微機原理課程設計基于DVCC實驗箱的電廠鍋爐給水pH值檢測系統(tǒng)接口設計

1、目錄第1章 緒論11.1 設計目的11.2 設計要求1第2章 設計原理22.1 總體設計22.2 工作原理分析2第3章 器件選型43.1 AT89C51單片機43.2 A/D轉換器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 程序設計9第5章 心得體會12參考文獻13第1章 緒論1.1 設計目的針對鍋爐給水系統(tǒng)，為保證鍋爐安全而經(jīng)濟地運行，需對水(補給水或凝結水)進行凈化、軟化、除鹽、除氣等處理，再對鍋爐給水進行調質，在水中加入適量的酸堿液，使水的pH值在指定數(shù)值或設定范圍。pH值是考察溶液酸度的一個重要參

2、數(shù)，但在線pH值的測量還沒有很好地應用于電廠鍋爐補給、鍋爐給水以及循環(huán)冷卻水中。通過pH值的在線檢測，可及時調節(jié)系統(tǒng)中的pH值，使其控制在最佳范圍內，從而達到減緩鍋爐設備腐蝕、結垢的目的。由于電廠鍋爐給水溫度的變化直接影響pH值測量的準確性，采用現(xiàn)有的溫度補償方法也只能減小溫度的影響，卻無法補償給水本身的溫度特性帶來的偏差，為提高pH值測量的準確性，采用計算機自動進行補償，可消除溫度的影響，提高pH值測量的準確性。本設計是通過DVCC試驗箱實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的調整，最后顯示其真實值。本設計的主要目的為：1.了解并掌握單片機的原理、結構、指令、輸入輸出接口及應用。 2.熟悉DVCC實驗系統(tǒng)的軟、硬件

3、結構，并能利用此系統(tǒng)進行開發(fā)設計。 3.掌握匯編語言程序設計和調試。4.掌握PH值傳感器的特性及輸出信號特點并能實現(xiàn)信號的轉換及最終的PH值的顯示。1.2 設計要求開發(fā)型單片單板機DVCC-51是一種簡易在線開發(fā)系統(tǒng)，它具有開發(fā)編程功能，可用于用戶8031單片機系統(tǒng)的在線CPU仿真/調試，而且它自身就是一臺以8031單片機為CPU的單板機，可直接用于工業(yè)過程控制、實時數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)和各種智能儀器儀表。本設計主要通過DVCC-51來實現(xiàn)軟件與硬件的調試，以達到設計的目的。本設計的要求如下：設計指標：pH測量范圍 0-14，精度0.1，具有溫度補償能力。1、基于DVCC實驗箱，調通A/D轉換器

4、，并能實現(xiàn)對輸入的信號進行轉換。2、根據(jù)PH值傳感器輸入的信號特點，進行量綱的轉換和數(shù)據(jù)的顯示。3、并最終將測出的PH值實現(xiàn)遠傳（即具有和上位機PC機通訊的能力）。第2章 設計原理2.1 總體設計本系統(tǒng)主要由單片機，pH傳感器，溫度補償電路，信號調理電路及數(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)整體結構PH電極產(chǎn)生與水pH有關的微弱電信號，經(jīng)過調理電路處理后為0-5V標準電信號，然后送給ADC0809八位高精度模數(shù)轉換器，將0-5V的標準模擬電信號轉換為數(shù)字信號。同時溫度補償電路也將信號連入單片機，單片機對信號進行各種處理，通過轉換公式再換算成對應的pH值。經(jīng)過處理的參數(shù)信號

5、通過顯示電路進行顯示，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轉換和單片機，由于對精度沒做很大要求，我們采用逐次逼近式A/D轉換ADC0809。由于ADC0809在進行A/D轉換時需要有CLK信號，而此時的ADC0809的CLK是接在AT89C51單片機ALE信號4分頻后的引腳上。因此產(chǎn)生CLK信號的方法就不用軟件來產(chǎn)生了，直接由單片機硬件來完成，通過旋鈕改變輸入電壓。ADC0809的參考電壓VREFVCC，所以轉換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，通過程序處理的過程就包含了實現(xiàn)了量程變換，本次設計采用C語言編程，然后再由單片機的串行口輸出給顯示電路。而顯示電路則是由74

6、LS164和數(shù)碼管連接起來的，最后把數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示，選用3個共陰極數(shù)碼管進行顯示當前pH的變化值。ADC0809與單片機8032的連接，所需要的芯片在DVCC面板上都有，查找其模數(shù)轉換應用原理圖如圖2-2所示。圖2-2 A/D轉換ADC0809應用原理圖第3章 器件選型3.1 AT89C51單片機圖3-1 單片機引腳圖AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機，片內含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳

