微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)基于DVCC實(shí)驗(yàn)箱的電廠鍋爐給水pH值檢測(cè)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)

1、微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)目錄第1章 緒論11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)要求1第2章 設(shè)計(jì)原理22.1 總體設(shè)計(jì)22.2 工作原理分析2第3章 器件選型43.1 at89c51單片機(jī)43.2 a/d轉(zhuǎn)換器53.2.1 a/d工作原理53.2.2 ad0809介紹53.3 移位寄存器63.4 led顯示部分73.5 整體仿真電路8第4章 程序設(shè)計(jì)9第5章 心得體會(huì)12參考文獻(xiàn)13第1章 緒論1.1 設(shè)計(jì)目的針對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)，為保證鍋爐安全而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，需對(duì)水(補(bǔ)給水或凝結(jié)水)進(jìn)行凈化、軟化、除鹽、除氣等處理，再對(duì)鍋爐給水進(jìn)行調(diào)質(zhì)，在水中加入適量的酸堿液，使水的ph值在指定數(shù)值或設(shè)定范圍。ph值是考察溶液

2、酸度的一個(gè)重要參數(shù)，但在線ph值的測(cè)量還沒(méi)有很好地應(yīng)用于電廠鍋爐補(bǔ)給、鍋爐給水以及循環(huán)冷卻水中。通過(guò)ph值的在線檢測(cè)，可及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的ph值，使其控制在最佳范圍內(nèi)，從而達(dá)到減緩鍋爐設(shè)備腐蝕、結(jié)垢的目的。由于電廠鍋爐給水溫度的變化直接影響ph值測(cè)量的準(zhǔn)確性，采用現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償方法也只能減小溫度的影響，卻無(wú)法補(bǔ)償給水本身的溫度特性帶來(lái)的偏差，為提高ph值測(cè)量的準(zhǔn)確性，采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，可消除溫度的影響，提高ph值測(cè)量的準(zhǔn)確性。本設(shè)計(jì)是通過(guò)dvcc試驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)整，最后顯示其真實(shí)值。本設(shè)計(jì)的主要目的為：1.了解并掌握單片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、指令、輸入輸出接口及應(yīng)用。 2.熟悉dvcc實(shí)

3、驗(yàn)系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)，并能利用此系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。 3.掌握匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)和調(diào)試。4.掌握ph值傳感器的特性及輸出信號(hào)特點(diǎn)并能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換及最終的ph值的顯示。1.2 設(shè)計(jì)要求開(kāi)發(fā)型單片單板機(jī)dvcc-51是一種簡(jiǎn)易在線開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，它具有開(kāi)發(fā)編程功能，可用于用戶8031單片機(jī)系統(tǒng)的在線cpu仿真/調(diào)試，而且它自身就是一臺(tái)以8031單片機(jī)為cpu的單板機(jī)，可直接用于工業(yè)過(guò)程控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)和各種智能儀器儀表。本設(shè)計(jì)主要通過(guò)dvcc-51來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的調(diào)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。本設(shè)計(jì)的要求如下：設(shè)計(jì)指標(biāo)：ph測(cè)量范圍 0-14，精度0.1，具有溫度補(bǔ)償能力。1、基于dvcc實(shí)驗(yàn)箱，

4、調(diào)通a/d轉(zhuǎn)換器，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。2、根據(jù)ph值傳感器輸入的信號(hào)特點(diǎn)，進(jìn)行量綱的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)的顯示。3、并最終將測(cè)出的ph值實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳（即具有和上位機(jī)pc機(jī)通訊的能力）。第2章 設(shè)計(jì)原理2.1 總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要由單片機(jī)，ph傳感器，溫度補(bǔ)償電路，信號(hào)調(diào)理電路及數(shù)碼管顯示模塊組成。其流程圖如圖2-1所示。圖2-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)ph電極產(chǎn)生與水ph有關(guān)的微弱電信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)理電路處理后為0-5v標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)，然后送給adc0809八位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將0-5v的標(biāo)準(zhǔn)模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。同時(shí)溫度補(bǔ)償電路也將信號(hào)連入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種處理，通過(guò)轉(zhuǎn)換公式再換算成對(duì)應(yīng)的ph值。經(jīng)

