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：2

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 题目背景及意义 (1)

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 (2)

3.1 系统设计思路 (2)

3.2 系统框架 (2)

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 (3)

4.1.2单片机的最小实现 (4)

4.2 A/D转换电路 (5)

4.2.1 芯片选择 (5)

4.2.2 电路连接 (6)

4.3 D/A转换电路 (6)

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)

4.6 报警电路 (12)

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 (13)

5.3数据转换程序框图 (14)

5.4 显示程序框图 (15)

5 结论 (17)

参考文献 (18)

1 题目背景及意义

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及编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识及实际应用结合起来，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，及工业标准的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口 只做I/O 口使用，其内部有上拉电阻。

3、P2口 有两个功能：

模拟量输出 模拟量输入

（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2

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，