基于單片機(jī)的信號(hào)采集及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、電子信息工程單片機(jī)課程設(shè)計(jì)研究報(bào)告基于單片機(jī)的信號(hào)采集及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：王國(guó)棟學(xué)生學(xué)號(hào)：20124075103指導(dǎo)教師：田芳明 所在學(xué)院：信息技術(shù)學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電子12中國(guó)·大慶2015年6月信息技術(shù)學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 信息 院 電子信息工程 專業(yè) 2012 級(jí)，學(xué)號(hào) 20124075103姓名 王國(guó)棟 一、課程設(shè)計(jì)課題：基于單片機(jī)的信號(hào)采集及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)二、課程設(shè)計(jì)工作日自 2015年6月18日至 2015 年 7月 3 日三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)行地點(diǎn)：信息館320四、 程設(shè)計(jì)任務(wù)要求： 1.課題來(lái)源:老師下發(fā)2.目的意義:提高學(xué)生的動(dòng)手能力，鍛煉專業(yè)技能。增強(qiáng)動(dòng)手解決問(wèn)

2、題的能力。3.基本要求:采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)8路模擬量傳感器信號(hào)檢測(cè)，模擬量傳感器采集的物理參數(shù)可自行選擇，在LCD中實(shí)時(shí)循環(huán)顯示采集的物理參數(shù)，精度達(dá)到±1 ，根據(jù)精度自選A/D轉(zhuǎn)換芯片或內(nèi)置A/D的單片機(jī)，具有8路開(kāi)關(guān)量繼電器輸出。直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計(jì)。，輔助電路及元器件自選。課程設(shè)計(jì)評(píng)審表指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 簽字： 日期： 目錄1設(shè)計(jì)任務(wù)要求12方案比較13單元電路設(shè)計(jì)14元件選擇55整體電路106.說(shuō)明電路的工作原理127困難問(wèn)題及解決措施128總結(jié)與體會(huì)139致謝1310參考資料1311 程序131設(shè)計(jì)任務(wù)要求 1. 要求o 采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)8路模擬量傳感器信號(hào)檢測(cè)（420MA信

3、號(hào)）。o 模擬量傳感器采集的物理參數(shù)可自行選擇。o 在LCD中實(shí)時(shí)循環(huán)顯示采集的物理參數(shù)（如、溫度、濕度、光照等）。 o 精度達(dá)到±1 。o 根據(jù)精度自選A/D轉(zhuǎn)換芯片或內(nèi)置A/D的單片機(jī)。 o 具有8路開(kāi)關(guān)量繼電器輸出。o 直流穩(wěn)壓電源自行設(shè)計(jì)。 o 輔助電路及元器件自選。 2. 規(guī)定： o 設(shè)計(jì)硬件線路，用protel畫圖。 o 按單元電路詳細(xì)說(shuō)明硬件線路設(shè)計(jì)思路，元件參數(shù)，選取根據(jù)。附詳細(xì)的元件清單。 o 軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)物理參數(shù)采集，轉(zhuǎn)換和LCD顯示、開(kāi)關(guān)量輸出控制程序。 o 有完整的程序流程圖，包括總流程圖和模塊流程圖。對(duì)程序設(shè)計(jì)思想做詳細(xì)說(shuō)明。 o 有完整的程序清單，并加注

4、釋。 o 總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)體會(huì)。 2方案比較3單元電路設(shè)計(jì)3.1穩(wěn)壓電源電路圖1穩(wěn)壓電路3.2單片機(jī)電路3.2.1 主控芯片圖2 51單片機(jī)芯片引腳3.2.2 晶振電路圖3 晶振電路3.2.3復(fù)位電路圖4復(fù)位電路3.3 LCD顯示模塊圖5 LCD顯示模塊3.4 AD采集電路圖6 ADC0809連接圖3.5待檢測(cè)的電路圖7 待檢測(cè)的8路信號(hào)3.6 繼電器控制輸出電路圖8 繼電器輸出4元件選擇4.1STC89C51STC89C51 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上

5、Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，

6、振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程節(jié)。圖9 單片機(jī)引腳圖4.2 ADC08094.2.1ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖10 ADC0809內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) 圖中多路開(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，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對(duì)A、B、C 3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，表1為通道選擇表。表1通道選擇表4.2.1ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809八位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器是一種單片C