5、過(guò)處理的參數(shù)信號(hào)通過(guò)顯示電路進(jìn)行顯示，使人們能直觀的看到ph顯示。2.2 工作原理分析本系統(tǒng)主要部分為a/d轉(zhuǎn)換和單片機(jī)，由于對(duì)精度沒(méi)做很大要求，我們采用逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換adc0809。由于adc0809在進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時(shí)需要有clk信號(hào)，而此時(shí)的adc0809的clk是接在at89c51單片機(jī)ale信號(hào)4分頻后的引腳上。因此產(chǎn)生clk信號(hào)的方法就不用軟件來(lái)產(chǎn)生了，直接由單片機(jī)硬件來(lái)完成，通過(guò)旋鈕改變輸入電壓。adc0809的參考電壓vrefvcc，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，通過(guò)程序處理的過(guò)程就包含了實(shí)現(xiàn)了量程變換，本次設(shè)計(jì)采用c語(yǔ)言編程，然后再由單片機(jī)的串行口輸出給顯示電路。而顯

6、示電路則是由74ls164和數(shù)碼管連接起來(lái)的，最后把數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示，選用3個(gè)共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示當(dāng)前ph的變化值。adc0809與單片機(jī)8032的連接，所需要的芯片在dvcc面板上都有，查找其模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用原理圖如圖2-2所示。圖2-2 a/d轉(zhuǎn)換adc0809應(yīng)用原理圖第3章 器件選型3.1 at89c51單片機(jī)圖3-1 單片機(jī)引腳圖at89c51是美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低功耗，高性能cmos8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（

7、isp）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大，而且價(jià)位低。管腳圖如圖3-1所示。40個(gè)引腳按引腳功能大致可分為4個(gè)種類(lèi)：電源、時(shí)鐘、控制和i/o引腳。管腳功能說(shuō)明：1.電源:vcc 芯片電源，接+5v；vss 接地端。 2.時(shí)鐘:xtal1、xtal2 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 3.i/o線:8031共有4個(gè)8位并行i/o端口：p0、p1、p2、p3口，共32個(gè)引腳。p3口還具有第二功能，用于特殊信號(hào)輸入輸出和控制信號(hào)(屬控制總線）。 4.p3口第二功能：p30/rxd，串行輸入口；p31/txd，串行輸出口；p32/int0，外部中斷0(低電平有效）；p33

8、/int1，外部中斷1(低電平有效）；p36/wr，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通(低電平有效）；p37/rd，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通(低電平有效）。3.2 a/d轉(zhuǎn)換器3.2.1 a/d工作原理常用的a/d轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式和雙積分式兩種。前者轉(zhuǎn)換時(shí)間短(幾s到100s），適用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的控制；后者轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)(幾ms到100ms），適用于實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。a/d轉(zhuǎn)換器選用adc0809模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。adc0809是帶有8位a/d轉(zhuǎn)換器、8路多路開(kāi)關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的cmos 組件。它是逐次逼近式a/d 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器的原理，n位a/d轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)

9、制數(shù)字量b與模擬輸入電壓vi 、正基準(zhǔn)電壓vref+ 、負(fù)基準(zhǔn)電壓vref- 的關(guān)系為式(3-1)所示： (3-1)3.2.2 ad0809介紹adc0809是8位逐次逼近式ad轉(zhuǎn)換器，包括8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器和與微處理器兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能根據(jù)地址鎖存譯碼后的信號(hào)，選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行ad轉(zhuǎn)換。 圖3-2 adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖如圖3-2為adc0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖。adc0809由一個(gè)8路模擬開(kāi)關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)a/d轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開(kāi)關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三

10、態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)oe端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。adc0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-3所示。下面說(shuō)明各引腳功能。 圖3-3 adc0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能in0in7為8路模擬量輸入端；d0d7 為8位數(shù)字量輸出端；adda、addb、addc為3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路；ale為地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效；start為a/d轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入，高電平有效；eoc為a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)；oe為數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平

11、有效。當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開(kāi)輸出三態(tài)門(mén)，輸出數(shù)字量；clk為時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640khz；ref(+)、ref(-)為基準(zhǔn)電壓；vcc為電源，單一5v；gnd為地。3.3 移位寄存器74ls164是8位串入并出移位寄存器。是高速硅門(mén)cmos器件，與低功耗肖特基型ttl(lsttl) 器件的引腳兼容。74ls164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過(guò)兩個(gè)輸入端(dsa或dsb)之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 時(shí)鐘(c

12、p)每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到q0，q0是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（dsa和dsb）的邏輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長(zhǎng)度。 主復(fù)位(mr)輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無(wú)效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。74ls164管腳封裝圖如圖3-4所示：圖3-4 74ls164封裝圖引腳功能：clock：時(shí)鐘輸入端；clear：同步清除輸入端（低電平有效）； a，b：串行數(shù)據(jù)輸入端；q0q7：輸出端；3.4 led顯示部分顯示部分采用三位共陰極數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管是把所有l(wèi)ed的陰極連接到共同接點(diǎn)，而每個(gè)led的陽(yáng)極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點(diǎn)

