个引脚上或外部存储器上 2 1 32 1 3 掉电方式掉电方式 在掉电时 振荡器是停止的 并且程序运行能维持到执行完 RAM 装置和特殊 功能装置保持他们的值 直到节电方式停止 节电方式仅存在于硬件重启时 重启 重新定义 SFR 但不能改变 RAM 重启不能被启动在 Vcc 恢复它的正常运行标准且要 运行较长的时间能够为了使振荡器重新启动和稳定工作 存储程序锁定二进制数 89C52 有三个锁定二进制数 它可以不被编程 U 或能被编程 P 且获得了 额外的特性 在下表中表示 2 1 42 1 4 锁定二进制数模式锁定二进制数模式 程序锁定二进制 LB1 LB2 LB3 保护类型 1U U U 无程序锁定特性 2 P U U MOVC 通过外部程序存储器执行程 序 不能得到内存储器的代码 EA 是 一个取样和加锁在重启的时候 下一 个程序电擦写存储器无效 3 P P U 同模式 2 一样 被证明无效 4 P P P 同模式 3 一样 但外部执行仍然 无效 表 2 1 4 当锁定是编程 在重启中非算术性的运作标准在 EA 中是一个取样和加锁 如果 7 装置的能源下降没有重启 最初是对一个随机值的加锁并且保持这个值 直到重启 开始 加锁 EA 的值必须由当前的非算术性的运作标准同意 是为了装置适当的功能 2 1 52 1 5 FLASHFLASH 编程模式编程模式 89C52 在擦去状态和准备端是一个标准的 能和 FLASH 相匹配的载体 编写程 序使其接受高电压 12 伏 或低电压 Vcc 协调能源信号 为低电压程序模式提 供一个方便的方法去执行 89C52 内部的使用系统 是高电压程序模式能够带动的 第三部分 FLASH 和 EPROM 程序相一致 89C52 既是高电压也是低电压程序模式的载体 最大面标记和装置重要的代码 分别在表中体现 89C52 代码程序是字节 字节的排列在 FLASH 存储器中 任何程序的空字节 的存储必须被擦写模式完全抹去 2 1 62 1 6 程序算法程序算法 在运行 89C52 前 地址数据和控制信号能被开始 根据 FLASH 编程模式表 9 执行 89C52 按以下步骤执行 1 请求输入存储器当前的地址线 2 输入合适的数据字节在数据线上 3 启动正确的控制信号连接 4 在高电压程序模式中 将 EA VPP 升到 12V 5 在闪存排列或锁定二进制数中开始记下 ALE PROG 的脉冲程序字节 字节循 环被写在自身的时间内且通常超过了 1 5ms 重新开始 1 到 5 步 改变地址和数据重新全部排列直至目标文件全部到达完成 2 1 72 1 7 数据轮流检测数据轮流检测 89C52 的数据轮流检测的特性只是循环写入的结束 在循环写入时 如果想尝 试读到最后一个写入字节 将会导致在写入数据时有额外的数据 P0 7 口一旦写入 循环完成了 真实的数据是在所有的输入端是正确的 并且下一个循环将开始 一 个写入循环开始后 数据轮流检测可能开始于任何时侯 字节执行进程也能被 RDX BSY 输出信号所控制 P3 4 口在 ALE 变为高电平之后 8 其变成低电平 在程序表明繁忙时 当程序表明准备时 P3 4 口又变为高电平 2 1 82 1 8 程序验证程序验证 如果锁定二进制数 LB1 和 LB2 不能被执行 这个程序的代码数据能够被读信号 返回 经由地址数据线证实 锁定二进制数不能被直接证明 证明二进制数的实现 是通过观察它们的特性 2 1 92 1 9 擦写模式擦写模式 完全的内部 FLASH 排列被电擦写是通过合适的信号连接和让 ALE PROG 保持 10ms 的低电平 写全部代码排列时 只需要 1s 擦除操作必须被执行在代码存储编 程之前 2 1 102 1 10 89c5289c52 的复位电路的复位电路 本系统的复位电路是上电和按键复位的组合电路 在系统加电瞬间 R C 电路充 电过程中出现负脉冲 经过 74LS04 反相后为正脉冲 使 89c52 复位 当用户需要手 动复位时 按下复位键 产生负脉冲 经反相后出现正脉冲 10ms 的高电平 使 89c52 复位 电路如下图 图 1 1 9 89c52 的复位电路 2 1 112 1 11 89c5289c52 振荡电路振荡电路 89c52 的 XTAL1 和 XTAL2 接石英振荡器 构成时钟电路 为 89c52 提供 6MHZ 的 时钟频率 2 1 122 1 12 89C5289C52 译码及外部扩展电路译码及外部扩展电路 9 89C52 外部译码采用 3 8 译码器 74LS138 为存储器和各端口提供 8 根片选信 号 译码输入线采用地址高三位 AB11 AB13 和 RD WR 及 AB14 AB15 做片选 为系统提供从 8000H