7、統(tǒng)方法進行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強大，而且價位低。管腳圖如圖3-1所示。40個引腳按引腳功能大致可分為4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。管腳功能說明：1.電源:VCC 芯片電源，接+5V；VSS 接地端。 2.時鐘: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8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，用于特殊信號輸入輸出和控制信號(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/INT1，外部

8、中斷1(低電平有效）；P36/WR，外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通(低電平有效）；P37/RD，外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(低電平有效）。3.2 A/D轉換器3.2.1 A/D工作原理常用的A/D轉換原理可分為逐次逼近式和雙積分式兩種。前者轉換時間短(幾s到100s），適用于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制；后者轉換時間長(幾ms到100ms），適用于實驗室標準測試。A/D轉換器選用ADC0809模擬/數(shù)字轉換器。ADC0809是帶有8位A/D轉換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS 組件。它是逐次逼近式A/D 轉換器，可以和單片機直接接口。根據(jù)A/D轉換器的原理，n位A/D轉換器輸出的二進制數(shù)字量B與模擬

9、輸入電壓VI 、正基準電壓VREF+ 、負基準電壓VREF- 的關系為式(3-1)所示： (3-1)3.2.2 AD0809介紹ADC0809是8位逐次逼近式AD轉換器，包括8位模數(shù)轉換器、8通道多路轉換器和與微處理器兼容的控制邏輯。8通道多路轉換器能根據(jù)地址鎖存譯碼后的信號，選通8路模擬輸入信號中的一個進行AD轉換。 圖3-2 ADC0809的內部邏輯結構圖如圖3-2為ADC0809的內部邏輯結構圖。ADC0809由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖

10、存A/D轉換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(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。下面說明各引腳功能。 圖3-3 ADC0809模數(shù)轉換器的引腳功能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，輸入，高電平有效；START為A/D轉換啟動信號，輸入，高電平有效；EOC為A/D轉換結束信號，輸出，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平(轉換期間一直為低電平)；OE為數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當A/D轉

11、換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量；CLK為時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ；REF(+)、REF(-)為基準電壓；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)通過兩個輸入端(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。 時鐘(CP)每次由低變高

12、時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。 主復位(MR)輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強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LED的陰極連接到共同接點，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點），如圖3-5所

13、示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的ADP各段相對應，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。圖3-5 數(shù)碼管引腳圖LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個），實際

14、應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數(shù)碼管的8個顯示的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I

15、/O端口，而且功耗更低。3.5 整體仿真電路圖3-6 系統(tǒng)仿真圖單片機控制ADC0809接收調理電路的輸出信號05V的電壓信號，單片機控制ADC0809將模擬信號轉換為0255的數(shù)字信號，數(shù)字信號不能直接用于顯示，所以單片機需要將數(shù)字信號進行處理，轉換為需要三位數(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 程序設計本程序采用ADC0809的轉換完成標志位EOC作為轉換完成的標志，然后將數(shù)據(jù)讀進來，進行一系列的處理，包括量程變換等后，再送給數(shù)碼管顯示，采用動態(tài)顯示，每個數(shù)碼管顯示完的標志為TI，以此做為下一個數(shù)碼管顯示的標志。圖4-1 程序流程圖其程序流程是：進入主程序后

16、，先置P1.0口為1，然后將三個數(shù)碼管顯示0，以此點亮數(shù)碼管，這時候進入主循環(huán)，先判斷P1.0是否等于1，如果等于1時，則進行A/D轉換，并且將上次轉換完成的數(shù)據(jù)提取出來，送給單片機進行數(shù)據(jù)處理，處理包括標度變換，將數(shù)據(jù)處理完以后送給數(shù)碼管進行顯示，顯示等待一段時間，判斷A/D是否轉換完成，即P1.0是否等于1，如果沒有轉換完成，則再等待一段時間繼續(xù)查詢，直到轉換完成為止，再進行數(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.h"unsigned int wait

17、_ms( unsigned int delay_val ) /延時程序 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,0x0e0,0x0

18、fe,0x0f6; unsigned char code 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為個位 TI=0; /送數(shù) SBUF=dbd; while(TI=0) TI=0; SBUF=db

19、1c; while(TI=0) TI=0; SBUF=dba; while(TI=1) wait_ms(100); /等待延時 第5章 心得體會微機原理課程設計包括了A/D轉換器與單片機的連接，數(shù)碼管顯示。其任務主要是完成數(shù)碼管的顯示和被測量的變換。回顧起此次單片機課程設計，我感慨頗多，主要的困難來自對程序的理解。從理論到實踐，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。這次課設讓我對實驗臺有了足夠的了解，讓我知道了實驗臺上各個模塊的用法；而且它還讓我對自己動手寫程序來控制實驗臺的運作有了一定的基礎。雖然實驗臺只是一個小型的模擬