计算机控制系统课程设计

计算机控制系统课程设

计

文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

课程设计报告学生姓名:学号：

学院:自动化工程学院

班级:

题目:计算机控制系统

1 题目背景与意义

设计背景

在自动控制系统的实际工程中，经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号的形式。它们要由传感器转换成电压信号，再经A/D转换器变换成计算机能够处理的信号。同样，计算机控制外设，如电动调节阀、模拟调速系统时，就需要将计算机输出的数字信号经过D/A转换器变换成外设能接受的模拟信号。本次《计算机控制系统》课程设计的目的就是让同学们在理论学习的基础上，通过完成一个涉及单片机A/D和D/A多种资源应用并具有综合功能的小系统目标板的设计与编程应用，使我们不但能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，而且能够对电子电路、电子元器件、等方面的知识进一步加深认识，同时在系统设计、软件编程、相关仪器设备的使用技能等方面得到较全面的锻炼和提高。帮助同学们增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解，从而更好的掌握单片机的内部功能模块的应用以及A/D和D/A功能的实现。使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程、方法及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。

设计意义

通过设计此测控装置，加深对控制系统的理解，达到活学活用的目的。理论结合实践，锻炼综合运用能力。

2 设计题目介绍

设计题目

设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。标准电压/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA

设计要求

基本要求

设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。

1. 基本要求：

1) 充分理解题目要求，确定方案。

2) 合理选择器件型号。

3) 用1号图纸1张或者采用Protel软件画出电原理图。

4) 用1号图纸1张画出软件结构框图。

5) 写出设计报告，对课程设计成品的功能进行介绍及主要部分进行分析与说明。

6) 每天写出工作日记。

2. 发挥部分：

1) 可将系统扩展为多路。可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED）、

与上位机通讯功能。

2) 完成以上基本设计部分之后，可以运用Proteus 仿真软件对设计结果进行相应的编程和仿真，调试测控系统并观察其运行结果(可以分部分完成)。

3 系统总体框架

单片机

CPU 、运算

单片机的选择

此次设计选用AT89C51单片机作为处理核心。89C51是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，内含32根双向且分别可寻址的IO 线，128字节RAM ，2个16位定时计数器，全双工异步串行口，2个中断优先级，5个中断源，片内有时钟振荡器。

时钟电路

89C51的时钟信号通常由两种方式产生：内部时钟和外部时钟。实际应用中通常采用外接晶振的内部时钟方式，在满足系统功能的前提下，应

选择低一些的晶振频率。重要在单片机的XTAL1 和XTAL2引脚外接晶振即可。其中C2 和C3的作用是稳定频率和快速起振。

复位电路

单片机的初始化操作，给复位脚RST加上大于2个机器周期（即24个时钟振荡周期）的高电平就使AT89C51复位。

复位时，PC初始化0000H，程序从0000H单元开始执行。除系统的正常初始化外，当程序出错（如程序跑飞）或操作错误时系统处于死锁状态时，需按复位键使RST脚为高电平，使AT89C51摆脱“跑飞”或“死锁”状态而重新启动程序。复位电路与单片机连接如图。

A/D转换器

模拟量输入通道的任务是把在工业现场中采集到的模拟量转换成计算机可识别的数字量。模拟量输入通道一般有信号预处理、多路模拟开关、前置放大器、采样保持器、A/D转换器、接口和控制电路组成。其核心是A/D转换器。

A/D转换器的选择

目前转换器的型号有很多，精度和位数的选择范围很大。对于本次设计，可选用8路的转换器。位数越多，精度越高，现在普遍使用ADC0808，它的性价比高，而且满足本次设计。

ADC0808功能简介

ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器

件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D转换，实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。

（1）ADC0808引脚结构

（2）各引脚功能如下

ADC0808管脚图

8、14、15和17～21：8位数字量输出端。

22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

6（START）： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns 宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

7（EOC）： A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

9（OE）：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输入端

11（Vcc）：主电源输入端。

13（GND）：地。