7、MOS器件，包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)能直接連通8個(gè)單端模擬信號(hào)中的任何一個(gè)。圖11 ADC0809引腳圖ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下：IN7IN0模擬量輸入通道ALE地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADD

8、A，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表1。CLK時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。4.3 LCD16024.3.1器件介紹圖12 LCD160

9、2引腳圖1602共16個(gè)管腳，但是編程用到的主要管腳不過(guò)三個(gè)，分別為：RS(數(shù)據(jù)命令選擇端),R/W（讀寫選擇端）,E（使能信號(hào)）;以后編程便主要圍繞這三個(gè)管腳展開(kāi)進(jìn)行初始化，寫命令，寫數(shù)據(jù)。以下具體闡述這三個(gè)管腳：RS為寄存器選擇，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器，低電平選擇指令寄存器。R/W為讀寫選擇，高電平進(jìn)行讀操作，低電平進(jìn)行寫操作。E端為使能端，后面和時(shí)序聯(lián)系在一起。 除此外，D0D7分別為8位雙向數(shù)據(jù)線。4.3.2 操作時(shí)序表2操作時(shí)序表從D0D7讀取數(shù)據(jù)注：關(guān)于E=H脈沖開(kāi)始時(shí)初始化E為0，然后置E為1，再清0.讀取狀態(tài)字時(shí)，注意D7位，D7=1，禁止讀寫操作；D7=0，允許讀寫操作；所以對(duì)

10、控制器每次進(jìn)行讀寫操作前，必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)。（即后面的讀忙子程序） 4.3.3指令集1. LCD_1602 初始化指令小結(jié)：2. 0x38 設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口3. 0x01 清屏4. 0x0F 開(kāi)顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)閃爍5. 0x08 只開(kāi)顯示6. 0x0e 開(kāi)顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍7. 0x0c 開(kāi)顯示，不顯示光標(biāo)8. 0x06 地址加1，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)的時(shí)候光標(biāo)右移9. 0x02 地址計(jì)數(shù)器AC=0;（此時(shí)地址為0x80） 光標(biāo)歸原點(diǎn)，但是DDRAM中斷內(nèi)容變10. 0x18 光標(biāo)和顯示一起向左移動(dòng)4.4 元器件清單表3元器件清單5整體電路圖13 總體電路圖6.說(shuō)明

11、電路的工作原理開(kāi)始系統(tǒng)初始化A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換有鍵按下？Y依次切換通道LCD1602顯示并控制N圖14 系統(tǒng)流程圖本系統(tǒng)使用STC89C51作為主控制器，ADC0809作為AD采集8路信號(hào)的芯片，采集8路模擬信號(hào)的信息，然后根據(jù)按鍵依次循環(huán)顯示在LCD1602上。上電后首先1602初始化，ADC0809初始化，默認(rèn)顯示第一路采集信號(hào)，按下一個(gè)按鍵后顯示下一路，依次循環(huán)顯示。7困難問(wèn)題及解決措施再設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)AD轉(zhuǎn)化的原理認(rèn)識(shí)不清楚，ADC0809不熟悉。不知道如何使用這個(gè)芯片，編寫程序的時(shí)候時(shí)序沒(méi)有認(rèn)識(shí)正確，無(wú)法完成采集。電源模塊電壓不穩(wěn)定, 難點(diǎn)一就是AD0809芯片的使用。 難點(diǎn)二就是將AD

12、0809產(chǎn)生的0256的數(shù)字換算成05.000的精確度，而又不至于溢出出錯(cuò)。程序流程設(shè)計(jì)不合理。LCD1602沒(méi)有想到背光的調(diào)節(jié)，顯示不清楚有背影。后來(lái)仔細(xì)閱讀芯片手冊(cè)，理清時(shí)序的先后順序，編寫程序，完成測(cè)試，優(yōu)化顯示流程，完成設(shè)計(jì)任務(wù)要求。8總結(jié)與體會(huì)單片機(jī)具有體積小，功耗低，功能強(qiáng)，通用性好，性價(jià)比高易組裝成機(jī)電儀一體化的各種智能控制設(shè)備和儀器，儀表。面向在線應(yīng)用，能針對(duì)各類控制任務(wù)的簡(jiǎn)繁靈活配置，因而能獲得最佳的費(fèi)效比。易于實(shí)現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)，避免不必要的二次開(kāi)發(fā)過(guò)程，減少系統(tǒng)的研發(fā)費(fèi)用，產(chǎn)品升級(jí)周期短。易于多機(jī)使用主從分布式的集散控制，提高控制系統(tǒng)的效率?？垢蓴_能力強(qiáng)，適應(yīng)溫度范圍廣，能在各

