单片机数据采集和控制系统的设计【毕业论文+开题报告+外文翻译+任务书】
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任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在专业的负责人审查、系部领导签字后生效。此任务书应在第七学期结束前填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系部主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“系部”、“专业”等名称的填写，应写中 文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号； 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 2005文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性； 6 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 2005数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 要求学生独立设计一个单片机通用控制系统，主 要包括：显示模块、按键输入模块、I/O 输入输出模块、光电隔离模块、通讯模块等部分，能够实现工业中常用的数据采集与控制等功能。通过该课题的锻炼，使学生能了解并学会使用单片机，熟悉单片机系统的外围芯片组成；同时对控制系统在工程中的应用有深刻认识，学会单片机程序的编写和调试；学会一整套分析问题、解决问题的方法，培养出独立的工作能力和动手能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 该课题是利用单片机作为控制器件，通过有关的外围接口芯片，完成模拟数据的采集和显示、 键盘按键输入、 I/O 输入输出、继电器隔离输出、与其他外部设备的串行通讯等功能。为做好该课题，同学需要理解单片机的工作原理、有关外围接口芯片的工作机理；电源电路设计、模拟数字电路处理； C 和汇编语言设计等等方面的知识。首先要能够读懂理解单片机的工作原理、各接口的功能作用；熟悉外围芯片的工作原理和典型电路；其次要根据任务书的内容要求，综合各个芯片，正确连接各芯片引脚，画出整个采集与控制系统的电路原理图；最后配合相应的控制程序来实现预定的各项功能。 对该课题的要求分成两个方面：一方面是硬件的要求，另一方面是软件的要 求。 对硬件的要求： 分采用 12辨率，实现 10V 范围内的电压信号采集和控制输出； 显示部分采用 够正确识别键盘的按键，并显示各种状态； 具备 讯接口； 分采用光电隔离。 对软件的要求： 能够正确采集并显示模拟信号的幅值； 能够与其他设备进行正常通讯，并显示通讯状态和数据； 能够按照设定程序控制外部 口动作； 能够正确识别键盘的按键。 整个课题设计完成后，要全部调试通过单片机程序，检查考核是否实现了应有的功能。最后整理资料，并撰写毕业论文。 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 课题成果内容包括： 1) 正确的系统硬件电路图； 2) 所用到的各模块或者芯片的原理资料； 3) 调试通过的单片机源程序； 4) 搭建的硬件电路和毕业论文。 4主要参考文献： 1 何立民 . 单片机应用系统设计 M. 第 1 版 . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1990. 2 李华 . 统单片机实用接口技术 M. 第 1 版 . 北京 :北京航空航天大学出版社 ,1993. 3 赵建领 . 51 系列单片机开发宝典 M. 第 1 版 . 北京 :电子工业出版社 ,2007. 4 中国自动化技术公司 . 速查手册 . 北京 :中国自动化技术公司 . 5 龙宪惠 . 脉冲与数字电路 M. 第 1 版 . 四川 :四川大学出版社 ,1991. 6 王远 . 模拟电子技术 M. 第 1 版 . 北京 1991. 7 任致程 . 电子制作工艺技巧 M. 第 1 版 . 北京 :人民邮电出版社 ,1999. 8 陈隆昌 ， 阎治安 . 控制电机 M. 第三版 . 西安 :西安电子科技大学出版社， 2000 9 张 积东 . 单片机 51/98 开发与应用 M. 北京 :电子工业出版社， 1994. 10 张志良 . 单片机原理与控制技术 M. 北京 :机械工业出版社， 2002. 11 杜尚丰等 . 线测控技术及其应用 M. 北京 :电子 工业出版社， 2007. 12 广州周立功单片机发展有限公司） 13 14 15 00307/16 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2009 年 3 月 9 日 3 月 28 日 3 月 29 日 4 月 15 日 4 月 16 日 5 月 15 日 5 月 16 日 6 月 8 日 6 月 9 日 6 月 14 日 查阅资料，熟悉所需选用的元件，单片机原理及外围芯片原理，翻译外文资料，写开题报告 构思整体结构，理解各芯片的典型电路工作原理。 