东北电力学动化计算机控制系统课程设计
目录
目录 1
1 题目背景意义 2
2 设计题目介绍 2
21设计目 2
22设计意义 2
3 系统总体框架 3
4 系统硬件设计 3
41单片机选型 3
411 80C51功介绍： 4
412晶振电路 4
413复位电路 4
42 AD转换电路 5
421 ADC0809功介绍： 6
422 AD转换电路图 6
43 DA转换电路 7
431 DAC0832功 7
432 DA转换电路图 8
44 稳压电源 8
45调理电路 8
46 报警指示灯电路 9
47 键盘显示控制电路 9
471键盘电路 9
472 74LS138 10
473 74LS47 10
474显示电路 11
5 系统软件设计 13
51 程序框图 13
52数程序框图 14
53 键盘程序框图 15
54显示程序框图 16
6 总结 17
附录 总体设计电路原理图 18
1 题目背景意义
动控制系统实际工程中常需检测测象物理参数温度流量压力速度等参数模拟信号形式传感器转换成电压信号AD转换器变换成计算机够处理信号样计算机控制外设电动调节阀模拟调速系统时需计算机输出数字信号DA转换器变换成外设接受模拟信号
次计算机控制系统课程设计目学理学基础通完成涉MCS51单片机ADDA种资源应具综合功系统目标板设计编程应够课堂学理知识实际应结合起够电子电路电子元器件等方面知识进步加深认识时系统设计软件编程相关仪器设备技等方面较全面锻炼提高帮助学增进单片机感性认识加深单片机理方面理解更掌握单片机部功模块应ADDA功实现学生解掌握单片机应系统软硬件设计程方法实现设计实现单片机应系统良基础
2 设计题目介绍
21设计目
设计基单片机具ADDA功信号测控装置求该信号测控装置够接入典型传感器变送器信号时输出标准电压电流信号满足抗干扰通性安全性性价等原性求标准电压电流信号定：0～5V4～20mA (0～20mA)
22设计意义
通设计信号测控装置加深控制系统理解全面掌握学知识灵活运起
3 系统总体框架
8051
稳压电源
显示模块
模数转换模块
键盘模块
声光报警
数模转换模块
模拟量输出
模拟量输入
图1 系统总体框架图
4 系统硬件设计
41单片机选型
80C51单片机采CHMOS工艺高速度高密度低功耗具价格便宜易手抗干扰力强稳定性等优点满足设计系统求条件次设计选80C51单片机作处理核心结构图2示：
图2 80C51结构
411 80C51功介绍：
Vss(20脚)接
VCC（40脚） 电源+5V
XTAL1（19脚）接外部晶体端片振荡电路反相放器输入端CHMOS单片机引脚作驱动端
XTAL2（18脚） 接外部晶体端片振荡电路反相放器输出端振荡电路频率晶体振荡频率CHMOS单片机引脚应悬浮
RST（9脚） 单片机刚接电源时部寄存器处机状态该脚输入24时钟周期宽度高电单片机复位（RESET）
PSEN（29脚） 外ROM读选通信号
ALEPROG（30脚） 址锁存允许片EPROM编程脉
EAVPP（31脚） EA端输入高电时CPU片程序存储器址0000H单元开始执行程序址超出4KB时动执行片外程序存储器程序EA输入低电时CPU仅访问片外程序存储器
输入输出引脚：
（1）P00—P07 (39脚—32脚) 作数总线
（2）P10—P17 （1脚—8脚）
（3）P20—P27 （26脚—21脚）
（4）P30—P37 （10脚—17脚）具第二功特殊信号输入输出控制信号属控制总线
412晶振电路
单片机种时序电路必须供脉信号正常工作XTAL1 XTAL2引脚接入振荡电路电路图3示：
图3 晶振电路
413复位电路
单片机系统中需硬件复位电路户手动复位80C51高电复位效简单复位电路电阻电解电容钮形成电路图4示：
图4 复位电路
图 5 8051单片机系统
42 AD转换电路
完成AD转换功选择AD0809转换器具易微处理器接口独立满量程工作址逻辑路器选通输入通道单5V供电输入范围0~5V输入输出TTLCMOS电兼容等优点
ADC08098通道8位CMOS逐次逼式AD转换芯片单片机直接接口8路模拟量通道选择开关址锁存译码器AD转换器三态输出锁存器组成路开关选通8模拟通道允许8路模拟量分时输入AD转换器进行转换三态输出锁器锁存AD转换完数字量OE端高电时三态输出锁存器取走转换完数ADC0809部没时钟电路需时钟信号必须外界提供通常频率500KHZ
