計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

1、1.題目背景與意義22設(shè)計(jì)題目介紹22.1基本要求22.2發(fā)揮部分23系統(tǒng)總體框架34系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 34.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34.1.1 AT89C52的主要工作特性 34.1.2管腳說明44.1.3 AT89C51的最小電路 54.2 A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)64.2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)64.2.2引腳功能64.2.3 ADC0808與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì) 74.3 D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)74.3.1 DAC0830的主要工作特性74.3.2 引腳功能84.3.3DAC0830與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì) 84.4顯示裝置94.4.1 LM032L的管腳功能94.4.2 顯示器與 8031電路的連接設(shè)計(jì) 104.

2、5外部鍵盤114.6聲光報(bào)警電路114.7上位機(jī)通訊114.7.1設(shè)計(jì)原理124.7.2 上位機(jī)通信的的實(shí)現(xiàn) 124.8基于AT98C51單片機(jī)的總系統(tǒng)仿真圖 135. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 145.1 主程序框圖145.2 顯示子程序框圖 145.3鍵盤子程序流程圖 155.4數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序框圖166. 結(jié)論17參考文獻(xiàn)：171. 題目背景與意義計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 是一門技術(shù)性、 應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科， 實(shí)驗(yàn)課教環(huán)節(jié)是它的一個(gè)極為 重要的環(huán)節(jié)。不論是硬件擴(kuò)展、接口應(yīng)用還是編程方法、程序調(diào)試，都離不開實(shí)驗(yàn)課教學(xué)。 如果不在切實(shí)認(rèn)真地抓好學(xué)生的實(shí)踐技能的鍛煉上下功夫， 單憑課堂理論課學(xué)習(xí)， 勢(shì)必出現(xiàn) 理論與實(shí)踐脫

3、節(jié)，學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)的局面。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) 課程設(shè)計(jì)的目的就是讓同學(xué)們?cè)诶碚搶W(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上， 通過完成一個(gè) 涉及MCS-51單片機(jī)A/D 和 D/A多種資源應(yīng)用并具有綜合功能的小系統(tǒng)目標(biāo)板的設(shè)計(jì)與編 程應(yīng)用， 使學(xué)生不但能夠?qū)⒄n堂上學(xué)到的理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來， 而且能夠?qū)﹄娮与?路、電子元器件、等方面的知識(shí)進(jìn)一步加深認(rèn)識(shí)，同時(shí)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件編程、相關(guān)儀器設(shè) 備的使用技能等方面得到較全面的鍛煉和提高。2 設(shè)計(jì)題目介紹設(shè)計(jì)一個(gè)基于單片機(jī)的具有 A/D 和 D/A 功能的信號(hào)測(cè)控裝置。要求該信號(hào) 測(cè)控裝置能夠接入典型傳感器、變送器信號(hào)，同時(shí)可輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓 /電流信號(hào) 并滿足抗干擾、通用性、安全性

4、、性價(jià)比等原則性要求。標(biāo)準(zhǔn)電壓/電流信號(hào)此處定為：05V/420mA (020mA2.1 基本要求1) 充分理解題目要求，確定方案。2) 合理選擇器件型號(hào)。3) 用 1 號(hào)圖紙 1 張或者采用 Protel 軟件畫出電原理圖。4) 用 1 號(hào)圖紙 1 張畫出軟件結(jié)構(gòu)框圖。5) 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告，對(duì)課程設(shè)計(jì)成品的功能進(jìn)行介紹及主要部分進(jìn)行分析與 說明。6) 每天寫出工作進(jìn)程日記。2.2 發(fā)揮部分1）可將系統(tǒng)擴(kuò)展為多路?？稍诖讼到y(tǒng)中擴(kuò)展鍵盤、顯示（LCD/LED、與上位機(jī)通訊功能。2）完成以上基本設(shè)計(jì)部分之后，可以運(yùn)用Protues仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng) 的編程和仿真，調(diào)試測(cè)控系統(tǒng)并觀察其運(yùn)行結(jié)果

5、（可以分部分完成）。3系統(tǒng)總體框架AC083C輔出74LS373AT89C51LED品丿p及卄圍宅弗與MAX藥2光報(bào)雪圖1總體框圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)A T89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器（的低電壓、高性能 CMOS位微處 理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能8位CPI和閃速存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL 的AT89C51是一種高效微控制器。AT89C5仲片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了 一種靈活性高且價(jià)廉的方案。4.1.1 AT89C52的主要工作特性與MCS-51兼容 4K字節(jié)可編程FLASH存儲(chǔ)器壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24

