东北电力大学自动化计算机控制系统课程设计论文

东北电力大学自动化计算机控制系统课程设计论文

1.题目背景与意义

《计算机控制系统》是一门技术性、应用性很强的学科，实验课教环节是它的一个极为重要的环节。不论是硬件扩展、接口应用还是编程方法、程序调试，都离不开实验课教学。如果不在切实认真地抓好学生的实践技能的锻炼上下功夫，单凭课堂理论课学习，势必出现理论与实践脱节，学习与应用脱节的局面。

《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，通过完成一个涉及MCS-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目标板的设计与编程应用，使学生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。

设计题目介绍

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/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA

(0～20mA

2.1发挥部分

1)

可将系统扩展为多路。可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED）、与上位机通讯功能。

2)

完成以上基本设计部分之后，可以运用Protues仿真软件对设计结果进行相应的编程和仿真，调试测控系统并观察其运行结果(可以分部分完成)。

系统总体框架

图1总体框图

系统硬件设计

4.1

AT89C52

4.1.1

AT89C52的主要工作特性

片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次；

片内数据存储器内含256字节的RAM；

具有32根可编程I/O口线；

具有3个可编程定时器；

中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2个级优先权的中断结构；

串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口；

具有一个数据指针DPTR；

低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式；

具有可编程的3级程序锁定位；

AT89C52工作电源电压为5（1+0.2）V，且典型值为5V；

AT89C52最高工作频率为24MHz。

4.1.2

AT89C52的最小电路

图2

AT89C52最小电路图

4.2

ADC0809

4.2.1

ADC0809概述

ADC0809是8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片

4.2.2

ADC0809的主要特性

1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。

2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）

4）单个+5V电源供电。

5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。

6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。

7）低功耗，约15mW。

4.2.3

ADC0809的内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图3所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。

图3

ADC0809内部结构图

图4

ADC0809引脚图

图5

ADC0809

与AT89S52的连接电路

4.3

DAC0832

4.3.1

DAC832的主要特性参数

*

分辨率为8位；

*

电流稳定时间1us；

*

可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

*

只需在满量程下调整其线性度；

*

单一电源供电（+5V～+15V）；

*

低功耗，20mW。

4.3.2

DAC0832的工作方式及引脚图

根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

DAC0832引脚图如图6所示

DC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图：

D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。

图6

D/A转换器引脚图

4.3.3

DAC0832的数模转换图

图7

DAC0832的数模转换图

4.4

MAX7219

MAX|X7219/MAX7221是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示，也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。

4．4.2

MAX7219的功能特性

10MHz连续串行口

独立的LED段控制

数字的译码与非译码选择

150μA的低功耗关闭模式

亮度的数字和模拟控制

高电压中断显示

共阴极LED显示驱动

限制回转电流的段驱动来减少EMI（MAX7221）

SPI,QSPI,MICROWIRE串行接口（MAX7221）

24脚的DIP和

SO

封装

4.5

LED显示

图9

为MAX7219的8位LED显示电路实例。图5中，单片机89C52的P1.0、P1.1分别接MAX7219的串行数据输入端DIN和时钟信号CLK,P1作为LOAD信号。电阻R根据不同的LED选值，范围在7KΩ～

60KΩ之间。

图8　MAX7219

应用电路

5.系统软件设计

图9系统软件框图

6.结论

通过这次设计，我加深了对《计算机控制系统》这门课的了解，在查资料的过程中了解了各种芯片的作用和特点，尤其是对单片机的了解，懂得了如何将已学到的知识运用到实际中去，加深了对课本知识的理解，也学到了一些在课本中学不到的知识。

在设计的过程中我们克服了各种困难，了解了科研的艰辛，也培养了我们查阅资料自学的能力，使我们的学习能力和适应能力得到了提高

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