BFFFH 共 32KB 的数据 程序及 I O 接口器件的访问地址 具体 地址分配如下 片选器件地址范围供用户使用资源 CS082558000H 87FFH 键盘接口电路 CS1 8800H 8FFFH CS2 AD71359000H 97FFH AD 转换电路 CS39800H 9FFFH CS4A000H A7FFH CS5A800H AFFFH CS6B000H B7FFH CS7B800H BFFFH 电路原理图如下 A 1 B 2 C 3 E1 4 E2 5 E3 6 Y0 15 Y1 14 Y2 13 Y3 12 Y4 11 Y5 10 Y6 9 Y7 7 U574LS138 AB13 AB11 AB12 AB14 AB15 WR RD 8000H 87FFH 8800H 8FFFH 9000H 97FFH 9800H 9FFFH A000H A7FFH A800H AFFFH B000H B7FFH B800H BFFFH CS0 CS1 CS2 CS3 CS4 CS5 CS6 CS7 1 2 4 5 6 U A 74LS21 图 1 12 89C52 外部扩展电路 2 22 2 LEDLED 显示器及接口设计显示器及接口设计 在这一节里将详细介绍本系统的 LED 显示器 2 2 12 2 1 EDED 显示器结构显示器结构 LED 显示器是由发光二极管显示字段组成的显示器 有 7 段和 米 字段之分 这种显示器有共阳极和共阴极两种 共阴极 LED 显示器的发光二极管的阴极连接在 一起 通常此公共阴极接地 当某个发光二极管的阳极为高电平时 发光二极管点 10 亮相应的段被显示 同样 共阳极 LED 显示器的发光二极管的阳极被连接在一起 通常此公共阳极接正电压 当某个发光二极管的阴极接地时 发光二极管被点亮 相应的段被显示 每一种 LED 又有不同的发光颜色 例如 BS202 型中 BSG202 发绿光 BS212 型中 BSR212 发红光 BSG212 发绿光 一般的 发红光的 LED 每段流过的 5mA 的平均电流 就可以有较满意的亮度 7mA 电流会更亮些 10mA 以上也不会再亮多少 但长期运行于 10mA 以上会缩短 其寿命 最大电流平均值不得超过 30mA LED 显示器允许的反向电压最大值为 5V 此时的反向电流一般小于 10 A 小尺寸的 LED 显示器每段只有一个发光二极 管 其正向压降为 1 5V 一般不大于 2V 大尺寸的 LED 显示器每段可能由数个发 光二极管串联 每段压降也要增大 2 2 22 2 2 静态显示与动态显示静态显示与动态显示 显示器有静态和动态两种显示方式 所谓静态显示就是需要显示的字符的各字 段连续通过电流 因而所显示的字段连续发光 所谓动态显示就是所需显示的字段 断续通以电流 因而其发光也是不连续的 例如 在需要多个字符同时显示时 可 以轮流给每一个字符通以电流 逐次把所需要显示的字符显示出来 在每点亮一个 显示器后 必须持续通电一段时间 使之发光稳定 然后再点亮另一个显示器 如 此巡回扫描显示器 由于巡回速度较快 每秒可重复多次 为了不闪烁 可以每秒 扫描 20 次左右 虽然在同一时刻只有一个显示器通电 但是由于人眼的视觉暂留 现象和发光二极管的余辉效应 因此在人们看来认为每个显示器都在稳定的显示 这种巡回扫描显示器的操作要靠程序控制 动态显示的亮度随电流平均值的增大而 增强 其亮度大体上等同于通过同样大的直流电流的静态显示器的亮度 2 2 32 2 3 LEDLED 显示器的接口设计显示器的接口设计 本系统采用静态显示方式 静态显示时每一个接口驱动器件驱动一个显示器 用于静态显示时 CPU 把数据写到借口驱动电路后 CPU 不需要再干预 显示器便 会持续显示 因此 接口驱动电路应该有锁存数据的功能 所有 TTL 和 COMS 电 路中的 CD14547 均无锁存功能 因此在电路设计时应附加锁存功能 而 TTL 器件 比 COMS 器件动作快 所以 我选用了 TTL 器件的 74LS164 接口连接图如下 11 a bf c g d e DPY7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 5 dp dp 3 8 comcom DS4 a bf c g d e DPY7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 5 dp dp 3 8 comcom DS3 a bf c g d e DPY7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 5 dp dp 3 8 comcom DS2 a