基于ADuC824单片机通用开发板设计毕业设计.docx
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基于ADuC824单片机通用开发板设计毕业设计
湖南工业职业技术学院
HunanIndustryPolytechnic
毕业实践
类别毕业实践
题目基于ADuC824单片机
通用开发板设计
湖南工业职业技术学院
毕业实践任务书
系名称电气工程系
专业及班级机电一体化S2009-3
学生姓名_________梁卓__________
学号__________24______________
毕业实践题目：
基于ADuC824单片机通用开发板设计
指导教师（签字）：
教研室主任（签字）：
系主任（签字）：
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
作者签名：
日 期：
指导教师签名：
日 期：
使用授权说明
本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：
按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。
作者签名：
日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：
日期：
年月日
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名：
日期：
年月日
导师签名：
日期：
年月日
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
毕业实践课题及任务
课题简介
本课题旨在研制一套基于ADuC824单片机的通用开发板，该实验装置包括硬件设计和软件编程两部分。
实验装置包括硬件装置和实验软件。
学生在设计该课题时，应具备电路分析、电子技术、电气控制技术、电子CAD技术、单片机控制技术、C语言程序设计、机电一体化技术等方面的相关知识，掌握电路设计流程图，电子元器件的选择、电路原理图的设计及连线。
课题任务
要求
1、设计要求:
●
（1）确定设计方案，完成开题报告。
●
（2）完成软、硬件设计。
●（3）要求结构紧凑,安全可靠,力求价廉物美.
●（4）完成论文。
2、技术数据表:
单片机通用开发板的技术参数相关网站和书本。
3、设计任务:
●开发板采用ADuC824单片机为主芯片加其它外围芯片构成；
●具有3路高精度温度采样，分别为RTD、热电偶和热敏电阻温度传感器输入；
●具有PWM输出、光电隔离的开关输入和晶体管控制输出的功能；
●具有光电隔离的RS-232和RS-485串行通讯口；
●具有LCD显示；
●带I2C总线的外部RAM；
●具有按键输入、外部中断输入；
并完成如下实验软件的编写工作：
●高精度温度采样和LCD显示实验；
●I2C总线数据存储实验；
●PWM输出和继电器输出控制实验；
●串口通讯实验、外部中断和定时实验。
进程安排
2011年下学期第一周——第三周：
根据课题要求，查阅相关理论书籍、设计参考书等，进一步加深对设计课题的理解和认识；撰写开题报告。
第四周——第十四周：
根据控制要求，设计控制电路流程图，画出硬件电路接线图，制作电路板，编写控制程序，上机调试、修改、完善，脱机运行。
第十五周——第十八周：
设计资料的准备、修改、完善。
第十九周：
答辩。
参考资料
[1]冯培弟.计算机控制技术[M].浙江：
浙江大学出版社，1990.6-1.
[2]王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：
天津大学出版社，1999.2.
[3]曾峰候亚宁曾凡雨.印制电路板（PCB）设计与制作[M].北京：
电子工业出版社，2002.11.
[4]陶永华尹怡欣葛芦生.新型PID控制及应用[M].北京：
机械工业出版社，1998.9.
[5]李刚.ADµC8XX系列单片机原理与应用技术[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2002.
[6]ADuC824Micro-ConverterDataSheets[Z/CD],USA:
AnalogDevices,Inc,2001
[7]王福瑞.单片微机测控系统设计大全[M].北京:
北京航空航天大学出版社,1999
[8]刘书明冯小平.数据采集系统芯片ADuC812原理与应用：
西安：
西安电子科技大学2000
[9]ADuC824Aspire[Z/CD],USA:
AnalogDevices,Inc,2001
[10]胡凡陈则韶罗大为程文龙.制冷工程PVT实验用精密低温恒温槽的研制[J].仪器仪表学报,2002，23-4.
