1、 课 程 设 计 报 告 学生姓名 : 邱博 学 号： 2013307010326 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 2 设计题目介绍 . 2 2.1 设计要求 . 2 2.2 设计意义 . 2 3 系统总体框架 . 3 3.1 系统设计思路 . 3 3.2 系统框架 . 3 4 系统硬件设计 . 3 4.1 单片机部分 . 3 4.1.1 单片机引脚介绍 . 4 4.1.2 单片机的最小实现 . 5 4.2 A/D 转换电路 . 6 4
2、.2.1 芯片选择 . 6 4.2.2 电路连接 . 6 4.3 D/A 转换电路 . 7 4.4 模拟信号输入通道 . 9 4.5 键盘模块 . 10 4.6 数码管显示电路 . 11 1 4.6 报警电路 . 11 5 系统软件设计 . 13 5.1 主程序框图 . 13 5.2 键盘控制程序框图 . 14 5.3 数据转换程序框图 . 14 5.4 显示程序框图 . 16 5 结论 . 17 参考文献 . 18 2 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
3、 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
4、，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 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
5、，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 1 4 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 Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能 CMOS 8 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AT89C
6、51 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 4 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 。 4.1.1 单片机引脚介绍 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
7、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。 P3.0RXD （串行输入口） P3.1TXD （串行输出口） P3.2/INT0 （外部中断） P3.3/INT1 （外部中断） P3.4T0 （ TIMER0 的外部输入脚） P3.5T1 （ TIMER1 的外部输入脚）
8、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） 。 5 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 1030uF， 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
9、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 1533pF，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 2 6 4.2 A/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 3 4.2.2 电路连接 图 4 7 4.3 D/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
10、/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 5 1） 0832 引脚功能 DAC0832 是 20 引脚的双列直插式芯片。各引脚的特性如下： CS 片选信号，和允许锁存信号 ILE 组合来决定 是 否起作用。 ILE 允许锁存信号。 WR1 写信号 1，作为第一级锁存信号，将输入资料锁存到输入寄存器（此时， 必须和 、 ILE 同时有效）。 WR2 写信号 2，将锁存在输入寄存器中的资料送到 DAC 寄存器中进行锁存（此时，传输控制信号 必须有效）。 XFER 传输控制信号，用来控制 。 DI7DI0 8 位数据输入端。 IOUT1 模拟电流
11、输出端 1。当 DAC 寄存器中全为 1 时，输出电流最大，当 DAC 寄存器中全为 0 时，输出电流为 0。 8 IOUT2 模拟电流输出端 2。 IOUT1+IOUT2=常数。 RFB 反馈电阻引出端。 DAC0832 内部已经有反馈电阻，所以， RFB 端可以直接接到外部运算放大器的输出端。相当于将反馈电阻接在运算放大器的输入端和输出端之间。 VREF 参考电压输入端。可接电压范围为 10V。外部标准电压通过 VREF与 T 型电阻网络相连。 VCC 芯片供电电压端。范围为 +5V+15V，最佳工作状态是 +15V。 AGND 模拟地，即模拟电路接地端。 DGND 数字地，即数字电路接地
12、端。 2） 0832 工作方式 DAC0832 有如下 3 种工作方式： 单缓冲方式。 单缓冲方式是控制输入寄存器和 DAC 寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把 DAC 寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。 双缓冲方式。双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到 DAC 寄存器，即分两次锁存输入资料。此方式适用于多个 D/A 转换同步输出的情节。 直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即 /CS， /XFER ， /WR1 ，/WR2 均接地， ILE 接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过 另加 I/O 接口与 CPU 连接，以匹配 CPU 与D/A 转换。 D/A 转换电路如图 6 所示。