绘制整体电路原理图。 编写控制程序，调试运行、修改。 完善硬件电路和软件功能，撰写论文。 毕业答辩 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 系 部 意见： 系 部主任 ： 年 月 日 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 单片机数据采集和控制系统的设计 指 导 教 师 : 年 月 日 开题报告填写要求 1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效； 2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务 处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见； 3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于 15篇 科技论文的信息量，一般一本 参考书最多 相当于三篇科技论文的信息量 （不包括辞典、手册）； 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2009 年 3 月 15 日”或“ 2009 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写 2000 字左右的文献综述： 文 献 综 述 摘要 近年来 ,各种单片机的数据采集系统 (泛应用于工业生产、测量和工业控制技术中， 随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。 国内大大小小很多公司多开发了数据采集器和卡之类的产品，这使信息的数字化提供了极大的方便。 关键词 单片机 数据采集 控制系统 光电隔离 1 单片机 单片机也被称为微控制器（ 是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 专用处理器发展而来 2。最早的设计理念是通过将大量外围设备和成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。 最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 1 1 单片机控制系统 一个单片机控制系统主要包括：显示模块、按键输入模块、 I/O 输入输出模块、光电隔离模块、通讯模块等。 1. 液晶 显示原理 液晶显示原理 主要特色在于体积小 、 薄，重量轻，低辐射等。 基于液晶电光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等 3。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性在通电时导通，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过 ； 不通电时，排列则变得无序，从而阻止光线通过。 2. 键盘 编码键盘：由硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。每按一次键，键盘自动提供被按键的读数，同时产生一选通脉冲通知微处理器，一般还具有反弹跳和同 时按键保 护功能 4。这种键盘易于使用，但硬件比较复杂，对于主机任务繁重之情况，采用 8279 可编程键盘管理接口芯片构成编码式键盘系统是很实用的方案。 非编码键盘：只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为简单，但占用 多时间。有：独立式按键结构、矩阵式按键结构。 3. A/D 转换原理 A/D 转换是指将模拟量离散化转换成计算机能接受的数字量。其主要指标是分辨率、满刻度误差、输出模拟量的类型和范围、转换时间及与 接口方式。 4. D/A 转换原理 将每位代码按照其 “ 权 ” 值转换为相应的模拟量 (仅指模拟电压 ) 5，然后再把对应于各位代码的模拟量加起来，所得模拟量的总和，就是与被转换数字量相对应的模拟量。 5. 串行接口 串行通信是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。 串行通信本身又分为异步通信与同步通信两种。 串行通信线路上传送的是数字信号，表示传送数字信号能力的指标为数据速率 (其单位为 即每秒钟传 送的二进制位数 6 7。 串行接口标准： 目前普遍采用的一种串行接口标准是 232 C 标准。 232 C 接口标准采用 25 个引脚的连接器（ D 型插座）。 232 C 规定有 25 根连线。 6. 继 电器隔离 继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系。因此，可以利用继电器的线圈接受电气信号，而用触点发送和输出信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接联系，实现了抗干扰隔离 8。 7. I/O 端口的功能 I/O 接口的功能是负责实现 过系统总线把 I/O 电路和外围设备联系在一起 。 