09级自动化控制系统综合设计课题

课题一 闪烁变换的发光管控制器设计、实习要求（1）开机上电初使一只发光二极管亮，每隔2秒左移（即处于循环移位类型），且数码管显示“S.LELT”（ 显示数码管最左位显示表示速度，高速(H)或慢速(S)；右四位显示表示移动方向，循环左移(LELT)、循环右移(righ)或循环交替(good)。如为高速左移，即每隔1秒左移，且数码管显示“H.LELT”。（2）设计一个方向键，用于改变移动方向。如原发光二极管状态为每隔2秒左移，且数码管显示“S.LELT”，则按动方向键后，发光二极管状态改变为每隔2秒右移，且数码管显示“S.righ”； 如原发光二极管状态为每隔2秒右移，且数码管随之显示“S.righ”，则按动方向键后，发光二极管状态改变为每隔2秒左移，且数码管随之显示“S.LELT”。（3）设计一个速度键，用于改变移动速度在高速到慢速间变换。如原发光二极管状态为每隔2秒左移，且数码管显示“S.LELT”，则按动方向键后，每隔1秒左移，且数码管显示“H.LELT”；再按一下速度键，又为原发光二极管状态为每隔2秒左移，且数码管显示“S.LELT”。 （4）设计一个类型键，用于改变改变八个发光二极管亮的类型在两种类型间变换。类型为循环移位；类型2为循环交替，即八个发光二极管亮的类型如从最左最右先亮，间隔一定时间后向中心移动然后再渐回归原位，并循环进行。总之要设计按键，使得能控制移动方向、移动速度（高速或慢速）及类型，同时有相应的数码管显示。课题二 家用电器定时控制器（可设置分、秒）设计、实习要求：设计一个家用电器的定时控制程序，要求显示定时时间，并可用键盘对定时时间进行设定。程序功能：（1）一开机数码管显示“good”，使某只发光二极管亮（2）用键可使定时控制器清零，允许对定时时间设定.（3）用键可对分设定；用键可对秒设定。（4）按“运行键”开始定时，并且运行过程中动态显示时间状态，时间到使八只发光二极管间隔亮。程序功能附加要求：在按“设定”键之前按任何键都无效的。在进入倒计时状态后， 仍可以对定时时间再次调节，即重新设定。运行结束即时间到使八只发光二极管间隔亮，数码管显示“help”。课题三 汽车转弯信号灯控制实验系统要求模拟汽车在驾驶中有左转弯、右转弯、刹车、合紧急开关、停靠等操作。在左转弯或右转弯时，通过转弯操作杆使左转弯或右转弯开关合上，从而使左头灯、仪表板的左转弯灯、左尾灯或右头灯、仪表板的右转弯灯、右尾灯闪烁；合闭合紧急开关时要求以上六个信号灯全部闪烁；汽车刹车时，左右两个尾灯点亮；若正当转弯时刹车，则转弯时原闪烁的信号灯应继续闪烁，同时另一个尾灯点亮，以上闪烁的信号灯以1Hz频率低速闪烁；在汽车停靠开关合上时左头灯、右头灯、左尾灯、右尾灯以10Hz频率快速闪烁。任何在下表中未出现的组合，都将出现故障指示灯闪烁，闪烁频率为10Hz。附加：正常情况显示“P-”，故障情况显示“HELPI”。在各种模拟驾驶开关作时，信号灯输出的信号如下表驾驶操作输出信号左转弯灯右转弯灯左头灯右头灯左尾灯右尾灯左转弯（合上左转弯开关）闪烁灭闪烁灭闪烁灭右转弯（合上右转弯开关）灭闪烁灭闪烁灭闪烁合紧急开关闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁刹车（合刹车开关）灭灭灭灭亮亮左转弯时刹车闪烁灭闪烁灭闪烁亮右转弯时刹车灭闪烁灭闪烁亮闪烁刹车时，合紧急开关闪烁闪烁闪烁闪烁亮亮左转弯时，刹车合紧急开关闪烁闪烁闪烁闪烁闪烁亮右转弯时，刹车合紧急开关闪烁闪烁闪烁闪烁亮闪烁停靠（合停靠开关）灭灭闪烁(10Hz)闪烁(10Hz)闪烁(10Hz)闪烁(10Hz)参考电路图课题四 简易计算器的设计一、设计、实习要求设计一个简易计算器的程序，要求能进行两位数的加、减、乘法。并可用键盘对运算操作数进行设定。程序功能：（1） 进入程序时显示“0”（2） 本实验采用44键盘，16个键依次对应09、“+”、“”、“”、“”、“=”和清除键。可连续运算。当键入值大于99时，将自动清零，可以重新输入。按“”、“”、“”号可以进行操作数的相应运算（3） 按“确定”键显示运算后的结果（4） 高位显示为“0”时不显示减法中运算结果为“”时，“”号要跟着结果。课题五 温度过程控制器的设计一、课程设计的目的了解闭环控制的基本原理进一步了解键盘扫描和LED显示原理和编程方法进一步熟悉A/D变换原理和编程方法二、课程设计的说明这是一个综合硬件设计，其中各部分的实验我们已在平时单独做过，现在联合起来形成一个控制系统。利用实验台上的显示电路、键盘电路、A/D转换电路、单片机实现温度过程控制的部件完成类似空调恒温控制的课程设计。加热电机用加热电阻代替,制冷采用自然冷却。本设计可以实现将模拟温度信号，转换成数字信号，并经过计算处理后通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来，同时显示电路还将显示设定的恒温值，通过键盘可以改变设定值。按一次增加键,恒温值加1，按一次减小键,恒温值减小1。恒温值在050范围内可调。温度的时实反映过程可参考实验温度传感器实验。注意，当把A/D转换电路模拟信号输入处的旋钮顺时针旋到底时，电压信号不衰减，显示的是实际温度。当实际温度低于设定的恒定温度时，单片机发出指令信号，继电器吸合，红色LED点亮，加热电阻开始加热。当温度超过设定的恒温值时，单片机发出指令信号，继电器断开，红色LED熄灭，加热电阻停止加热，制冷采用自然冷却。三、硬件调试步骤1、结合实验室现有设备和实验模块，进行调试。2、使用ADL0809与单片机接口模块，用导线将RXD、TXD连到串行静态显示模块的DIN、CLK端，-5V电源接温度过程控制部件的“-5V”输入端，P3.4接温度过程控制部件“P3.3”端口，温度信号输出接模拟信号输入“+”端，“-”端地。用十线扁平插头连接P1口到阵列式键盘，左右两块面板的地相连，将模拟信号输入端的电位器顺时针旋到底。3、安装好仿真器，用串行数据通信线连接计算机与仿真器，把仿真头插到模块的单片机插座中，打开模块电源，插上仿真器电源插头。4、启动计算机，打开伟福仿真软件，进入仿真环境。选择仿真器型号、仿真头型号、CPU类型；选择通信端口，测试串行口。