bf c g d e DPY7 6 4 2 1 9 10 a b c d e f g 5 dp dp 3 8 comcom DS1 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 U6 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 U5 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 U4 74LS164 A 1 B 2 QA 3 QB 4 QC 5 QD 6 CLK 8 CLR 9 QE 10 QF 11 QG 12 QH 13 U3 74LS164 IN4148IN4148IN4148IN4148 5V RXD TXD 当串行口工作于方式 0 时 在 串行输入并行输出 芯片 74LS164 的配合下 即可通过串行口扩展 89C52 的输出口 其中 89C52 的 RXD 引脚接 74LS164 芯片的 串行数据输入端 TXD 引脚接 74LS164 芯片的移位脉冲 CLK 串行数据输出过程概括如下 在发送中断标志 TI 为 0 即无效 情况下 执行写串行数据输出缓冲器 SBUF 指令 如 MOVE SBUF A 即可将 SBUF 寄存器中内容由低位到高位依次输出到 RXD 引脚 同时 TXD 引脚输出移位脉冲 使外接的串行输入并行输出芯片逐一接 收来自 RXD 引脚上的串行数据 当 8 位数据发送结束后 发送中断标志 TI 自动置 1 输出数据 即 SBUF 内容 也就出现在 74LS164 芯片的并行输出端 这样在执 行写 SBUF 寄存器操作后 可通过查询 TI 标志来确定发送过程是否完成 当然 在 中断处于开放状态下 串行中断允许 ES 为 中断允许 EA 为 1 当 TI 有效时 将 产生串行中断请求 不过值得注意的是 CPU 响应串行中断后 不会自动清除 TI 需要用 CLR TI 指令清除 TI 以便输出新的串行数据 2 32 3 A DA D 转换器件转换器件 71357135 ICL7135 的国产型号叫 CH7135 它是四位半高精度积分式 ADC 器件 输入为差 分信号输出为 BCD 码 其分辨率为两万分之一 及分辨率为 0 005 完全满足本系统要 求 如果要进一步提高分辨率 可以对变送器进行零点迁移 使其在最关心的浓度范围 内对应的输出范围变小 ICL7135 内部没有时钟电路 必须全部外接 必须外接基准电 压 单端输入 其基准电压为满量程的一半 其输出不是三状态的 不可直接与总线相连 ICL7135 每次转换结束立即输出新的转换结果 不需特别控制 有专门的极性显示 过 量程显示和欠量程显示引脚 使用起来比较方便 下面对 ICL7135 作详细的介绍 2 3 12 3 1 管脚功能及有关参数选择管脚功能及有关参数选择 28 脚封装如下图所示 12 Vee 1 Vref 2 AGND 3 INT OUT 4 AZ IN 5 BUFOUT 6 REFCAP 7 REFCAP 8 IN L 9 IN H 10 VCC 11 DGND 24 CLKIN 22 BUSY 21 POLAR 23 AICL7135 图 3 128 脚封装 图中 V 电源正 5V 以数字地 DGND 为基准 V 电源负 5V 以 DGND 为参考点 INLO 差分信号输入负端 单端输入时 INLO 可与模拟地 AGND 相连 INHI 差分信号输入正端 应保证 V 0 5 INHI 和 INLO V 1V 模拟输入信 号 V1 INHI INLO 的范围为 0 VFS AGND 模拟地 是 VREF和模拟输入基准点 DGND 数字地 是 V 和 V 的基准点 VREF 基准电压接线端 以 AGND 为基准 VREF VFS 2 VFS为满量 程 若 VFS 2V 则 VREF 1V 若 VFS 200mV 则 VREF 100mV R H 运行 保持端 当 R H 1 或悬空时 ICL7135 连续进行 A D 转 换 即没 40002 个时钟周期开始一次 A D 转换 当 R H 0 时 转换一次完成 后 数据被保持 直至 R H 重新变为 1 时再开始 A D 转换 CLK 时钟脉冲输入端 AZ 自较零端 接自动稳零电容 CZ CZ应足够大 以便减小干扰的 影响 一般取 1uF 且选优质电容 CR 和 CR 基准电容 CREF接线端 CREF应足够大 可以忽略寄生电 13 容 一般可取 CREF 1uF 且选优质电容 INT 积分器输出脚 外接积分电容 CINT 一般取 CINT 0 1 0 47uF BUF 缓冲器输出端 接积分电阻 RINT RINT