6、MHz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 128X 8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 5個(gè)中斷源可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路4.1.2管腳說明VCC供電電壓。GND接地。P0 口： P0 口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O 口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng) P0 口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入 口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須接上拉電阻。P1 口： P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能

7、接 收輸出4TTL門電流。P1 口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1 口作為低八位地址接收。P2 口： P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接收， 輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2 口被寫“T時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作 為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于 內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行 存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)， 當(dāng)對(duì)外部八位地址

8、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2 口在FLASHS程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口： P3 口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個(gè)TTL 門電流。當(dāng)P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸 入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ILL ）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳備選功能P3.0 RXD （串行輸入口）P3.1 TXD （串行輸出口）P3.2 /INT0 （外部中斷0）P3.3 /INT1 （外部中斷1）P3.4 T0 （計(jì)時(shí)器0外部

9、輸入）P3.5 T1 （計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）P3.7 /RD （外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的 低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， 將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8

10、EH地址上置0。此時(shí)，ALE 只有在執(zhí)行MOV，MOV指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果 微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè) 機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN信 號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH， 不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET當(dāng) /EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASHS程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP。XTAL1反向

11、振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2來自反向振蕩器的輸出4.1.3 AT89C51的最小電路o O-| 店席HI.DffiiwniHl INIXTPvuawnffrFZ3W11*LI=EAF逐1HIZT«15-咖i Pii.iiirailTD忸P13fHE1£pi-smF1BF17P3MO鑒卄BIU圖2 AT89C51最小電路圖4.2 A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。 其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8 路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。4.2.1內(nèi)部結(jié)構(gòu)AD

12、C0808是 CMO單片型逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關(guān)、地址鎖 存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。圖3 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)EU urDCEEHEDtXIM0CLOCK <-IN1START -IM2IM3EOC -IM4IM5OLT1 -IPJ6OLT2 -IM7OLT3 -CUT4 -ADDACL-：-AD日0L心-ADD C01G7 -ALE-VREF(*)'REFR)0E -ADC0808圖4 ADC0809弓I腳結(jié)構(gòu)圖121$Il J21衛(wèi)WWF衛(wèi)uF4.2.2 引腳功能ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖4所示。各引腳功能

13、 如下：15和2628 (IN0IN7): 8路模擬量輸入端。8、14、15和1721: 8位數(shù)字量輸出端。22 (ALE :地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。6 (START： A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖(至少100 ns寬)使其啟動(dòng)(脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換)。7 (EOC : 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)。9 (OE :數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。10 (CLK :時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ

14、12 (VREF( +)和16 (VREF(-):參考電壓輸入端11 (Vcc):主電源輸入端。13(GND :地。2325 (ADDA ADDB ADDC： 3位地址輸入線，用于選通 8路模擬輸入中 的一路。4.2.3 ADC0808與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì)ADC0809!過中斷方式與8031單片機(jī)的硬件接口電路如圖5所示(為了提 高單片機(jī)CPU勺利用率一般采用中斷法)->-4-j也= m a & :3d 0HTT-百 P 匸 U “ 1KULHS圖5 ADC0809中斷方式與8031單片機(jī)的硬件接口電路4.3 D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)DAC0830是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處

15、理器完全兼容。這個(gè)DA芯片以其價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到 廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電 路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。4.3.1 DAC0830的主要工作特性分辨率為8位；電流穩(wěn)定時(shí)間1us；可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電(+5V+15V；低功耗，20mW/432 引腳功能D1曠D17: 8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns（否則鎖存器 的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò)）； ILE :數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效； CS片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效； WR1

16、數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 500ns）有效。由 ILE、CS WR的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入 數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns） 有效； WR2 DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2 XFEF的邏輯組合產(chǎn)生LE2,當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸 入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入 DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。 IOUT1:電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化； IOUT2:電流輸出

