單片機數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的設計畢業(yè)論文.doc

本科畢業(yè)設計說明書（論文）第頁共頁目錄1引言.I1.1單片機的發(fā)展概況.21.2單片機的應用系統(tǒng)概述.32各個器件及工作原理.52.1AT89S51.52.2A/D轉換器(AD574).72.3D/A轉換器(DAC1210).102.4繼電器隔離.112.5通訊接口.112.6CAN總線.122.78279芯片.132.8液晶顯示原理.142.9鍵盤接口.163硬件設計.193.1A/D轉換模塊.203.2D/A轉換模塊.213.3通訊模塊.213.4顯示模塊.223.5電源模塊.233.6鍵盤設計模塊.234軟件設計.254.1主程序流程圖.254.2通訊端口流程圖.264.3A/D轉換流程圖.274.4D/A轉換流程圖.274.5I/O端口流程圖.28結論.29致謝.30參考文獻.31附錄A.32附錄B.33本科畢業(yè)設計說明書（論文）第2頁共39頁1引言單片機是微型計算機的一個重要分支,它被廣泛應用于工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集以及儀器儀表等眾多領域。近幾年來，隨著各種高性能、高集成度、低成本的新型單片機的出現(xiàn)以及嵌入式系統(tǒng)的興起，單片機應用領域不斷擴大。除了工業(yè)控制外、民用娛樂、消費性產(chǎn)品上也隨處可見單片機的身影。本設計主要以單片機AT89C51芯片為控制核心和數(shù)據(jù)采集電路、LED數(shù)碼管顯示電路以及供電系統(tǒng)四大部分構成數(shù)據(jù)采集和顯示功能。當有模擬信號輸入時，單片機控制A/D轉換器，把要輸入的模擬信號轉換為相應的數(shù)字信號存入到單片的內存中，在控制LCD顯示驅動器把內存中的數(shù)字信號顯示出來。通過鍵盤來改變LCD中顯示的數(shù)據(jù)，把改變的數(shù)據(jù)通過控制D/A轉換器輸出成相應的模擬信號。應用通訊端口（RS232、RS422、RS485）完成與其他控制器之間的數(shù)據(jù)通訊。1.1單片機的發(fā)展概況從誕生至今，單片機的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了4個階段，今后單片機的發(fā)展主要應該體現(xiàn)在以下幾個方面。（1）更高的集成度高集成度意味著開發(fā)難度、開發(fā)成本的降低。近幾年來各個單片機生產(chǎn)廠家都推出了許多集成了各種外圍器件的增強型單片機，如Cygnal的C8051F系列，其中集成了看門狗、C總線、12位A/D、10位D/A等，對于一般的系統(tǒng)來說，基本上不用再進行外圍擴展，而且其價格也比這些外圍器件的價格總和要低得多，大大降低了開發(fā)難度和成本。（2）更快的運算能力雖然單片機是面向控制和采集的，對計算能力的要求并不高，但是更好的運算速度和精度將意味著控制的更為精確。此外，一些需要大數(shù)據(jù)量計算的產(chǎn)品的出現(xiàn)也要求單片機需具有較高的運算能力。（3）降低功耗和價格，更好的穩(wěn)定性在很多應用場合應用系統(tǒng)對功耗和穩(wěn)定性的要求是非常高的。因此，許多廠商在這個方面動了很多腦筋，比如采用CMOS技術、空閑掉電的方法來節(jié)電等，本科畢業(yè)設計說明書（論文）第3頁共39頁而價格則是設計者在選擇階段重點考慮的音素。無疑，在性能接近的條件下價格將會起主導作用。近幾年來，單片機技術的發(fā)展、制造工藝的成熟使單片機價格下降成為可能。