421 ADC0809功介绍：
图6 ADC0809芯片图
D7D0：8 位数字量输出引脚
IN0IN7：8 位模拟量输入引脚
VCC：+5V 工作电压
GND：
REF（+）：参考电压正端
REF（）：参考电压负端
START：AD 转换启动信号输入端
ALE：址锁存允许信号输入端
（两种信号启动AD 转换）
EOC：转换结束信号输出引脚开始转换时低电转换结束时高电
OE：输出允许控制端开三态数输出锁存器
CLK：时钟信号输入端（般500KHz）
422 AD转换电路图
图7 AD转换电路
43 DA转换电路
DA转换电路选择DAC0832具微处理器完全兼容价格低廉接口简单转换控制容易等优点DAC08328位DA转换器采CMOS工艺制作部两寄存器两寄存器控制信号五输入寄存器ILECSWR1控制DAC寄存器WR2Xref控制软件指令控制五控制端实现三种工作方式：直通方式单缓方式双缓方式
直通方式两寄存器五控制端预先置效两寄存器开通数字信号输入立进入DA转换
单缓方式DAC0832两输入寄存器中处直通方式处受控方式WR2Xfer相连接WR1接89C51WRILE接高电CS接高位址址译码输出端
双缓方式DAC0832输入寄存器DAC寄存器接成受控方式种方式路模拟量求时输出情况
三种工作方式区：直通方式需选通直接DA转换单缓方式次选通双缓方式二次选通
431 DAC0832功
图8 DAC0832芯片图
D0～D7：8位数输入线TTL电效时间应90ns(否锁存器数会出错)
ILE：数锁存允许控制信号输入线高电效
CS：片选信号输入线（选通数锁存器）低电效
WR1：数锁存器写选通输入线负脉（脉宽应500ns）效ILECSWR1逻辑组合产生LE1LE1高电时数锁存器状态输入数线变换LE1负跳变时输入数锁存
XFER：数传输控制信号输入线低电效负脉（脉宽应500ns）效
WR2：DAC寄存器选通输入线负脉（脉宽应500ns）效WR2XFER逻辑组合产生LE2LE2高电时DAC寄存器输出寄存器输入变化LE2负跳变时数锁存器容入DAC寄存器开始DA转换
IOUT1：电流输出端1值DAC寄存器容线性变化
IOUT2：电流输出端2值IOUT1值常数
Rfb：反馈信号输入线改变Rfb端外接电阻值调整转换满量程精度
Vcc：电源输入端Vcc范围+5V～+15V
VREF：基准电压输入线VREF范围10V～+10V
AGND：模拟信号
DGND：数字信号
432 DA转换电路图
图9 DA转换电路
44 稳压电源
单片机更稳定工作必须保证稳定电压输入
图10 稳压电源电路
45调理电路
工业控制中类传感器常输出标准电流信号4~20mA常先转换成±10V标准电压信号便送类设备进行处理种转换电路4mA满量程0应10V12mA50应0V20mA100应5V电路见图11示
图11 调理电路
46 报警指示灯电路
系统正常运行时绿灯亮传感器采集信息通单片机处理果超设置限值低限值时蜂鸣器进行报警红灯亮起电路图图12示
图12 报警电路
47 键盘显示控制电路
加入键盘便机互动方便工作员时调整工况调节系统允许工作范围80C51核心配合REPACK874LS13874LS47协工作完成键盘控制电路设计目键时数码显示相应数字4x4键接口电路设计读取键值通键控制外围电路工作设定初始值设定值
471键盘电路
键盘种常开型钮开关常态时键盘两触点处断开状态时两触点闭合通键常态时通断操作员通键盘微控制系统输入数者控制命令等实现简单机通信
图13 键盘控制电路
472 74LS138
图14 74LS138结构
（1）功介绍
74LS138TTL非门组成3线—8线译码器工作原理：选通端（G1）高电两选通端（(G2A)(G2B)）低电时址端（ABC）二进制编码应输出端低电译出
473 74LS47
图15 74LS47结构
（1） 功介绍
74LS47译码器译码编码逆程编码时赋予代码含义翻译实现译码逻辑电路成译码器译码器输出输入代码唯应关系74LS47输出低电效七段字形译码器里数码配合
表1 真值表
LT：试灯输入检查数码段否正常发光设置LT0时输入A3 A2 A1 A0种状态译码器输出均低电驱动数码正常显示8