VFS 20uA 例如 VFS 2V 则 RINT 100K 欧 BUSY 忙输出脚 若 BUSY 为高表示正在进行 A D 转换 若为低表 示 A D 转换已经结束 B8 B4 B2 B1 BCD 码输出脚 B8是最高位 B1是最低位 高电平为 1 低电平为 0 D5 D4 D3 D2 D1 位驱动输出脚 在一次 A D 转换结束后 多次顺序 在 D5 D1发出宽度为 200 个时钟周期的正脉冲 STB 脉冲选通 在每完成一次 A D 转换后 在 STB 端发出 5 个宽 度为 1 2 时钟脉冲周期的负脉冲 每个 STB 脉冲分别位于第一次出现的位 驱动信号 D5 D1的中间 因此第一个 STB 负脉冲可作为结束信号 UR 欠量程输出端 若输入模拟信号 V1 INHI INLO 0 179VFS 读数小于 1800 则在 A D 转换结束 后 UR 1 OR 过量程信号输出端 若 V1 VFS 则在 A D 转换结束后 OR 1 UR 和 OR 供数字仪表作量程转换用 POL 极性输出脚 当 V1 O 时 POL 1 反之 POL 0 2 3 22 3 2 ICL7135ICL7135 与单片机的接口与单片机的接口 12M C36 30P C37 30P Vee 1 Vref 2 AGND 3 INT OUT 4 AZ IN 5 BUFOUT 6 REFCAP 7 REFCAP 8 IN L 9 IN H 10 VCC 11 DGND 24 CLKIN 22 BUSY 21 POLAR 23 IC7A ICL7135CPE CLK 1 RST 2 Q1 12 Q2 11 Q3 9 Q4 6 Q5 5 Q6 4 Q7 3 IC2 CD4024 VIN 1 VOUT 2 GND 3 NC 4 NC 5 NC 6 NC 7 NC 8 IC4A MC1403 VCC AGND 200K 105 474 105 AGND 5V ADCLK MEASURE 10K 103 AGND 2 500V f 250 00KHz 30 ALE EA VP 31 X1 19 X2 18 RESET 9 RD 17 WR 16 INT0 12 INT1 13 T0 14 T1 15 P10 1 P11 2 P12 3 P13 4 P14 5 P15 6 P16 7 P17 8 P00 39 P01 38 P02 37 P03 36 P04 35 P05 34 P06 33 P07 32 P20 21 P21 22 P22 23 P23 24 P24 25 P25 26 P26 27 P27 28 PSEN 29 ALE P 30 TXD 11 RXD 10 89c52 图 2 3 2 ICL7135 与单片机的接口视图 14 上图是本系统中所用的 ICL7135 与 89C52 单片机的接口电路 下面详细的分析该 电路 ICL7135 内部没有时钟发生器 必须外加时钟信号到 CLK 本系统中利用计数器 74LS161 进行分频 VR 是一个精密电源 用精密电位器将它调到 1V R1 C1端所接积分 电阻和电容也是精密电阻和精密电容 R H 端接高电平 芯片处于自动连续转换的工作 状态 时钟电路的输出频率为 1MHz BCD 码的输出端和符号位接在单片机的 P1 口 2 3 32 3 3 体会与总结体会与总结 7135 是一种高精度 AD 器件 其转换的精度与变送器有很大关系 即理论上分辨 率为 0 005 完全满足本系统要求 如果要进一步提高分辨率 可以对变送器进行零点迁 移 使其在最关心的浓度范围内对应的输出范围小 不过这样对软件的要求比较高 7135 内部没有时钟电路 必须全部外接 需外接基准电压 其基准电压是满量程的 一半 本系统是通过可调电阻实现的 其输出不是三状态的 不可直接与总线相连 本系 统是通过外插接口来解决的 7135 除了上述接口方法外 还有一种三线制接法 即只用 POL CLK BUSY 三根线 这样在走线上是很方便的 在此 就不多介绍了 2 42 4 系统部分单元电路设计系统部分单元电路设计 前几节已介绍了本系统用到的主要芯片 接下来在这一节里将详细介绍本系统 的单元模块电路的设计 2 4 12 4 1 82558255 键盘设计键盘设计 键盘是利用可编程控制器 8255 的 PC 口进行扩展 键盘为 4 4 共 8 个键 PC0 PC3 作为行扫描线 PC4 PC7 作为列检测线 每根列检测线节 5V 的电源 并且节 4 7K 的上拉电阻 对 8255 进行初始化时 设定 PC0 PC3 为输出 PC4 PC7 为输入 当每个键按下去 便对应一个唯一的键值 电路如图所示 15 D0 34 D1 33 D2 32 D3 31 