湖南工业职业技术学院毕业实践开题报告书
电气工程系机电一体化技术专业
学生姓名
梁卓
班级
机电S2009-3
学号
24
课题名称
基于ADuC824单片机通用开发板设计
课题
准备
情况
在图书馆、网上查阅了大量关于ADuC824单片机方面的书籍，基本掌握了其芯片的特性，不管在硬件方面还是软件方面都有很清晰的思路。
之前专业选修课上学习了CAD制图，这为印刷电路板原理图绘制提供了方便。
学校实训周期间曾焊接过万用表、收音机，所以在硬件布局、焊接方面能起到帮助作用。
跑过南门口电子市场，了解了一些硬件的价格及特性。
思路和方法
首先要对开发板能达到的功能有个清晰认识，设计出流程图。
然后选择主芯片，画出连接主芯片的其他硬件部分的系统框图。
在电路板方面，先完成原理图的设计，再完成印刷电路板图的设计。
在软件方面，通过C语言和单片机语分别完成温度采集显示、中断定时、通信、I2C数据存储、PWM输出部分的程序。
拟重点解决的问题
1、硬件部分怎样设计
2、印制电路板设计（其中包括原理图设计和印制电路板图设计）
3、软件设计（其中包括温度采集、中断、通信、I2C数据存储、PWM输出部分的程序设计）
4、处理调试中所产生的故障
计
划
进
度
第一阶段：
根据控制要求，设计控制电路流程图，画出硬件电路接线图，制作电路板，编写控制程序，上机调试、修改、完善，脱机运行。
第二阶段：
设计资料的准备、修改、完善。
第三阶段：
答辩。
指导教师意见
签名：
年月日
湖南工业职业技术学院毕业实践考核表
电气工程系机电一体化技术专业
学生姓名
梁卓
班级
机电S2009-3
学号
24
课题名称
基于ADuC824单片机通用开发板设计
课题
完成
情况及自我评价
通过老师的指导和同学的帮助，最后终于实现了预期的效果。
之前在硬件方面有些接触不良，但通过反复检测与调试，能达到任务要求，不能说完成的很完美，至少大家都用心在制作，收获也挺多。
在本次任务中，我们借鉴了51单片机制作方法，这在全程中都给我们很大的帮助。
在本次任务中，我担任硬件的布局及焊接工作，之前几次都没有成功，主要原因是焊接中出现虚焊，反复调试检测后，终于完成了硬件的焊接工作。
通过本次任务我学到了很多单片机方面的知识，更加巩固了CAD制图、C语言等方面的知识，受益匪浅。
指导教师评价
评语
评级
签名：
年月日
评阅教师评价
评语
评级
签名：
年月日
答辩小组评价
评语
评级
组长签名：
年月日
毕业实践评审组审核
经综合考核该学生毕业实践评定为
组长签名：
年月日
基于ADuC824单片机通用开发板设计
【摘要】论文介绍了以ADuC824单片机为核心芯片的学生通用实验开发板的设计实现，包括硬件电路设计和软件编程两部分。
给出了详细的硬件设计电路和软件设计的流程图。
硬件设计方案中，使用ADuC824单片机为单一控制器；输入部分采用三路温度传感器信号输入并使用LCD显示，且具有外部中断输入、开关输入等功能；输出部分主要实现PWM输出和晶体管控制的输出；数据通讯部分提供了RS232和RS485接口，可根据应用的需要灵活选择；数据存储部分使用了与I2C串行总线兼容的AT24C02芯片。
介绍了印制电路板的设计过程。
软件设计方案中，主要给出了需要编写的详细程序流程框图，说明了编程过程中所使用到的ADuC824单片机的引脚信号和相关寄存器，如，计数器、特殊功能寄存器等。
最后给出了本方案中的不足之处以及简要的改进方法。
【关键词】ADuC824单片机硬件设计软件设计通信接口
引言
美国模拟仪器公司（ADI）是一个世界主导地位的半导体公司，专门研究高性能模拟信号、混合信号和数字信号处理（DSP）集成电路（IC）。
自从1965年ADI公司建立以来，它集中解决工程学电子设备关于信号处理的难点问题。
ADI公司的产品在转换真实世界的现象的功能中充当了一个重要的角色，譬如将温度、位移、压力、光和声音等模拟信号转变成电子信号从而被大范围使用在工业过程控制、工厂自动化、雷达系统、计算机辅助测试（CAT）、宽频调制解调器、无线电话、计算机、汽车和数码照相机等设备或者领域中。