13、），如圖3-5所示。圖中的8個(gè)led分別與上面那個(gè)圖中的adp各段相對(duì)應(yīng)，通過(guò)控制各個(gè)led的亮滅來(lái)顯示數(shù)字。圖3-5 數(shù)碼管引腳圖led數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)led數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的i/o端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如bcd碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根i/o端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89s51單片機(jī)可用的i/o端口才32個(gè)），

14、實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量

15、的i/o端口，而且功耗更低。3.5 整體仿真電路圖3-6 系統(tǒng)仿真圖單片機(jī)控制adc0809接收調(diào)理電路的輸出信號(hào)05v的電壓信號(hào)，單片機(jī)控制adc0809將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為0255的數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)不能直接用于顯示，所以單片機(jī)需要將數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為需要三位數(shù)碼管顯示的ph值0到14的范圍 。系統(tǒng)原理圖如圖3-6所示。第4章 程序設(shè)計(jì)本程序采用adc0809的轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位eoc作為轉(zhuǎn)換完成的標(biāo)志，然后將數(shù)據(jù)讀進(jìn)來(lái)，進(jìn)行一系列的處理，包括量程變換等后，再送給數(shù)碼管顯示，采用動(dòng)態(tài)顯示，每個(gè)數(shù)碼管顯示完的標(biāo)志為ti，以此做為下一個(gè)數(shù)碼管顯示的標(biāo)志。圖4-1 程序流程圖其程序流程是：進(jìn)入主程

16、序后，先置p1.0口為1，然后將三個(gè)數(shù)碼管顯示0，以此點(diǎn)亮數(shù)碼管，這時(shí)候進(jìn)入主循環(huán)，先判斷p1.0是否等于1，如果等于1時(shí)，則進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換，并且將上次轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理包括標(biāo)度變換，將數(shù)據(jù)處理完以后送給數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示等待一段時(shí)間，判斷a/d是否轉(zhuǎn)換完成，即p1.0是否等于1，如果沒(méi)有轉(zhuǎn)換完成，則再等待一段時(shí)間繼續(xù)查詢，直到轉(zhuǎn)換完成為止，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理顯示，依次循環(huán)。其程序流程圖如圖4-1所示。程序代碼如下所示：#include reg51.h#include absacc.hunsigned int wait_ms( unsigned int dela

17、y_val ) /延時(shí)程序 unsigned int i; unsigned int ms_ctr; for ( i = 0; i delay_val; i+ ) ms_ctr = 0x80;while ( ms_ctr ) ms_ctr-; return( delay_val );void main() /主程序unsigned char s,y; unsigned int a,b,c,d,z ; unsigned char code db=0x0fc,0x60,0x0da,0x0f2,0x66,0x0b6,0x0be,0x0e0,0x0fe,0x0f6; unsigned char cod

18、e db1=0x0fd,0x61,0x0db,0x0f3,0x67,0x0b7,0x0bf,0x0e1,0x0ff,0x0f7; sbuf=db0; sbuf=db0; sbuf=db0; p1_0=1; while(1) if(p1_0=1) xbyte0x9000=0x00; s=xbyte0x9000; acc=s ; z=s*0.55; a=z/100;/a 為百位 b=z%100; c=b/10; /c 為十位 d=b%10; / d為個(gè)位 ti=0; /送數(shù) sbuf=dbd; while(ti=0) ti=0; sbuf=db1c; while(ti=0) ti=0; sbuf=dba; while(ti=1) wait_ms(100); /等待延時(shí) 第5章 心得體會(huì)微機(jī)原理課程設(shè)計(jì)包括了a/d轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接，數(shù)碼管顯示。其任務(wù)主要是完成數(shù)碼管的顯示和被測(cè)量的變換。回顧起此次單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，我感慨頗多，主要的困難來(lái)自對(duì)程序的理解。從理論到實(shí)踐，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。這次課設(shè)讓我對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)有了足夠的了解，讓我知道了實(shí)驗(yàn)臺(tái)上各個(gè)模塊的用法；而且它還讓我對(duì)自己動(dòng)手寫(xiě)程序來(lái)控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)的運(yùn)作有了一定的基礎(chǔ)。雖然實(shí)驗(yàn)臺(tái)只是一個(gè)小型的模擬平臺(tái)，但是通