1 2 单片机的发展 纵观我们现在生活的各个 领域，从导 弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 、电子宠物等，这些都离不开单片机 9。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且 成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体 积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达 3 亿片，且每年以大约 20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到 1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的 10。 2 数据采集 “ 数据采集 ” 是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。 2. 1 数据采集 系统的功能 从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大 1。 2. 2 数据采集系统的任务 数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进 行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。 2. 3 数据采集系统的现状 在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先 ,分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次 ,总线兼容型数据采集插件的数量不断增大 ,与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。 3 结束语 本设计主要以单 片机 片为控制核心和数据采集电路、 码管显示电路以及供电系统四大部分构成数据采集和显示功能 11 12。当有模拟信号输入时，单片机控制 A/要输入的模拟信号转换为相应的数字信号存入到单片的内存中，在控制 示驱动器把内存中的数字信号显示出来。通过键盘来改变 显示的数据，把改变的数据通过控制 D/A 转换器输出成相应的模拟信号。应用通讯端口（ 成与其他控制器之间的数据通讯 13 14。 参 考 文 献 1 肖忠祥 M 西北工业大学出版社 2 何宏 M防工业出版社 3 蔡方凯 M国水利水电出版社 4 南建辉 片机原理及应用实例 M清华大学出版社 5 戴佳 片机应用系统开发典型实例 M国电力出版社 6 郭文川 M化学工业出版社 7 杨斌 M西南交通大学出版社 8 彭为等 M电子工业出版社 9 付家才 . 单片机实验与实践 M等教育出版社 10 陈正义 M民邮电出版社 11 朱善君等 M华大学出版社 12 李广第等 M京航空航天大学出版社 13 姜志海 M子 工业出版社 14 罗耀华 M尔滨工程大学出版社 15 黄仁欣 M. 北京： 北京大学出版社， 2005. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 一要研究和解决的问题： 理解单片机的工作原理、有关外围接口芯片的工作机理；电源电路设计、模拟数字电路处理； C 和汇编语言设计等等方面的知识。首先要能够读懂理解单片机的工作原理、各接口的功能作用；熟悉外围芯片的工作 原理和典型电路；其次要根据任务书的内容要求，综合各个芯片，正确连接各芯片引脚，画出整个采集与控制系统的电路原理图；最后配合相应的控制程序来实现预定的各项功能。 二采用的研究手段 1. 通过 A 转换器，把输入的模拟信号转换成数字信号和把输出的数字信号转换成模拟信号。 2. 通过 显示输入的信号数值。 3. 应用键盘来对输入信号的改变。 4. 通信端口负责系统与其它系统之间的数据交换。 5. 通讯端口兼容性采用 各种典型的通讯接口来解决。 6. 通过单片机（ 各个端口的编程来控制各端口数据的 输入 /输出。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页 目 录 1 引言 . I 片机的发展概况 . 4 片机的应用系统概述 . 3 2 各个器件及工作原理 . 5 . 5 (. 9 (. 10 电器隔离 . 13 讯接口 . 13 . 14 279芯片 . 15 晶显示原理 . 16 盘接口 . 18 3 硬件设计 . 19 （论文） 第 2 页 共 41 页 毕业设计说明书（论文）中文摘要 论文围绕课题“ 单片机 数据采集与控制系统的设计”而展开分析。论文主要由两部分组成：硬件部分和软件部分的介绍。硬件部分介绍控制芯片 279、 盘的设计、与其他外部设备的通讯接口、光电隔离等。软件部分采用模块化实现 A/D 转换、 D/A 转换、键盘改变数据显示和系统与其他系统之间的通讯。同时采 用流程图的方式来详细说明各个模块的实现过程，附有电路原理图和 言程序清单。 