D4 30 D5 29 D6 28 D7 27 PA0 4 PA1 3 PA2 2 PA3 1 PA4 40 PA5 39 PA6 38 PA7 37 PB0 18 PB1 19 PB2 20 PB3 21 PB4 22 PB5 23 PB6 24 PB7 25 PC0 14 PC1 15 PC2 16 PC3 17 PC4 13 PC5 12 PC6 11 PC7 10 RD 5 WR 36 A0 9 A1 8 RESET 35 CS 6 8255 1 2 4 5 6 A 74LS21 INT0 VCC 图 4 1 电路图 2 4 22 4 2 存储单元电路设计存储单元电路设计 本系统为用户提供了 32K 的外部数据存储器 62256 和程序存储器 27256 其寻 址范围均为 0000H 7FFFH 分别由 WR RD 和 PSEN 来控制 电路图如下所示 16 RD WR DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 AB0 AB1 AB2 AB3 AB4 AB5 AB6 AB7 AB0 AB1 AB2 AB3 AB4 AB5 AB6 AB7 AB8 AB9 AB10 AB11 AB12 AB13 AB14 AB8 AB9 AB10 AB11 AB12 AB13 0000H 7FFFH A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 A13 26 A14 27 CE 20 OE 22 VPP 1 D0 11 D1 12 D2 13 D3 15 D4 16 D5 17 D6 18 D7 19 27C256 10K 5V A0 10 A1 9 A2 8 A3 7 A4 6 A5 5 A6 4 A7 3 A8 25 A9 24 A10 21 A11 23 A12 2 A13 26 A14 1 WE 27 OE 22 CE 20 D7 19 D6 18 D5 17 D4 16 D3 15 D2 13 D1 12 D0 11 62256 AB14 AB15 图 4 2 电路图 2 4 32 4 3 RS 232RS 232 串行通信接口电路串行通信接口电路 RS 232 标准信号为负逻辑 设计电路的关键是实现 TTL 电平与 RS 232 电平的 转换 本系统选用 ICL232CPE 实现了 TTL 电平与 TS 232 电平的转换 ICL232CPE 的优点是其内部有电压倍增电路和转换电路 仅需要 5 伏电源供电 使用十分方 便 如右电路图 17 3 软件设计 3 13 1 软件设计方案软件设计方案 监控程序模块 A 系统初始化程序模块 B 键盘控制程序 C A D 转换控制程序 D LED 显示控制程序 3 23 2 软件调试软件调试 a 在进行软件调试的时候 由于是在仿真机上进行 所以下面列出部 分软件程序 内存自检程序 ORG 0000H MOV A 0AAH 0AAH 送 A B 清零 FO F1 MOV B OAAH CLR F0 CLR F1 MOV DPTR 1000H DPTR 指向 1000H 准备 SRAM 写 0AAH MOV DPTR A 写 SRAM 的一个单元 MOV R2 0FH 延时 15mS MOV R3 7DH NOP NOP DJNZ R3 DL1 DJNZ R2 DL2 MOVX A DPTR 读出 CJNE A B ERROR 比较 A 是否等于 B INC DPTR 地址加 1 MOV R4 DPL 是否检测完 18 CJNE R4 00H WR 1 MOV R5 DPH CJNE R5 28H WR 1 JB FO ENDP F0 是写 55H 的标志 MOV A 55H 55H 送 A B 置位 F1 MOV B 55H SETB F1 MOV DPTR 1000H 准备向 SRAM 写 55H AJMP WR 1 转移到写 SRAM 的一个单元 SETB F0 置位出错标志 F0 END 3 2 13 2 1 82558255 键盘中断程序 键盘中断程序 ORG 0000H MOV R0 30H 设键号保存地址 DONE MOVE DPTR 3030H 指向 8255 MOV A 10001000B 设置控制字 A 口输出 C 高入 B 口输出 C 低出 MOVX DPTR A 8255 初始化 MOV DPTR 3002H 指向 C 口 MOV A 0F0H 全扫描字为 0F0H MOVX DPTR A 全扫描字送入 C 口 MOV R4 00H 设首行初值 MOVX A DPTR 读入行状态 ANL A 0F0H 屏蔽低 4 位 CJNE A 0F0H