《计算机控制系统》课程设计报告

课程设计报告学生姓名:邱博学号：学院:自动化工程学院班级:自动133题目:计算机控制系统指导教师：赵波，姜文娟职称:副教授2016年6月27日目录1题目背景与意义.......................................................................................................2设计题目介绍...........................................................................................................2.1设计要求...........................................................................................................2.2设计意义............................................................................................................3系统总体框架...........................................................................................................3.1系统设计思路....................................................................................................3.2系统框架...........................................................................................................4系统硬件设计...........................................................................................................4.1单片机部分..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................4.2A/D转换电路.....................................................................................................4.2.1芯片选择....................................................................................................4.2.2电路连接....................................................................................................4.3D/A转换电路.....................................................................................................4.4模拟信号输入通道.............................................................................................4.5键盘模块...........................................................................................................4.6数码管显示电路................................................................................................4.6报警电路...........................................................................................................5系统软件设计...........................................................................................................5.1主程序框图........................................................................................................5.2键盘控制程序框图..............................................................................................5.3数据转换程序框图..............................................................................................5.4显示程序框图....................................................................................................5结论.........................................................................................................................参考文献......................................................................................................................1题目背景与意义在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个基于51单片机，A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统的设计与编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。2设计题目介绍2.1设计要求设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号，并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。标准电压/电流信号定为：0～5V/4～20mA(0～20mA)。2.2设计意义了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。3系统总体框架3.1系统设计思路根据题目要求寻找满足设计要求的芯片，定下具体框架，从题目可知其主要由三部分构成。首先是输入通道由A/D转换装置，其次为单片机部分，第三部分是输出通道即D/A转换装置。除主要部分外为了让装置具有更完善的功能，选用键盘显示报警等。3.2系统框架系统框架如图1所示。图14系统硬件设计4.1单片机部分本次课设选取AT89C51为主控制器，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。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。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高并且价廉的方案。AT89C51报警模块显示模块A/D转换模块键盘模块D/A转换模块模拟量输出模拟量输入1、P0口有三个功能：（1）外部扩充存储器时，当作数据总线（D0-D7）。（2）外部扩充存储器时，当作地址总线（A1-A7）。（3）不扩充时，可做一般I/O口使用，但内部没有上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。2、P1口只做I/O口使用，其内部有上拉电阻。3、P2口有两个功能：（1）扩充外部存储器时，当作地址总线（A8-A15）使用。（2）做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻。4、P3.0-P3.7统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。P3.0……RXD（串行输入口）P3.1……TXD（串行输出口）P3.2……/INT0（外部中断）P3.3……/INT1（外部中断）P3.4……T0（TIMER0的外部输入脚）P3.5……T1（TIMER1的外部输入脚）P3.6……/WR（外部数据存储器的写入控制信号）P3.7……/RD（外部数据存储器的读取控制信号）5、EA/VPP（1）接高电平时：a、CPU读取内部程序存储器（ROM）。b、扩充外部ROM：当读取内部程序存储器超过某一值时，自动读取外部ROM。（2）接低电平时：CPU读取外部程序存储器（ROM）。4.1.2单片机的最小实现1）单片机最小系统复位电路的极性电容C2的大小直接影响单片机的复位时间，一般采用10~30uF，51单片机最小系统容值越大需要的复位时间越短。2）51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。3）51单片机最小系统起振电容C1、C3一般采用15~33pF，并且电容离晶振越近越好，晶振离单片机越近越好。具体电路图如图2所示。图24.2A/D转换电路4.2.1芯片选择为了简化电路，这里我们选用ADC0831芯片进行模数转换处理。ADC8031为8位模数转换器，只有6支接脚，具有一组电压输入，透过AD转换成8位元数位值，微控制器读取转换结果，操作非常方便。图34.2.2电路连接图44.3D/A转换电路D/A转换电路采用DAC0832进行数模转换。DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，具有双缓冲器输入结构。其引脚图如图5所示。图51）0832引