BI：灭灯输入控制位数码显示灭灯设置BI0时LT输入A3 A2 A1A0种状态译码器输出均高电阳极数码熄灭
RBI：灭零输入希显示0熄灭设定位A3 A2 A1 A00时应显示0RBI0作译码器输出全高电结果加入灭灯信号结果样0熄灭
RBO：灭零输出灭灯输入BI端两者配合实现位数码显示灭零控制
474显示电路
加入LED显示便机互动方便工作员时解时工况简化电路降低成采八位数码位段选线联起8位IO口控制结构图16示：
图16 数码结构
（1）数码功介绍：
8位段选线皆IO口控制瞬间8位数码会显示相字符想位显示字符必须采扫描方法轮流点亮位LED瞬间某位显示字符瞬间段选控制IO口输出相应字符段选码位选择控制IO口该显示位送入选通电保证该位显示相字符轮流位分时显示该位该显示字符
图17 LED显示电路
5 系统软件设计
51 程序框图
开始
启动AD转换时A中数送入DA启动转换
开中断
设置报警电路初始值红灯灭绿灯亮
设置限初始值
设置DPTR初始值
踏步等
图18 程序框图
52数程序框图
开始
关中断保护现场
读取AD转换结果
现场恢复返回
结果否限
结果否限
调显示子程序
报警
调显示子程序
启动次转换
Y
Y
N
N
图19 数转换框图
53 键盘程序框图
图20 键盘程序框图
54显示程序框图
图21 显示程序框图
6 总结
面课程设计觉专业知识掌握够全面芯片解够充分次课程设计学知识进行次综合性整理通查阅相关资料仅学更知识提高实践力通次课程设计总结点：
（1）开始课程设计前选择芯片部结构系统解知道芯片资源引脚功什
（2）进行课程设计时妄想次整程序设计反复修改断改进程序设计必路
（3）课程设计程中遇问题正常应该积极寻找解决问题办法分析清楚产生问题原免次碰样问题
（4）认真审题盲目设计理解课程设计方做课题完成锻炼力
（5）课程设计分块进行设计组合起完成整设计
（6）完成整课程设计仅熟悉课程设计程更系统锻炼
附录 总体设计电路原理图
图22 总电路图
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目录 1
1 题目背景意义 2
2 设计题目介绍 2
21设计目 2
22设计意义 2
3 系统总体框架 3
4 系统硬件设计 3
41单片机选型 3
411 80C51功介绍： 4
412晶振电路 4
413复位电路 4
42 AD转换电路 5
421 ADC0809功介绍： 6
422 AD转换电路图 6
43 DA转换电路 7
431 DAC0832功 7
432 DA转换电路图 8
44 稳压电源 8
45调理电路 8
46 报警指示灯电路 9
47 键盘显示控制电路 9
471键盘电路 9
472 74LS138 10
473 74LS47 10
474显示电路 11
5 系统软件设计 13
51 程序框图 13
52数程序框图 14
53 键盘程序框图 15
54显示程序框图 16
6 总结 17
附录 总体设计电路原理图 18
1 题目背景意义
动控制系统实际工程中常需检测测象物理参数温度流量压力速度等参数模拟信号形式传感器转换成电压信号AD转换器变换成计算机够处理信号样计算机控制外设电动调节阀模拟调速系统时需计算机输出数字信号DA转换器变换成外设接受模拟信号
次计算机控制系统课程设计目学理学基础通完成涉MCS51单片机ADDA种资源应具综合功系统目标板设计编程应够课堂学理知识实际应结合起够电子电路电子元器件等方面知识进步加深认识时系统设计软件编程相关仪器设备技等方面较全面锻炼提高帮助学增进单片机感性认识加深单片机理方面理解更掌握单片机部功模块应ADDA功实现学生解掌握单片机应系统软硬件设计程方法实现设计实现单片机应系统良基础
2 设计题目介绍
21设计目
设计基单片机具ADDA功信号测控装置求该信号测控装置够接入典型传感器变送器信号时输出标准电压电流信号满足抗干扰通性安全性性价等原性求标准电压电流信号定：0～5V4～20mA (0～20mA)
22设计意义
通设计信号测控装置加深控制系统理解全面掌握学知识灵活运起
3 系统总体框架
8051
稳压电源
显示模块
模数转换模块
键盘模块
声光报警
数模转换模块
模拟量输出
模拟量输入