关键词 单片机 控制系统 A/ 光电隔离 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 41 页 毕业设计说明书（论文）外文摘要 of he of . of 8279, of so to , D/A of is to of in 51 A/D 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 41 页 1 引言 单片机是微型计算机的一个重要分支 ,它被广泛应用 于工业控制、数据采集以及仪器仪表等众多领域。近几年来，随着各种高性能、高集成度、低成本的新型单片机 的出现以及嵌入式系统的兴起，单片 机应用领域不断扩大。除了工业控制外、民用娱乐、消费性产品上也随处可见单片机的身影。 本设计主要以单片机 当有模拟信号输入时，单片机控制 A/D 转换器，把要输入的模拟信号转换为相应的数字信号存入到单片的内存中，在控制 过键盘来改变 改变的数据通过控制 D/用通讯端口（ 成与其他控 制器之间的数据通讯。 片机的发展概况 从诞生至今 ，单片机的发展已经经历了 4个阶段，今后单片机的发展主要应该体现在以下几个方面。 （ 1） 更高的集成度 高集成度意味着开发难度、开发成本的降低。近几年来各个单片机生产厂家都推出了许多 集成了各种外围器件的增强型单片机，如 8051F 系列，其中集成了看门狗、 12位 A/D、 10位 D/于一般的系统来说，基本上不用再进行外围扩展，而且其价格也比这些外围器件的价格总和要低得多，大大降低了开发难度和成本。 （ 2）更快的运算能力 虽然单 片机是面向控制和采集的，对计算能力的要求并不高，但是更好的运算速度和精度将意味着控制的更为精确。此外，一些需要大数据量计算的产品的出现也要求单片机需具有较高的运算能力。 （ 3）降低功耗和价格，更好的稳定性 在 很多应用场合应用系统对功耗和稳定性的要求是非常高的。因此，许多厂商在这个方面动了很多脑筋 ，比如采用 术、空闲掉电的方法来节电等， 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 41 页 而价格则是设计者在选择阶段重点考虑的音素。无疑，在性能接近的条件下价格将会起主导作用。近几年来，单片机技术的发展、制造工艺的成熟使单片机价格下降成为可能。 片机 的应用系统概述 单片机系统是一个相当复杂的系统，需要设计者对软 /硬件设计都非常了解。硬件设计方面一般需要设计者考虑器件选择，单片机外围接口电路、驱动电路的设计等问题；软件方面则需要设计者根据硬件结构来完成 相应的功能设计。此外，由于系统的环境对单片机系统的影响很大，在系统设计的过程中还需要再软 /硬件上考虑系统的可靠性、抗干扰性和体积大小等问题。 一般来说一个单片机应用系统的设计应该分为以下几步。 （ 1） 总体设计 :主要是确定系统的功能，研究系统的可行性，估计系统成本，确定系统的整体方案。如果 系统比较庞大，则需要划分功 能模块，确认各个模块的功能目标，相互间的接口等问题。 （ 2） 硬件设计 :在确定了整体方案的基础上，根据方案中对系统和功能的要求，进行器件的选型，然后设计单片机外围器件的接口、驱动电路，画出原理图并进行验证，还需要考虑硬件上抗干扰、功耗等问题。最后设计 （ 3） 软件设计 :软件是系统的灵魂。此部分可以在硬件设计的后期与硬件设计同步进行。软件设计的目标是根据硬件的结构设计出相应的功能程序，并在硬件平台上进行功能测试，根据测试结果进行进一步的修改。 （ 4） 全系统整体测试 :在软 /硬件设计完成 ，必须进行全系统整体测试，测试系统功能 是否完备，硬件设计整体是否合理。此外，应该对系统整体在相应环境下的稳定性、抗干扰性进行测试。测试完成后进行烧片，并考虑产品化问题。 （ 5） 系统功能扩展、升级、完善。在系统设计时还需考虑到今后产品的更新问题，可能的话应该保留升级的接口，做好今后升级的准备。 一个常规的单片机 应用系统 一般包括以下 3个子系统。 （ 1） 人机交互系统 一般来说，单片机应用系统都需要和人进行对话：人需要了解应用系统的行 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 41 页 为进行干预 ；系统也需要把数据和状态给人显示。 一般的人机交互系统有：输入设备，如键盘、拨码开关等；输出设备，如数码管、 外 ，还包括人、机间的通信手段：串行通信、 线等。 （ 2） 前向通道系统 前向通道系统指单片机应用系统中 将被测对象需测量的外部信息转换为单片机可以处理的内部信息的子系统。可以说，前向通道系统是整个系统的信息传入部分，没有这部分，整个系统就像没感觉的人一样，对外界的信号毫无反应。 在测量系统中，前向通道系统就是整个系统的核心部分；在测控系统中，前向通道系统就是控制的必要环节。 一般前向通道系统中包括各种传感器、信号调理电路以及信号转换等。 （ 3） 后向通道系统 后向通道系统是指单片机应用系统中将单片机输出的控制信息转换为被 控对象可以利用的控制信号的子系统。 一般的后向通道系统中都存在着弱电控制强电，或者以小功率控制大功率。因此后向通道系统包括各种功率接口器件和各种驱动电路，有的系统中还需要有信号转换等。 一个完整的单片机应用系统一般都是由上面 3个子系统组合而成的。当然，根据应用系统的功能要求不同，在子系统配置上的侧重会有所不同。例如 ，在单纯的测量系统中就基本不需要后向通道系统，只要有前向通道系统加上人机交互系统就可以了；而对于一些人工控制的系统就不需要前向通道系统了。具体怎么配置都必须根据系统功能要求，在系统整体设计时确定。 