東北電力大學自動化計算機控制系統課程設計論文

1.題目背景與意義

《計算機控制系統》是一門技術性、應用性很強的學科，實驗課教環節是它的一個極為重要的環節。不論是硬件擴展、接口應用還是編程方法、程序調試，都離不開實驗課教學。如果不在切實認真地抓好學生的實踐技能的鍛煉上下功夫，單憑課堂理論課學習，勢必出現理論與實踐脫節，學習與應用脫節的局面。

《計算機控制系統》課程設計的目的就是讓同學們在理論學習的基礎上，通過完成一個涉及MCS-51單片機A/D和D/A多種資源應用并具有綜合功能的小系統目標板的設計與編程應用，使學生不但能夠將課堂上學到的理論知識與實際應用結合起來，而且能夠對電子電路、電子元器件、等方面的知識進一步加深認識，同時在系統設計、軟件編程、相關儀器設備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。

設計題目介紹

設計一個基于單片機的具有A/D和D/A功能的信號測控裝置。要求該信號測控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號，同時可輸出標準電壓/電流信號。并滿足抗干擾、通用性、安全性、性價比等原則性要求。

標準電壓/電流信號此處定為：0～5V/4～20mA

(0～20mA

2.1發揮部分

1)

可將系統擴展為多路?？稍诖讼到y中擴展鍵盤、顯示（LCD/LED）、與上位機通訊功能。

2)

完成以上基本設計部分之后，可以運用Protues仿真軟件對設計結果進行相應的編程和仿真，調試測控系統并觀察其運行結果(可以分部分完成)。

系統總體框架

圖1總體框圖

系統硬件設計

4.1

AT89C52

4.1.1

AT89C52的主要工作特性

片內程序存儲器內含8KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次；

片內數據存儲器內含256字節的RAM；

具有32根可編程I/O口線；

具有3個可編程定時器；

中斷系統是具有8個中斷源、6個中斷矢量、2個級優先權的中斷結構；

串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口；

具有一個數據指針DPTR；

低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；

具有可編程的3級程序鎖定位；

AT89C52工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為5V；

AT89C52最高工作頻率為24MHz。

4.1.2

AT89C52的最小電路

圖2

AT89C52最小電路圖

4.2

ADC0809

4.2.1

ADC0809概述

ADC0809是8位逐次逼近式A/D轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。是目前國內應用最廣泛的8位通用A/D芯片

4.2.2

ADC0809的主要特性

1）8路輸入通道，8位A/D轉換器，即分辨率為8位。

2）具有轉換起?？刂贫?。

3）轉換時間為100μs(時鐘為640kHz時)，130μs（時鐘為500kHz時）

4）單個+5V電源供電。

5）模擬輸入電壓范圍0～+5V，不需零點和滿刻度校準。

6）工作溫度范圍為-40～+85攝氏度。

7）低功耗，約15mW。

4.2.3

ADC0809的內部結構

ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，內部結構如圖3所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型A/D轉換器、逐次逼近寄存器、邏輯控制和定時電路組成。

圖3

ADC0809內部結構圖

圖4

ADC0809引腳圖

圖5

ADC0809

與AT89S52的連接電路

4.3

DAC0832

4.3.1

DAC832的主要特性參數

*

分辨率為8位；

*

電流穩定時間1us；

*

可單緩沖、雙緩沖或直接數字輸入；

*

只需在滿量程下調整其線性度；

*

單一電源供電（+5V～+15V）；

*

低功耗，20mW。

4.3.2

DAC0832的工作方式及引腳圖

根據對DAC0832的數據鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。

DAC0832引腳圖如圖6所示

DC0832是采樣頻率為八位的D/A轉換芯片，集成電路內有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。所以這個芯片的應用很廣泛,關于DAC0832應用的一些重要資料見下圖：

D/A轉換結果采用電流形式輸出。若需要相應的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現。運放的反饋電阻可通過RFB端引用片內固有電阻，也可外接。DAC0832邏輯輸入滿足TTL電平，可直接與TTL電路或微機電路連接。

圖6

D/A轉換器引腳圖

4.3.3

DAC0832的數模轉換圖

圖7

DAC0832的數模轉換圖

4.4

MAX7219

MAX|X7219/MAX7221是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅動器,它連接微處理器與8位數字的7段數字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個獨立的LED。

4．4.2

MAX7219的功能特性

10MHz連續串行口

獨立的LED段控制

數字的譯碼與非譯碼選擇

150μA的低功耗關閉模式

亮度的數字和模擬控制

高電壓中斷顯示

共陰極LED顯示驅動

限制回轉電流的段驅動來減少EMI（MAX7221）

SPI,QSPI,MICROWIRE串行接口（MAX7221）

24腳的DIP和

SO

封裝

4.5

LED顯示

圖9

為MAX7219的8位LED顯示電路實例。圖5中，單片機89C52的P1.0、P1.1分別接MAX7219的串行數據輸入端DIN和時鐘信號CLK,P1作為LOAD信號。電阻R根據不同的LED選值，范圍在7KΩ～

60KΩ之間。

圖8　MAX7219

應用電路

5.系統軟件設計

圖9系統軟件框圖

6.結論

通過這次設計，我加深了對《計算機控制系統》這門課的了解，在查資料的過程中了解了各種芯片的作用和特點，尤其是對單片機的了解，懂得了如何將已學到的知識運用到實際中去，加深了對課本知識的理解，也學到了一些在課本中學不到的知識。

在設計的過程中我們克服了各種困難，了解了科研的艱辛，也培養了我們查閱資料自學的能力，使我們的學習能力和適應能力得到了提高

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