13、種惡劣環(huán)境下可靠地工作。指令精簡(jiǎn)，實(shí)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活易于推廣運(yùn)用。9致謝感謝老師讓我做這次課程設(shè)計(jì)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我更加清晰的認(rèn)識(shí)了自己能力的不足和對(duì)專業(yè)知識(shí)掌握的不扎實(shí)，尤其是數(shù)字電路和模擬電路，還有對(duì)硬件電路的設(shè)計(jì)缺少相應(yīng)的思維和解決方法。芯片掌握的不到位，不熟悉。對(duì)C語(yǔ)言的編程能力還不夠，不能夠沒(méi)有障礙的閱讀芯片手冊(cè)，對(duì)芯片的時(shí)序的編程實(shí)現(xiàn)也掌握不到位。在以后的學(xué)習(xí)和工作中，我一定要以認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去學(xué)習(xí)，鍛煉自己的技能。10參考資料1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù) .北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19982 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19923 何立民.單片

14、機(jī)應(yīng)用技術(shù)大全.北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 19944 張毅剛. 單片機(jī)原理及接口技術(shù).哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19905 譚浩強(qiáng).單片機(jī)課程設(shè)計(jì). 北京：清華大學(xué)出版社，198911 程序#include<reg52.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned int void result(uchar);uchar value=0; #include"adc0809.h"#include"lcd1602.h"uchar str5 ;uchar volt7;uchar a

15、=0+0x30;uchar str111="tanxiaopin"sbit CLK=P07;uint n;void main() /uint i;ADC0809_init();lcd_init(); int i=0;while(1)lcd_zifu(str1,0x01);value=AD(i);/ str0=value/100+0x30; str1=value%100/10+0x30; str2=value%10+0x30; result(value);lcd_data(str,0x40);lcd_data(volt,0x46); if(key_down() i+; if(

16、i>=8)i=1; jdq_ctrl(i,max);while(1);void result(uchar v) float a;a=(v/255.0)*500.0;volt0=(int)a)/100+0x30;volt1='.'volt2=(int)a)%100/10+0x30;volt3=(int)a)%10+0x30;volt4=' 'volt5='V' void t1(void) interrupt 3 CLK=CLK; #include<reg52.h>#define uchar unsigned char #defin

17、e uint unsigned int sbit ST=P04;sbit EOC=P05;sbit OE=P06;/sbit CLK=P07;sbit ADDA=P00;sbit ADDB=P01;sbit ADDC=P02;sbit ALE=P03;uchar vvoid delay(ms) uint i,j; for(i=ms;i>0;i-) for(j=125;j>0;j-);void ADC0809_init()TMOD=0x20;TH1=(255-250);TL1=(255-250);EA=1ET1=1; TR1=1; ST=0; OE=0;ALE=0;uchar AD(

18、)uchar temp=0;ST=0;/EOC=1;/ ALE=1;ADDA=0;ADDB=0;ADDC=0;delay(1); ALE=0;OE=0; ST=0;ALE=1; ST=1;ALE=0; ST=0; delay(2); while(EOC=0); OE=1; temp=P2; delay(2); OE=0; return temp; void ADC0809_init(); uchar AD();#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsig

19、ned intsbit rs=P15;sbit rw=P16;sbit en=P17;void lcd_1602(uchar comm);void lcd_write(uchar dat);bit lcd_busy();extern void delay(uint); void lcd_1602(uchar comm);void lcd_write(uchar dat);bit lcd_busy();sbit busy=P37;extern void delay(uint);void lcd_1602(uchar comm)while(lcd_busy();rs = 0;rw = 0;en = 0;_nop_();P3 = comm;_nop_();en = 1;_nop_();_nop_();en = 0;void lcd_write(uchar dat)while(lcd_busy();rs = 1;rw = 0;en = 0;_nop_();P3 = dat;_nop_();_nop_();en = 1;_nop_();_nop_();en = 0;void lcd_