本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 41 页 2 各个器件及 工作原理 设计一个“ 单片机 数据采集与控制系统”，芯片的选择尤为重要，在控制芯片的选择上，由于 片与 容，擦写次数为 1000 次，比 8051功能更全，所以控制芯片选 统采集的一般都是模拟数据量，因此需用 A/讯端口可以方便地与其他系统进行数据交换，由于通讯接口芯片的更新，有些系统还采用老的通讯接口芯片，因此系统的通讯接口芯片采用 一个低功耗，高性能 位单片机，片内含 4k 可反复擦写 1000 次的 读程序存储器，器件采用 司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准令系统及 80脚结构，芯片内集成了通用 8 位中央处理器和储单元，功能强大的微型计算机的 为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 有如下特点： 40 个引脚， 4k 内程序存储器，128 随机存取数据存储器（ 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（ 路，片内时钟振荡器。 此外， 可通过软件设置省电模式。空闲模式下，停工作，而 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 数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有 三种封装形式，以适应不同产 品的需求。 主要特性： 8031 容 4K 字节可编程 储器 (寿命： 1000 写 /擦循环 ) 全静态工作： 0级程序存储器保密锁定 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 41 页 128*8 位内部 2 条可编程 I/O 线 两个 16 位定时器 /计数器 6 个中断源 可编程串行通道 低功耗的闲置和掉电模式 片内振荡器和时钟电路 引脚功能说明： 电电压。 地。 ： 为一个 8 位漏级开路双向 I/O 口，每脚可吸收 8电流。当 的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。 够用于外部 程序数据存储器，它可以被定义为数 图 据 /地址的第八位。在 程时， 作为原码输入口，当 行校验时， 出原码，此时 部必须被拉高。 ： 是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器能接收输出 4电流。 管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入， 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 程和校验时， 作为第八位地址接收。 表 第二功能引脚说明 端口 引脚 第二功能 于 程 ) 于 程 ) 于 程 ) ： 为一个内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 缓冲器可接收，输出 4 个 电流，当 被写 “1” 时，其管脚被内部上拉电 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 41 页 阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时， 的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。 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， 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，输出其特殊功能寄存器的内容。 在 程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 ： 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 电流。当 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， 将输出电流（ 是由于上拉的缘故。 表 端口引脚 第二功能 行输入口） 行输出口） (外中断 0) 1 (外中断 1) 时 /计数器 0外部输入） 时 /计数器 1外部输入） 外部数据存储器写选通） 外部数据存储器读选通） 同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信 号。 