ADuC824是美国ADI公司新推出的一款非常灵活的高性能的单片机，它集双路（主通道24位、辅助通道16位）∑-△A/D、12位D/A、定时器/计数器、温度传感器、增益可程控的放大器（PGA）、8位8051MCU内核、FlashMemory、RAM、看门狗定时器WDT、电源监视器PSM、定时间隔计数器TIC、SPI和I2C总线接口等资源全部集成在一个大约一平方厘米的芯片内，体积小，功耗低，它是一个完整的数据采集微系统，它的高性能和高精度转换技术，使得数据采集系统实现了高性能、微型化，它在一定程度上代表了单片机今后的发展趋势，在各类智能仪表、智能传感器、变送器和便携式仪器上具有广阔的发展前景。
科技飞速发展的今天，测控系统向自动化、智能化方向不断发展，这不仅对传感器的准确性、可靠性、稳定性要求越来越高，而且要求传感器应具备一定的数据处理能力，能够进行自动检测、自动校准和自动误差补偿。
传统的传感器已不能满足这样的需要，而且仅靠改进材料工艺也很难满足要求。
ADuC824单片机与传感器相结合，就可以构成高集成的智能传感器（IntelligentSensor/SmartSensor）。
所谓智能传感器，就是一种带有微处理器（或单片机）的，兼有信息检测、信号处理、信息记忆、逻辑思维与判断功能的传感器。
在信息技术高速发展的今天，智能传感器的智能化和集成化将成为其发展的两个重要方向，而智能传感器的智能化和集成化的程度将主要取决于与之相结合的微处理器的性能，美国ADI公司新推出的ADuC824单片机无疑使智能传感器的发展成为了可能。
据了解，从美国ADI公司推出ADuC824单片机以后，国内外利用ADuC824单片机所进行的研究开发不是很多，国内很多科研单位在美国ADI公司推出ADuC824单片机以后所从事的研究，大都是在ADuC824单片机高性能的基础上所进行的扩展，利用其在数据采集上的快速准确，片内集成的丰富的资源等等。
比如：
ADuC824在光纤光栅传感复用网络中的应用、便携式通用数据采集与通讯仪的设计与实现、采用ADuC824的数字调节器、基于ADuC824的便携式数据采集仪的设计、基于ADuC824数据采集模块和MATLAB软件包的数据处理系统等。
单片机可以用来进行数据采集、控制信息传输、控制设备做出相应的动作、构成智能仪器仪表的“智能”部分。
鉴于单片机在电子信息技术及仪器及相关专业的重要性，学好单片机技术就变得很重要，而实验环节则是学好单片机技术不可或缺的重要组成部分。
由于ADuC824单片机的高性能价格比，设计这样一个基于ADuC824单片机通用开发板来给本专业学生提供一个很好的学习单片机的平台，是可以实现的。
陈述理由如下：
1.ADuC824单片机使用了8051单片机的内核，所以与8051单片机的指令系统完全兼容，我们本专业学习的单片机技术就是对MCS-51单片机的学习，这样学生就不要额外学习另外的指令系统。
2.ADuC824单片机片内集成了两路高精度A/D、一路12位D/A、温度传感器、增益可程控的放大器（PGA）、FlashMemory、片内PLL、与I2C兼容的二线串口和SPI串口、看门狗定时器WDT、电源监视器PSM、定时间隔计数器TIC等许多MCS-51系列单片机芯片中所不具有的器件，为增加学生的知识面、紧跟科技发展的步伐提供了很好的现实教学工具。
3.ADuC824单片机体积小，而其内部已经集成了很多外围设备，在一块电路板上还可以留有很多空间供学生自己自主设计连接电路，增强学生的创新动手能力。
目前国内使用ADuC824单片机的主要场合是数据检测和数据采集的方面，以及工业控制方面和智能传感器方面。
由于ADuC824单片机的强大的功能和丰富的片内资源，使得它在数据的采集和处理上的用途很广，比如它的两路A/D通道可以直接接收来自传感器的微弱信号，为数据采集提供了方便；它的片内既有看门狗定时器电路WDT，这样对使用ADuC824单片机的系统的可靠性做出了一定的保障。
本文中主要是以ADuC824单片机为核心，加其它外围芯片构成了一套基于ADuC824单片机的通用开发板，具有以下功能：