PRSD1 判断是否有键按下或抖动 SJMP DONE 无键按下 返回等待 PRSD1 ACALL DL10ms 延时 10 毫秒子程序 MOVX A DPTR 重新读入行状态 19 ANL A 0F0H PRSD2 判断是否有键按下 SJMP DONE 无键按下 返回等待 PRSD2 MOV R2 04H 设定列数 MOV R3 01 设定首列 SCAN MOV A R3 送首列到 A CPL A 置首列扫描字 MOVX DPTR A 全扫描字送入 MOVX A DPTR 读入状态 ANL A 0F0 屏蔽低 4 位 CJNE A 0F0H FIDN 判断是否有键按下 MOV A R3 无键按下 重新扫描 RL A 设定第二列 MOV R3 A 保存列值 DJNZ R2 SCAN 判断四列是否扫描完毕 SJMP DONE 扫描完 返回等待 FIDN ADD A 0F 有键按下 计算键值 CPL A 求行号 ADD A R3 键号 行号 列号 MOV R4 A 保存键值 MOV R0 30H 设定键号寄存器 MOV R0 A 保存键值 MOV R4 00H 设首行初值 MOV DPTR KEYTBL 查表地址首址为 KEYTBL PRSD3 CLR A 累加器清 0 MOVC A A DPTR 查表 MOV 50H R0 取键值 CJNE A 50H NEQ 是否与按键值相等 AJMP EQQ 等 NEQ INC R4 行 1 20 INC DPTR 表地址 1 AJMP PRSD3 重新判断 EQQ MOV R6 0EH 保存地址 1 INC R0 等待存下一键值 LJMP DONE 返回 等待按键 DLY ACALL DL10mS 调延时 10mS 子程序 DJNZ R6 DLY DL10mS MOV R7 10 设延时 10mS 置 R7 初值 DL MOV R5 9AH 置寄存器 R5 初值 DL5 DJNZ R5 DL5 延时 1mS 循环 DJNZ R7 DL 延时 10mS 循环 RET 返回 KEYTAB DB 81H 41H 21H 11H DB 82H 42H 22H 14H DB 84H 44H 24H 14H DB 88H 48H 28H 18H 3 2 23 2 2 AD7135AD7135 数据处理 数据处理 MOV 36H A INC R5 MOV A R5 MOVC A A DPTR INC R5 MOV 37H A MOV A 36H CJNE A 30H 8 MOV A 37H CJNE A 31H 3 JNC POSISTOP LCALL DTOF 21 MOV R1 33H X A 10 B C LCALL FSUB A 33H MOV 39H 2 B 36H ANL A 0FH MOV 3CH A NOP NOP RETI 3 2 33 2 3 LEDLED 显示控制程序 显示控制程序 MOV RO 08H 清屏 TP MOV A 0FFH MOV SUBF A DJNZ R2 TP MOV R2 04H 设置显示个数 MOV A 0FFH START INC A MOV R0 A MOV SCON 00H 初始化串行口方式 DISKEY MOV DPTR TAB 查表地址首址为 TAB MOVC A A DPTR 差表 LOOP MOV SBUF A 送数 SBUF LP JNB TI LP TI 1 转 LP 否则继续执行 CLR TI 清零 MOV A R0 DJNZ R2 START 未显示完 继续执行 RET TAB DB 0C0H 0F9H 0A4H 0B0H O99H 共阳极数码管显示查表 DB 092H 082H 0F8H 080H 090H 22 结 论 这次的毕业设计是大学3年中的最后一个环节 是对3年的学习生活中所学知识 的一个汇总和概括 使我们每个人都能了解自己学到了什么 理解多少 会运用多 少 还有多少知识不了解 需要进一步加深理解 在校期间 开设有 机械制图及AUTOCAD 机械设计 机械制造 液压传 动 数控机床及编程 PLC 等课程 这些课程对我们搞好这次毕业设计有很大 的帮助 综合运用好这些课程 加之我们平时的知识积累和老师的极大帮助和指导 为这次毕业设计提供了非常有利的保障 即将毕业的我 在以后的工作中难免会遇到一些问题或麻烦 如机器损坏或零 件老化等一系列问题时 这时就要靠自己以前所学的知识和积累的经验去解决它 随着科学技术的高度发达 一些质量优 性能好 效率高 能耗低 价格低廉的产 品将开发出来并淘汰那些老的生产技术或设备 因此 我们应该树立良好的设计思 想 重视对自己进行机械设计能力的培养 善于利用各种信息资源 扩展知识面和 能力 培养严谨 科学 