I/O 口作为输入口时有两种工作方式即所谓的读端口与读引脚读端口时实际上并不从外部读入数据而是把端口锁存器的内容读入到内部总线经过某种运算或变换后再写回到端口锁存器只有读端口时才真正地把外部的数据读入到内部总线上面图中的两个三角形表示的就是输入缓冲器 根据不同的指令分别发出读端口或读引脚信号以完成不同的操作这是由硬件自动完成的不需要我们操心 1 然后再实行读引脚操作否则就可能读入出错为什么看上面的图如果不对端口置 1 端口锁存器原来的状态有可能为 0Q 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 41 页 端为 0Q为 1 加到场效应管栅极的信号为 1 该场效应管就导通 对地呈现低阻抗 ,此时即使引脚上输入的信号为 1 也会因端口的低阻抗而使信号变低使得外加的 1 信号读入后不一定是 1 若先执行置 1 操作则可以使场效应管截止引脚信号直接加到三态缓冲器中实现正确的读入由于在输入操作时还必须附加一个准备动作所以这类 I/O 口被称为准双向口 891/3 口作为输入时都是准双向口接下来让我们再看另一个问题从图中可以看出这四个端口还有一个差别除了 外 都还有其他的功能 位输入。当振荡器复位器件时，要保持 两个机器周期的高电平时间。 访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 冲。如想禁止 输出可在址上置 0。此时， 有在执行 令是 起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 止，置位无效。 外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/号将不出现。 持低电平时，则在此期间外部程序存储器（ 0000不管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时， / 保持高电平时，此间内部程序存储器。在程期间，此引脚也用于施加 12V 编程电源（ 向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 自反向振荡器的输出。 本科毕业设计说明书（论文） 第 11 页 共 41 页 (一种单片高速 12 位逐次比较型 A/D 转换器，这里介绍 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 1/2 1换速率： 25拟电压输入范围： 0 10 20V， 0 5V 和 0 10V 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。 各 个管教作用： 模拟电压输入范围 0 +10V ； 0+20V；5V； 10V。 (1)10 20 100极性输入时 模拟公共地，双极性时 对应的 图 脚图 (2)拟电路工作电源正、负输入线。（ 12 (3)字电路正电源（ +5 (4) 字地 (5) 部基准电源输出线（ 10 (6)(7)换结束输出信号线，低电平有效。 (8)使能信号输入线，高电平有效。 (9)选信号输入线，低电平有效。 (10)R/C 读 /启动控制信号 ，当高电平时，表示读 A/D 转换数据；低电平时，启动 A/D。 本科毕业设计说明书（论文） 第 12 页 共 41 页 (11)12/8 12 位 /8 位读取方式输入线。必须与 数字地连接。接，进行 12 位读取，接数字地时与 合进行高八位和低四位读取。 (12)节选择输入线。在启动 A/D 时，低电平，产生 12 位转换，高电平时，产生 8 位转换；在读取数据时，低电平，输出高 8 位数据，高电平，输出低 4 位。接到 线不起作用。 (2位双缓冲乘法 D/A 转换器，可以与各种微处理器直接接口。在与 16位微处理器一起使用时， 列的 12根数据输入线可直接与微处理器的数据总线接口。其主要技术指标如下： (1) 分辨率 12 位。 (2) 电流建立时间 1 s。 (3) 线性度，满量程的 8位、 10位、 11 位、 12位。 (4) 可双缓冲、单缓冲或直接数字输入。 (5) 满足 (6) 可与所有通用微处理器直接接口。 (7) 参考电压 10V +10V。 (8) 单电源， +5V +15V。 (9) 低功耗， 20 4个管脚，采用双列直插式结构，其排列顺序如图所示 。三组，先描述如下： (1) 输入输出线 数据总线 8位 位输入寄存器，低 4 位 3对应低 4位输入寄存器。电流输出线 数。 存器中所有数字位均为“ 1”时， 全“ 0”时， (2) 电源及地线 字电源电压输入。 拟地。 本科毕业设计说明书（论文） 第 13 页 共 41 页 字地。 准电压输入，选择范围 +10V。 (3) 控制线 内集成反馈电阻，为外部运算放大器提供一个反馈电压。 片选信号。 :第一级缓冲器的写选通信号。 图 :字节顺序控制信号。此控制为高电平，高 8位输入寄存器及低 4位输入寄存器均被允许；此控制端为低电平时，仅低 4位输入寄存器被允许。 :第二级缓冲器的写选通信号，即 12 位 :传送控制信号。 电器隔离 在微机测控系统中被控对象往往是强点设备 ， 负载功率较大 。 因此 ， 微机系统必须具有将输出的低电压、小电流信号转换成高电压、大电 流信号的装置，成为功率接口。由于功率接口直接控制着被控设备的启停，经它引入的干扰更直接、更强烈。因而被控设备成为微机系统的主要干扰源。工程实践表明抑制被控设备的干扰或者提高功率接口的抗干扰能力，是保证工业自动化装置正常运行的关键。许多继电器负载，如电磁继电器、接触器、电铃、电磁阀门和电磁抱闸等，它们的一个共同特点是工作电压高于单片机 +5动电流一般较大，因此，从单片机输出的信号经过驱动电路进行转换，使输出的驱动电压、电流能够适应这些负载的要求。