1.2單片機的應用系統(tǒng)概述單片機系統(tǒng)是一個相當復雜的系統(tǒng)，需要設計者對軟/硬件設計都非常了解。硬件設計方面一般需要設計者考慮器件選擇，單片機外圍接口電路、驅動電路的設計等問題；軟件方面則需要設計者根據(jù)硬件結構來完成相應的功能設計。此外，由于系統(tǒng)的環(huán)境對單片機系統(tǒng)的影響很大，在系統(tǒng)設計的過程中還需要再軟/硬件上考慮系統(tǒng)的可靠性、抗干擾性和體積大小等問題。一般來說一個單片機應用系統(tǒng)的設計應該分為以下幾步。（1）總體設計:主要是確定系統(tǒng)的功能，研究系統(tǒng)的可行性，估計系統(tǒng)成本，確定系統(tǒng)的整體方案。如果系統(tǒng)比較龐大，則需要劃分功能模塊，確認各個模塊的功能目標，相互間的接口等問題。（2）硬件設計:在確定了整體方案的基礎上，根據(jù)方案中對系統(tǒng)和功能的要求，進行器件的選型，然后設計單片機外圍器件的接口、驅動電路，畫出原理圖并進行驗證，還需要考慮硬件上抗干擾、功耗等問題。最后設計PCB板。（3）軟件設計:軟件是系統(tǒng)的靈魂。此部分可以在硬件設計的后期與硬件設計同步進行。軟件設計的目標是根據(jù)硬件的結構設計出相應的功能程序，并在硬件平臺上進行功能測試，根據(jù)測試結果進行進一步的修改。（4）全系統(tǒng)整體測試:在軟/硬件設計完成，必須進行全系統(tǒng)整體測試，測試系統(tǒng)功能是否完備，硬件設計整體是否合理。此外，應該對系統(tǒng)整體在相應環(huán)境下的穩(wěn)定性、抗干擾性進行測試。測試完成后進行燒片，并考慮產(chǎn)品化問題。（5）系統(tǒng)功能擴展、升級、完善。在系統(tǒng)設計時還需考慮到今后產(chǎn)品的更新問題，可能的話應該保留升級的接口，做好今后升級的準備。一個常規(guī)的單片機應用系統(tǒng)一般包括以下3個子系統(tǒng)。（1）人機交互系統(tǒng)一般來說，單片機應用系統(tǒng)都需要和人進行對話：人需要了解應用系統(tǒng)的行本科畢業(yè)設計說明書（論文）第4頁共39頁為進行干預；系統(tǒng)也需要把數(shù)據(jù)和狀態(tài)給人顯示。一般的人機交互系統(tǒng)有：輸入設備，如鍵盤、撥碼開關等；輸出設備，如數(shù)碼管、LCD等。此外，還包括人、機間的通信手段：串行通信、USB總線等。（2）前向通道系統(tǒng)前向通道系統(tǒng)指單片機應用系統(tǒng)中將被測對象需測量的外部信息轉換為單片機可以處理的內部信息的子系統(tǒng)?？梢哉f，前向通道系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的信息傳入部分，沒有這部分，整個系統(tǒng)就像沒感覺的人一樣，對外界的信號毫無反應。在測量系統(tǒng)中，前向通道系統(tǒng)就是整個系統(tǒng)的核心部分；在測控系統(tǒng)中，前向通道系統(tǒng)就是控制的必要環(huán)節(jié)。一般前向通道系統(tǒng)中包括各種傳感器、信號調理電路以及信號轉換等。（3）后向通道系統(tǒng)后向通道系統(tǒng)是指單片機應用系統(tǒng)中將單片機輸出的控制信息轉換為被控對象可以利用的控制信號的子系統(tǒng)。一般的后向通道系統(tǒng)中都存在著弱電控制強電，或者以小功率控制大功率。因此后向通道系統(tǒng)包括各種功率接口器件和各種驅動電路，有的系統(tǒng)中還需要有信號轉換等。一個完整的單片機應用系統(tǒng)一般都是由上面3個子系統(tǒng)組合而成的。當然，根據(jù)應