17、端2,其值與IOUT1值之和為一常數(shù)； Rfb :反饋信號(hào)輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度； Vcc :電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V VREF基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V; AGND模擬信號(hào)地； DGND數(shù)字信號(hào)地。U8丄234567g10CSVCCWR1IL=(BYWY2)GNDDI3XFERDI2DI4DI1DI5DI0DIGVREFDI7RFEIOUT2GNDIOUT1DACU830_13112017 花圖6 DAC0830引腳4.3.3DAC0830與單片機(jī)連接的電路設(shè)計(jì)DAC083C與單片機(jī)連接如圖7所示圖7DAC0832與單片機(jī)連接

18、的電路4.4顯示裝置由于LCD液晶顯示器具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等諸多其他顯示器 無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種智能型儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。4.4.1 LM032L的管腳功能1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD多出來的2條線 是背光電源線VCC（15腳）和地線GND（16腳），其控制原理與14腳的LCD完全一 樣LCD1:R dLU>5 匚B 壬口 L 茫磴哺衛(wèi)匸匸> > > 蟲.LL 山 L1 口 O O 口 口巴口I +h p卜°|匚甘圖8 LM032L管腳圖引腳符號(hào)功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0

19、液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí)對(duì)比度最高（對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平 1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0時(shí) 選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號(hào)線，高電平（1）時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平（0）時(shí)進(jìn)行寫操作。6二E（或EN）端為使能（enable）端，下降沿使能。7DB0底4位二態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位二態(tài)、雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位二態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位二態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4咼4位二態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5咼4位二態(tài)、 雙向數(shù)

20、據(jù)總線 5位13DB6咼4位二態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7咼4位二態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最咼位）（也是busy flag ）表1 LM03L管腳表442顯示器與8031電路的連接設(shè)計(jì)J.CK1KC.圖9顯示器連線圖4.5外部鍵盤鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人 工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。這里我使用獨(dú)立式鍵盤電路，獨(dú)立鍵盤：編程簡(jiǎn)單。所用鍵盤是一種常開型按鈕開關(guān)， 常態(tài)時(shí)，鍵盤的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)； 按下 時(shí)，兩個(gè)觸點(diǎn)閉合。通過按鍵在常態(tài)與被按下時(shí)的通斷， 操作人員就可以通過鍵 盤向微控制系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)或者控制命令等，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。圖10連接原

21、理圖圖11實(shí)際連接圖其中，S2是用于進(jìn)入鍵盤調(diào)節(jié)模式和退出鍵盤調(diào)節(jié)模式；S3是用于增加上限值；S4用于減小上限值；S5用于增加下限值；S6用于減小下限值。4.6聲光報(bào)警電路當(dāng)傳感器所采集的信息通過單片機(jī)處理，如果超過設(shè)置的上限值或低于下限值時(shí)，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警，紅燈亮起。其電路圖如圖12所示。1-1&in6UZ1 可 USER圖12聲光報(bào)警電路圖4.7上位機(jī)通訊MCS-51單片機(jī)有一個(gè)可編程的串行接口，它是一個(gè)全雙工的通信端口，可 以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。串行通信接口的優(yōu)點(diǎn)在于使用較少的傳輸線即可完成數(shù) 據(jù)的傳輸。4.7.1設(shè)計(jì)原理RS-232C是異步通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)串行接口，它定義了

22、數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間的串行接口標(biāo)準(zhǔn)。目前，PC機(jī)都配有標(biāo)準(zhǔn)的RS-232接口，RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 25針連接器， 但在實(shí)際應(yīng)用中并不一定用到 RS-232的全部信號(hào)線，所以，PC機(jī)配置的都是9 針“D”型連接器。下圖為RS-232的“D”型9針插頭的引腳定義。圖13 “D”型9針插頭引腳定義9個(gè)引腳的功能見表2引腳號(hào)符號(hào)方向功能1DCD輸入數(shù)據(jù)載體檢測(cè)2TXD輸出發(fā)送數(shù)據(jù)3RXD輸入接收數(shù)據(jù)4DTR輸出數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好5GND信號(hào)地6DSR輸入數(shù)據(jù)通信設(shè)備準(zhǔn)備好7RTS輸出請(qǐng)求發(fā)送8CTS輸入清除發(fā)送9RI輸入振鈴指示表2 9針MAX-232接口引腳圖4.7.2上位機(jī)通信的的實(shí)現(xiàn)這里我使用 MAX232實(shí)現(xiàn)TTL/RS-232之間的電平轉(zhuǎn)換，圖 13是MAX232與0832和CONN-D9的連接電路巴匚陽 叩卿 F?；ri.iu F2-3R11r:： /ZP2