微机测控系统设计计算机控制课程设计说明书.docx

1、微机测控系统设计计算机控制课程设计说明书目 录1 引言 12 工作原理概论 13 元件介绍 13.1 89C51芯片介绍 23.2 ADC0808 新片介绍 43.3 RS-232 串口通信介绍 64 设计说明 74.1 设计总框图 74.2 系统图及说明 85 程序设计 96 总结 13参考文献 141 引言在现代测控系统中，由于PC机具有强大的数据处理能力和良好的用户交互界面，单片机具有较强的现场抗干扰能力及良好的性价比，因此以PC机为上位机实施用户控制和以单片机为下位机进行实时数据采集的分布式智能化控制系统无疑具有很好的应用前景。本文中单片机实现了温度检测，具有较好的实时性；PC机完成了

2、数据显示、存储及统计分析，绘制了实时温度曲线，并对系统目前所处状况做出了评判。两者之间以串行口进行通信联络。温度信息由温度传感器测量并转换成微安级的电流信号，经过运算放大电路将温度传感器输出的小信号进行跟随放大，输入到A/D转换器（ADC0808）转换成数字信号输入主机。数据经过标度转换后，一方面通过数码管将温度显示出来；另一方面，将该温度值与设定的温度值进行比较，调整电加热炉的开通情况，从而控制温度。在断开电加热器，温度仍然异常，报警器发出声音报警，提示采取相应的调整措施。 为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装温度测量及控制设备。本设计由于采用微机对温度进行控制，以其测量精度高，操作

3、简单，可运行性强等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。 本设计由于采用了微机控制系统系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。2 设计要求及内容2.1设计要求 本课题要求设计一个微机测控系统，要求如下： 下位机要求：1）、用A/D芯片进行温度采集2路温度(要求以一定周期巡回检测)2）、温度测量范围为0-200C,测量精度为1C3）、当温度参数超限并失调时，能声音报警。4）、能实现下位机与上位机的实时通讯；上位机要求：1）、能实现与下位机的通讯 2）、用VB搭建一个良好的界面3）、能显示下位机采集到的2路温度的实时曲线2.2 设计要求硬件设计(1)用

4、滑动变阻器（代替温度传感器PT100），STC89C51、ADC0808、RS232或RS485、串口及相关电子元件设计完整的硬件电路，并焊接于万能板上； (2)完成相关程序的编写并调试。2)软件设计(1)用VB搭建良好的界面；(2)实时显示硬件电路采集到的2温度曲线3)课程设计说明书3 元件介绍3.1 89C51芯片介绍图3-1 89C51CPU内部功能结构图中央微处理器 AT89S51： AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公

5、司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下

6、，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89S51单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要，同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT89S51单片机作为整个系统的控制器。 图3-2 AT89C51芯片图3-3 晶振电路图3-4 报警电路图3-5 复位电路 电源引脚 Vcc（40脚）：典型值5V。 Vss（20脚）：接低电平。 外部晶振 X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外

7、部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地 输入输出口引脚： P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 控制引脚： RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。 RST/Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。 第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。 ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。 第二功能：编程脉冲输入。 -PSEN（2

8、9脚）：外部程序存储器读选通信号。 -EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。 第二功能：编程电压输入端（+21V）。3.2 ADC0808 芯片介绍图3-6 ADC0808ADC0808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ADC0808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ADC0808进行A/D转换。各引脚功能如下：（外部特性）ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示

9、。各引脚功能如下：15和2628（IN0IN7）：8路模拟量输入端。8、14、15和1721：8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（

10、VREF（+）和16（VREF（-）：参考电压输入端11（Vcc）：主电源输入端。13（GND）：地。2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路图3-7 ADC0808 AD转换电路3.3 RS-232串口通信介绍RS-232C 是由美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS（Recommended Standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232C 总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。 在多数情况下

11、主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 RS-232C 标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 RS-232C 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 其COMPIM(COM口物理接口模型)还可以使仿真电路通过PC机串口和

12、外部电路实现双向异步串行通信;PCT元件的电阻随温度的升高而快速增大。可以作限温或过热保护元件.如家用电热灭蚊器电热部分的主要器件是PCT元件，PCT元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，PCT元件具有发热、控温双重功能。图3-8 RS232通信电路4 设计说明4.1设计总框图 图4-1 设计原理图4.2 硬件连接图及说明 硬件部分主要由晶振电路，复位电路，89C51微处理器系统，报警系统，AD转换电路，单片机程序下载和RS232通信电路组成。如图示图4-2 系统图单片机最小系统由晶振电路，复位电路构成，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和