图1 系统总体框架图
4 系统硬件设计
41单片机选型
80C51单片机采CHMOS工艺高速度高密度低功耗具价格便宜易手抗干扰力强稳定性等优点满足设计系统求条件次设计选80C51单片机作处理核心结构图2示：
图2 80C51结构
411 80C51功介绍：
Vss(20脚)接
VCC（40脚） 电源+5V
XTAL1（19脚）接外部晶体端片振荡电路反相放器输入端CHMOS单片机引脚作驱动端
XTAL2（18脚） 接外部晶体端片振荡电路反相放器输出端振荡电路频率晶体振荡频率CHMOS单片机引脚应悬浮
RST（9脚） 单片机刚接电源时部寄存器处机状态该脚输入24时钟周期宽度高电单片机复位（RESET）
PSEN（29脚） 外ROM读选通信号
ALEPROG（30脚） 址锁存允许片EPROM编程脉
EAVPP（31脚） EA端输入高电时CPU片程序存储器址0000H单元开始执行程序址超出4KB时动执行片外程序存储器程序EA输入低电时CPU仅访问片外程序存储器
输入输出引脚：
（1）P00—P07 (39脚—32脚) 作数总线
（2）P10—P17 （1脚—8脚）
（3）P20—P27 （26脚—21脚）
（4）P30—P37 （10脚—17脚）具第二功特殊信号输入输出控制信号属控制总线
412晶振电路
单片机种时序电路必须供脉信号正常工作XTAL1 XTAL2引脚接入振荡电路电路图3示：
图3 晶振电路
413复位电路
单片机系统中需硬件复位电路户手动复位80C51高电复位效简单复位电路电阻电解电容钮形成电路图4示：
图4 复位电路
图 5 8051单片机系统
42 AD转换电路
完成AD转换功选择AD0809转换器具易微处理器接口独立满量程工作址逻辑路器选通输入通道单5V供电输入范围0~5V输入输出TTLCMOS电兼容等优点
ADC08098通道8位CMOS逐次逼式AD转换芯片单片机直接接口8路模拟量通道选择开关址锁存译码器AD转换器三态输出锁存器组成路开关选通8模拟通道允许8路模拟量分时输入AD转换器进行转换三态输出锁器锁存AD转换完数字量OE端高电时三态输出锁存器取走转换完数ADC0809部没时钟电路需时钟信号必须外界提供通常频率500KHZ
421 ADC0809功介绍：
图6 ADC0809芯片图
D7D0：8 位数字量输出引脚
IN0IN7：8 位模拟量输入引脚
VCC：+5V 工作电压
GND：
REF（+）：参考电压正端
REF（）：参考电压负端
START：AD 转换启动信号输入端
ALE：址锁存允许信号输入端
（两种信号启动AD 转换）
EOC：转换结束信号输出引脚开始转换时低电转换结束时高电
OE：输出允许控制端开三态数输出锁存器
CLK：时钟信号输入端（般500KHz）
422 AD转换电路图
图7 AD转换电路
43 DA转换电路
DA转换电路选择DAC0832具微处理器完全兼容价格低廉接口简单转换控制容易等优点DAC08328位DA转换器采CMOS工艺制作部两寄存器两寄存器控制信号五输入寄存器ILECSWR1控制DAC寄存器WR2Xref控制软件指令控制五控制端实现三种工作方式：直通方式单缓方式双缓方式
直通方式两寄存器五控制端预先置效两寄存器开通数字信号输入立进入DA转换
单缓方式DAC0832两输入寄存器中处直通方式处受控方式WR2Xfer相连接WR1接89C51WRILE接高电CS接高位址址译码输出端
双缓方式DAC0832输入寄存器DAC寄存器接成受控方式种方式路模拟量求时输出情况
三种工作方式区：直通方式需选通直接DA转换单缓方式次选通双缓方式二次选通
431 DAC0832功
图8 DAC0832芯片图
D0～D7：8位数输入线TTL电效时间应90ns(否锁存器数会出错)
ILE：数锁存允许控制信号输入线高电效
CS：片选信号输入线（选通数锁存器）低电效
WR1：数锁存器写选通输入线负脉（脉宽应500ns）效ILECSWR1逻辑组合产生LE1LE1高电时数锁存器状态输入数线变换LE1负跳变时输入数锁存
XFER：数传输控制信号输入线低电效负脉（脉宽应500ns）效
WR2：DAC寄存器选通输入线负脉（脉宽应500ns）效WR2XFER逻辑组合产生LE2LE2高电时DAC寄存器输出寄存器输入变化LE2负跳变时数锁存器容入DAC寄存器开始DA转换