5、打开自己编写的源程序，编译无误后，全速运行程序。5LED数显为“ XX20”，“XX”为实际温度值，20为初始化恒温值。6、用键盘改变恒温值，“1”键为增温，“2”键为减温，观察温度自动控制过程。四、流程图 当前温度与设定温度比较键盘值是？初始化温度参数当前温度和设定温度送显示缓冲显示温度采样当前温度制冷加热不变读键盘开始向下键向上键设定温度减1设定温度加1 五、参考电路图六、课程设计的任务和要求1、 利用Protel99绘制电路原理图和印刷电路板PCB图，列出元器件清单。2、 结合原理图编制源程序。3、 结合硬件调试程序，达到所要求的功能。4、 完成课程设计报告一份。1.DALLAS最新单线数字温度传感器DS18B20简介Dallas 半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持 “一线总线”接口的温度传感器。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同，新的产品支持3V5.5V的电压范围，使系统设计更灵活、方便。DS18B20测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。DS18B20可以程序设定912位的分辨率，及用户设定的报警温度存储在EEPROM中，掉电后依然保存。DS18B20内部结构DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。DS18B20的管脚排列如下:DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。光刻ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该DS18B20的地址序列码。64位光刻ROM的排列是：开始8位（28H）是产品类型标号，接着的48位是该DS18B20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（CRC=X8+X5+X4+1）。光刻ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20的目的。DS18B20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例:用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/LSB形式表达，其中S为符号位。LS Byte:Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0232221202-12-22-32-4MS Byte:Bit15Bit14Bit13Bit12Bit11Bit10Bit9Bit8SSSSS262524这是12位转化后得到的12位数据，存储在18B20的两个8比特的RAM中，二进制中的前面5位是符号位，如果测得的温度大于0，这5位为0，只要将测到的数值乘以0.0625即可得到实际温度；如果温度小于0，这5位为1，测到的数值需要取反加1再乘以0.0625即可得到实际温度。例如+125的数字输出为07D0H，+25.0625的数字输出为0191H，-25.0625的数字输出为FF6FH，-55的数字输出为FC90H。温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+1250000 0111 1101 000007D0h+850000 0101 0101 00000550h+25.06250000 0001 1001 00010191h+10.1250000 0000 1010 001000A2h+0.50000 0000 0000 10000008h00000 0000 0000 00000000h-0.51111 1111 1111 1000FFF8h-10.1251111 1111 0101 1110FF5Eh-25.06251111 1110 0110 1111FE6Fh-551111 1100 1001 0000FC90hDS18B20温度传感器的存储器DS18B20温度传感器的内部存储器包括一个高速暂存RAM和一个非易失性的可电擦除的E2RAM,后者存放高温度和低温度触发器TH、TL和结构寄存器。暂存存储器包含了8个连续字节，前两个字节是测得的温度信息，第一个字节的内容是温度的低八位，第二个字节是温度的高八位。第三个和第四个字节是TH、TL的易失性拷贝，第五个字节是结构寄存器的易失性拷贝，这三个字节的内容在每一次上电复位时被刷新。第六、七、八个字节用于内部计算。第九个字节是冗余检验字节。该字节各位的意义如下： TMR1R011111低五位一直都是1 ，TM是测试模式位，用于设置DS18B20在工作模式还是在测试模式。在DS18B20出厂时该位被设置为0，用户不要去改动。R1和R0用来设置分辨率，如下表所示：（DS18B20出厂时被设置为12位）分辨率设置表: R1R0分辨率温度最大转换时间009位93.75ms0110位187.5ms1011位375ms1112位750ms根据DS18B20的通讯协议，主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条ROM指令，最后发送RAM指令，这样才能对DS18B20进行预定的操作。复位要求主CPU将数据线下拉500微秒，然后释放，DS18B20收到信号后等待1660微秒左右，后发出60240微秒的存在低脉冲，主CPU收到此信号表示复位成功。2.本实验在读取温度的基础上，完成类似空调恒温控制的实验。用加热电阻代替加热电机。温度值通过LED静态显示电路以十进制形式显示出来，制冷采用自然冷却。时间安排1、 第1天：讲解设计要求和要点，学生查询参考资料和相关材料，明确本次课程设计的任务。2、 第2-3天：运用计算机，设计并绘制原理图、印刷电路图。3、 第4-5天：绘制软件流程图，编写源程序。4、 第6-8天：软、硬件结合，进行实物调试。5、 第9天：编写课程设计报告。6、 第10天：验收、答辩