13、输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右。把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现。采用最简单的外部按键复位电路

14、。按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的. 温度控制电路工作原理：在ADC0808的IN0和IN1端口输入两路的电阻值， ADDA、ADDB、ADDC为地址线，因为只有两路，所以取000和001.本文用74LS74将单片机ALE端输出的1/6*晶振频率四分频，接ADC0808的CLOCK端，为ADC0808驱动。START上升沿时，所有寄存器清零，在下降沿时，启动AD转换，当EOC=1时，AD转换结束，OE=1，表示允许输出信号，输出的数据在OUT1OUT8.当超过规定限制温度时，蜂鸣器响来作为警报声。5 软件设计5.1 系统的主程序 主程序是系统的监控程序，在程序运行的过程中必须先经过初始

15、化，以及各个控制端口的初始化工作。流程图如5.1 所示。系统在初始化完成后就进入温度测量程序，实时的测量当前的温度并显示在上位机的界面上，并根据硬件设计完成对温度的控制。YN图 5-1 系统总体设计流程图5.2 上位机显示曲线图 5-2 显示曲线5.3 系统的总程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ST=P10;sbit EOC=P11;sbit OE=P12;sbit A=P13;sbit SPK=P14; /定义喇叭端口 uchar AD_DATA2;/保存IN0和IN1经AD转

16、换后的数据/*延时函数*/void delay(uchar i)uchar j;while(i-)for(j=125;j0;j-);void initial_com()TMOD=0X20; /设置T1工作方式为方式2SCON=0X50; /设置串口通讯方式为方式1TH1=0xfd;TL1=0xfd;EA=1;ES=1;TR1=1;/开定时器TI=0;/发送标志位清0RI=0;/接收标志位清0/*AD转换函数*/void AD1()A=0;/选择通道IN0OE=0;ST=0;delay(10);ST=1;/启动AD转换delay(10);ST=0;delay(10);while(EOC=0);O

17、E=1;AD_DATA0=P2;OE=0;void AD2()OE=0;A=1;/选择通道IN1ST=0;delay(10);ST=1;/启动AD转换delay(10);ST=0;delay(10);while(EOC=0);OE=1;AD_DATA1=P2;OE=0;void speak() while(1) delay(2); SPK=!SPK; SPK=0;/防止一直给喇叭通电造成损坏 delay(200); /*主函数*/void main()initial_com();while(1)AD1();if(AD_DATA0200) speak(); else SBUF=AD_DATA0;

18、while(!TI);/当发送结束后，SCON寄存器中的TI位会被置1，跳出while执行语句delay(10);TI=0;AD2();if(AD_DATA1200) speak();else SBUF=AD_DATA1;while(!TI);/当发送结束后，SCON寄存器中的TI位会被置1，跳出while执行语句delay(10);TI=0;6心得体会本设计采用的单片机是作为现代工业中最常用的集成芯片。具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、对环境要求不高、价格低廉、可靠性高、灵活性好、易于推广应用等显著优点，通过软件逻辑控制实现对温度的控制和调节。本文的温度控制系统，只是单片机广泛应用于各行各业

19、中的一例。在整个设计以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧!参考文献1 李顺增.微机原理与接口技术.北京：机械工业出版社出版社，20052 顾德英.计算机控制技术.北京：北京邮电大学出版社，20073 李江全，计算机典型测控与串口通信开发软件应用实践，北京：人民邮电出版社，20084 张毅刚. MCS-51单片机原理及应用. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004，81945 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列单片机原理与接口技术. 北京：人民邮电出版社，2004，187216.6 周慈航著.单片机程序设计基础M.北京：北京航空航天大学出版社，20037 方佩敏编著.智能化集成温度传感器原理与应用M.北京：电子工业出版社，20028 李道玲，李玲，朱艳编著.传感器电路分析与设计M.武汉：武汉大学出版社，20039 刘笃人，韩保军编著.传感器及应用技术M.西安：西安电子科技大学出版社，200310陈小忠等，单片机接口技术实用子程序.北京：人民邮电出版社，200511李群芳编著 ，单片机原理、接口及应用嵌入式系统计数基础.北京：清华大学出版社