IOUT1：电流输出端1值DAC寄存器容线性变化
IOUT2：电流输出端2值IOUT1值常数
Rfb：反馈信号输入线改变Rfb端外接电阻值调整转换满量程精度
Vcc：电源输入端Vcc范围+5V～+15V
VREF：基准电压输入线VREF范围10V～+10V
AGND：模拟信号
DGND：数字信号
432 DA转换电路图
图9 DA转换电路
44 稳压电源
单片机更稳定工作必须保证稳定电压输入
图10 稳压电源电路
45调理电路
工业控制中类传感器常输出标准电流信号4~20mA常先转换成±10V标准电压信号便送类设备进行处理种转换电路4mA满量程0应10V12mA50应0V20mA100应5V电路见图11示
图11 调理电路
46 报警指示灯电路
系统正常运行时绿灯亮传感器采集信息通单片机处理果超设置限值低限值时蜂鸣器进行报警红灯亮起电路图图12示
图12 报警电路
47 键盘显示控制电路
加入键盘便机互动方便工作员时调整工况调节系统允许工作范围80C51核心配合REPACK874LS13874LS47协工作完成键盘控制电路设计目键时数码显示相应数字4x4键接口电路设计读取键值通键控制外围电路工作设定初始值设定值
471键盘电路
键盘种常开型钮开关常态时键盘两触点处断开状态时两触点闭合通键常态时通断操作员通键盘微控制系统输入数者控制命令等实现简单机通信
图13 键盘控制电路
472 74LS138
图14 74LS138结构
（1）功介绍
74LS138TTL非门组成3线—8线译码器工作原理：选通端（G1）高电两选通端（(G2A)(G2B)）低电时址端（ABC）二进制编码应输出端低电译出
473 74LS47
图15 74LS47结构
（1） 功介绍
74LS47译码器译码编码逆程编码时赋予代码含义翻译实现译码逻辑电路成译码器译码器输出输入代码唯应关系74LS47输出低电效七段字形译码器里数码配合
表1 真值表
LT：试灯输入检查数码段否正常发光设置LT0时输入A3 A2 A1 A0种状态译码器输出均低电驱动数码正常显示8
BI：灭灯输入控制位数码显示灭灯设置BI0时LT输入A3 A2 A1A0种状态译码器输出均高电阳极数码熄灭
RBI：灭零输入希显示0熄灭设定位A3 A2 A1 A00时应显示0RBI0作译码器输出全高电结果加入灭灯信号结果样0熄灭
RBO：灭零输出灭灯输入BI端两者配合实现位数码显示灭零控制
474显示电路
加入LED显示便机互动方便工作员时解时工况简化电路降低成采八位数码位段选线联起8位IO口控制结构图16示：
图16 数码结构
（1）数码功介绍：
8位段选线皆IO口控制瞬间8位数码会显示相字符想位显示字符必须采扫描方法轮流点亮位LED瞬间某位显示字符瞬间段选控制IO口输出相应字符段选码位选择控制IO口该显示位送入选通电保证该位显示相字符轮流位分时显示该位该显示字符
图17 LED显示电路
5 系统软件设计
51 程序框图
开始
启动AD转换时A中数送入DA启动转换
开中断
设置报警电路初始值红灯灭绿灯亮
设置限初始值
设置DPTR初始值
踏步等
图18 程序框图
52数程序框图
开始
关中断保护现场
读取AD转换结果
现场恢复返回
结果否限
结果否限
调显示子程序
报警
调显示子程序
启动次转换
Y
Y
N
N
图19 数转换框图
53 键盘程序框图
图20 键盘程序框图
54显示程序框图
图21 显示程序框图
6 总结
面课程设计觉专业知识掌握够全面芯片解够充分次课程设计学知识进行次综合性整理通查阅相关资料仅学更知识提高实践力通次课程设计总结点：
（1）开始课程设计前选择芯片部结构系统解知道芯片资源引脚功什
（2）进行课程设计时妄想次整程序设计反复修改断改进程序设计必路
（3）课程设计程中遇问题正常应该积极寻找解决问题办法分析清楚产生问题原免次碰样问题
（4）认真审题盲目设计理解课程设计方做课题完成锻炼力
（5）课程设计分块进行设计组合起完成整设计
（6）完成整课程设计仅熟悉课程设计程更系统锻炼
附录 总体设计电路原理图
图22 总电路图
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