此外，还要解决在负载工作过程中对电源的干扰以及线圈断电时 在线圈两端产生极高的感应电压等问题，针对不同的措施以提高单片机应用系统的可靠性。 讯接口 不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。因此在视频界的应用，许多厂家都建立了一套高层通信协议，或公开或厂家独家使用。如录像机厂家中的 频服务器上的控制协 本科毕业设计说明书（论文） 第 14 页 共 41 页 议则更多了，如 (1) 行接口 行接口 是美国电子工业协会 定的一种串行物理接口标准。 英文 “ 推荐标准 ” 的缩写， 232 为标识号， C 表示修改次数。 线标准设有 25 条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 准规定的数据传输速率为每秒 50、 75、 100、 150、300、 600、 1200、 2400、 4800、 9600、 19200 波特。 准规定，驱动器允许有 2500电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m 的通信电缆时，最大通信距离为 15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是 单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于 20m 以内的通信。 (2) 行接口 线 ,在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用 行总线标准。 用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模 干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至 200电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。 用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。 以省掉许多信号线。应用 以联网构成分布式系统，其允许最多并联 32 台驱动器和 32 台接收器。 控制器局部网（ 于其卓越性能现已 广泛应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门。控制器局部网将在我国迅速普及推广。 线是德国 司从 80 年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通 本科毕业设计说明书（论文） 第 15 页 共 41 页 信介质可以是双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达 1线通信接口中集成了 议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。 的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法的优点可使网络内的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由 11位或 29位二进制数组成，因此可以定义 211或 229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到相同的数据，这一点在分布式控制系统中非常有用。数据段长度最多为 8个字节，可满足通常工业领域中控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时， 8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。 证了数据通信的可靠性。 高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此，越来越受到工业界的重视，并已公认为最有前途的现场总线之一。 279 芯片 8279的引脚功能： 采用单 540脚封装。 向数据总线，用来传送 8279与 钟输入线，用以产生内部定时的时钟脉冲。 位输入线， 8279 复位后被置为字符显示左端输入，二键闭锁的触点回弹型式，程序时钟前置分频器被置为 31, 选输入 线，低电平有效，单片机在279读 /写操作。 冲器低位地址，当 示数据总线上为命令或状态， 当为 图 8279引脚图 本科毕业设计说明书（论文） 第 16 页 共 41 页 低电平时，表示数据总线上为命令或状态，当为低电平时，表示数据总线上为数据。 信号输入线，低电平有效，将缓冲器读出，数据送往外部总线。 信号输入线，低电平有效，将缓立器读出 ,将数据从外部数据总线写入8279的缓冲器。可按其功能分为 :键盘功能块 ;显示功能块 ;控制功能块 ;与 定时寄存器 ,定时和控制 ,扫描计数器三部分 ,它主要用来控制键盘和显示功能块工作 . 控制和定时寄存器 :用于存贮来自 编程命令 ,279 编程以确定键盘与显示器工作方式和其它工作条件时 ,先把命令控制数据放到数据总线上 ,然后使 ,并在 并经译码 ,建立适当的功能 . 定时和控制 :它含基本的定时计数器 ,第一个计数器是一个分频系数为 2分频系数可由程序预置 ,使内部频率为 100而能给出 5. 