创新与创业 艰苦奋斗的企业精神 加强环境保护意识 做到清洁生产和文明生产 以最大限度的获得企业效益和社会效益 所以 在以后的工作中 需要继续学习和加深对知识的了解 在此我非常感谢 苑成友老师在设计过程中对我的指导和帮助 在此向苑老师致以诚挚的谢意 因水平有限 设计中必然有许多不足之处 还望老师批评指正 23 致 谢 此次毕业设计的顺利完成 离不开老师的指导和同学们的帮助 在设计过程中 老师给我提出了大量宝贵的意见 所以我要大力感谢我们的指导老师 苑成友老 师 他严谨细致的治学态度 一丝不苟的工作作风一直是我工作 学习中的榜样 他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪 我们对苑老师耐心细致的 讲解及给我们提供相关的材料表示大力的感谢 可以说 没有苑老师这位负责的指导 老师 我们的毕业设计也不可能这样顺利的完成 老师从一开始就非常关注我们的设 计 每过几天就要我们把设计好的东西拿过去让他看 给我们指出设计中的不足 同 时还要感谢三年当中对我进行教育的各位老师 没有他 她 们的培养也不可能有今 天我们的顺利完成 同时 也感谢我们这组的成员在这次设计中给予我的帮助 谢谢 向在百忙之中评阅本方案并提出宝贵意见的各位评委老师表示最诚挚的谢意 同时向所有关心 帮助和支持我的老师和同学表示衷心的感谢 祝他们工作顺利 万事如意 由于本人的学识水平 时间和精力有限 文中肯定有许多不尽人意和不完善的 地方 我将在以后的工作 学习中不断的完善 最后向三年来教过我 帮助过我的所有老师和关心我的同学表示我最真诚的谢 意 24 参考文献 1 胡汉才编著 单片机原理及其接口技术 北京 清华大学出版社 1996 年 2 徐爱均编著 智能化仪表原理与设计 北京 北京航空大学出版社 1996 年 3 公茂法等编著 单片机人机接口实力集 北京 北京航空大学出版社 1998 年 4 李朝青编著 单片机原理及其接口技术 北京 北京航空大学出版社 1998 年 5 邬宽明编著 单片机外围器件实用手册 北京 北京航空大学出版社 1998 年 6 先锋工作室编著 单片机程序设计实例 北京 清华大学出版社 2002 年 7 张毅刚 彭喜元 孟升卫 刘兆庆编著 MCS 51 单片机使用子程序设计 哈尔滨 哈尔滨工业大学出版社 2003 年 8 陈明荧编著 8051 单片机课程设计实训教材 北京 清华大学出版社 2003 年 9 肖玲妮 袁增贵编著 Protel99SE 印刷电路板设计教程 北京 清华大 学出版社 2003 年 10 X5045 的中英文资料 25 附 录 Data Acquisition Data Recent advances in digital signal processing algorithms and computer technology have combined to provide the ability to produce real time systems that have capabilities far exceeding those of a few years ago It will focus on the development of a generic processing structure that exploits the great degree of processing concept similarities existing among the radar sonar and medical imaging systems A high level view of the above real time systems consists of a high speed Signal Processor to provide mainstream signal processing for detection and initial parameter estimation a Data Manager which supports the data and information processing functionality of the system and a Display Sub System through which the system operator can interact with the data structures in the data manager to make the most effective use of the resources at his command The Signal Proces