1其它计数器将此基本频率分频后 ,提供适当的按键扫描 键盘阵列扫描 扫描计数器 :扫描计数器有两种工作方式 ,在编码工作方式时 ,计数器提供一种二进制计数 ,通过管脚 在译码工作方式时 ,扫描计数器对最低二位进行译码 ,选 1的译码信号 ,作为显示器和键盘的译码扫描 . 晶显示原理 液晶显示器 (显像原理，是将液晶置于两片导电玻璃之间，靠两个电极间电场的驱动，引起液晶分子扭曲向列的电场效应，以控制光源透射或遮蔽功能，在电源关开之间产生明暗而将影像显示出来，若加上彩色滤光片，则可显示彩色影像。在两片玻璃基板上装有配向膜，所以液晶会沿着沟槽配向，由于玻璃基板配向膜沟槽偏离 90度，所以液晶分子成为扭转型，当玻璃基板没有加入电场时，光线透过偏光板跟着液晶做 90 度扭转，通过下方偏光板，液晶面板显示白色；当玻璃基板加入电场时，液晶分子产生配列变化，光线通过液晶分子空隙维持原方向，被下方偏光板遮蔽，光线被吸收无法透出，液晶面板显示黑色。液晶显示器便是根据此电压有无，使面板达到显示效果。 本科毕业设计说明书（论文） 第 17 页 共 41 页 一般来讲液晶运用在显示器上，主要靠液晶的电光效应和偏光的特性。偏光的涵义是指光波只会在一个平面上震动，主要是靠偏光滤光器（滤光器是由两块互相成为 90 度的单一滤光镜片构成）。而 以两块玻璃片中填满液晶材料所构成，由 于 液晶拥有黏性（ 弹性（ 极化性(性质，因此当电极通过就会改变偏光的特性。为了使 两块玻璃片中间的顶部和底部排列互相成为 90 度的导体，每一个交叉点就是一个单元，透过讯号输入至每一单位，因此就能控制影像的显示。 液晶显示器的分类 目前液晶显示器可分成三大种类，分别是扭转向列型（ 称 超扭转向列型（ 称 彩色薄膜型（ 称 (1) N 是继 的液 晶材料 后 ，所发展的新液晶材料， 最大特点就如同其名称扭转向列一般，其液晶分子从最上层到最下层的排列方向恰好是呈 90 度的 3D 螺旋状。 出现奠定了现今 展的主要方式，但是由于 有两个重大缺点，那就是无法呈现黑、白两色以外色调，以及当液晶显示器越做越大时其对比会越来越差，使得各种新的技术陆续出现。 (2) 出现是为了改善 比不佳的问题，最大差别点在 于 液晶分子扭转角度不同以及在玻璃基板的配合层有预倾角度，其液晶分子从最上层到最下层的排 列方向恰好是 180 度至 260 度的 3D 螺旋状。但是， 然改善了 对比问题，其颜色的表现依然无法获得较好的解决， 颜色除了黑、白两个色调外，就只有橘色和黄绿色等少数颜色，对 于 色彩的表达仍然无法达到全彩的要求，因此仍然不是一个完善的解决方式。 (3) 了改善对 于 色彩的要求，又发明了 种新技术。 基本构造原理与 别在 于 本科毕业设计说明书（论文） 第 18 页 共 41 页 则是加上一片色补偿用薄膜。 有高解析度和全彩的优点，完全改善 比对问题和 色彩问题。但可惜的是， 有液晶分子的反应较慢的问题，在放映数量较大的资料时，会造成无法负荷的缺点，因此也不是完善的解决方式。 盘接口 在单片机应用系统中，除了复位按键有专门的复位电路及专一的复位功能外其它按键都是以开关状态来设置控制功能或输入数据。当所设置的功能或数字键按下时，计算机应用系统应完成该按键所设定的功能 ，键信息输入是与软件结构密切相关的过程。 对于一组键或一个键盘，总有一个接口电路与 后通过跳转指令转入执行该键的功能程序，执行完后再返回主程序。 键盘的输入：键盘的可靠输入是键盘接口设计的关键点。键盘的可靠输入大致有如下两个方面的内容。 第一 、 去抖动，目前的键盘按键均为机械式接触点，由于触点的机械弹性效应，在按键闭合和断开的时候，接触点的电压并不是立即变化，而是会出现抖动。根据按键的不同机械特性，抖动的时间长 短不等，大致在 510第二 、 一次按键处理，当按键按下之后，相应的按键编码以高低电平的方式输入到单片机的 I/键闭合是有一定的时间的，一般来说，大致为 为单片机的执行速度很快，如果处理不当，就有可能一次按键操作被执行很多次。为了去除按键的抖动，并且保证单片机对键盘按键的一次输入仅响应一次，可以在硬件和软件上采取不铜的措施。软件去抖动和一次按键处理的方法是：当程序检测到有键按下时，执行一个 10后再检测一次，看是否该键仍然闭合。如果仍然闭合则可以确认确实有键按下 ，从而可以消除抖动的影响。 在单片机应用系统中，键盘扫描只是 工作内容之一。 键盘的响应取决于键盘的工作方式，键盘的工作方式应根据实际应用系统中 工作状况而定，其选取的原则是既要保证 不要过多占用 工作时间。通常，键盘的工作方式有三种，即编程扫描、定时扫描和中断扫描。 本科毕业设计说明书（论文） 第 19 页 共 41 页 （ 1） 编程扫描方式 编程扫描方式是利用 执行键功能程序时， 再响应键输入要求，直到 键盘扫描程序 一般应包括以下内容： (a） 判别有无键按下。 (b）键盘扫描取得闭合键的行、列值。 (c）用计算法或查表法得到键值。 (d）判断闭合键是否释放，如没释放则继续等待。 (e）将闭合键键号保存，同时转去执行该闭合键的功能。 （ 2） 定时扫描方式： 定时扫描方式就是每隔一段时间对键盘扫描一次，它利用单片机内部的定时器产生一定时间（例如 10定时，当定时时间到就产生定时器溢
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