3路高精度温度采样，分别为RTD、热电偶和热敏电阻温度传感器输入；PWM输出、光电隔离的开关输入和晶体管控制输出；光电隔离的RS232和RS485串行通讯口；LCD显示；带I2C总线的外部RAM；具有按键输入、外部中断输入。
文中对这些功能的设计进行了详细的介绍，并给出了相关的程序流程图。
在设计原理图的时候，使用了ProtelDXP设计软件。
第一章整体方案设计
本章对具体要完成的任务进行了分析说明并给出整体的设计方案，同时结合方案给出了主芯片ADuC824单片机的介绍。
1.1整体方案设计
1.1.1任务分析
本设计中的通用实验开发板是给学生用来进行专业学习的平台，能够起到促进学生单片机学习的积极性，增强学生的专业知识功底的作用。
在温度采集的应用方面，热电阻、热电偶和热敏电阻是目前使用最广泛的三种温度传感器，使用这三种传感器来实现对温度的采集能够很好地看出它们三者之间的区别。
为了实现高精度采样，需要使用高精度的AD转换器件，在本设计中，采用了美国ADI公司的单片机ADuC824，它内部的24位无丢失码的主ADC通道和16位的辅助ADC通道保证了本方案中高精度的要求，主辅两个通道都是高分辨率的∑-△ADC。
实现了对温度的采集，自然就要求能够对采集进来的温度进行实时的显示，这里当然可以选用七段码的LED来进行，但是从硬件设计和编程两方面来考虑，使用LCD显示将使得系统更加方便。
这主要由于LCD具有微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧等诸多优点。
对于一个智能的系统来说，能够与上位机进行通信也是一个必不可少的功能，最常见的就是RS232串口通信方式，但是考虑到全面，在这里加上了另一种通信方式：
RS485，同时为了系统数据传送的可靠性和抗干扰性，使用了光耦来进行了隔离。
对于ADuC824单片机来讲，其内部的存储空间还不够大，既然有温度数据的采集，那么对数据的存储就要通过扩展外部RAM来实现了，本方案中选择了通过I2C总线来进行外部RAM的扩展是因为它只需要两根信号线就可以实现数据的传输，并且如果需要增加外部RAM的容量时，只要将芯片挂接到I2C总线上，再给以相对应的芯片地址即可。
有了温度值的输入，系统在对温度值进行处理后就应当能做出相应的动作，为了能够模拟单片机输出对外部设备的控制，本方案中设计了两种：
PWM输出和晶体管控制继电器的输出。
设计PWM的输出可以使系统能够模拟对需要实现间歇控制的器件的操作；设计晶体管控制继电器的输出则是能够模拟对大功率器件或者交流器件的控制，用继电器将大电流与小电流分开，在本方案中也使用了光耦来保证单片机输出控制信号时的安全。
1.1.2系统结构设计
从上面的任务分析可以看出，本毕业设计从一定程度上说已经是一个小型的系统，输入、输出、按键以及显示等等。
经过对任务的分析理解，我将本系统划分成如下模块：
ADuC824单片机主芯片模块、电源模块、传感器输入模块、继电器输出模块、按键中断模块、显示模块、通讯模块、PWM输出模块、按键输入模块、外部存储模块和开关输入模块，如图1-1所示。
图1-1系统框图
通过这样的划分，使得我在硬件设计的时候能够分模块来设计，加强了设计的规范性、有序性、简便性和图纸的可阅读性。
1.2主芯片介绍
系统的结构确定以后，就涉及到芯片的选择，不同芯片的选择会使得系统设计的难易度发生变化，包括硬件电路的连线设计以及软件编程的难易。
本部分是介绍方案中使用的主芯片ADuC824单片机，其他芯片将在下章的硬件设计中具体介绍。
ADuC824单片机是美国ADI公司新推出的高性能单片机，它在内部集成了高分辨率的A/D转换器，是目前片内资源最丰富的单片机之一。
它将8051内核、两路24位+16位∑-△A/D、12位D/A、Flash/EE存储器、WDT看门狗电路、电源监控电路、温度传感器、SPI和I2C总线接口等丰富资源集成于一体，体积小、功耗低、非常适合用于各类智能仪表、智能传感器、变送器和便携式仪器等领域。
ADuC824单片机是一个片内资源非常丰富的单片机，各种片内资源都有其独自的特点，主要表现如下：
●高分辨率∑-△ADCS
有两个独立的通道（24位+16位分辨率）；
内含可编程增益放大器；
在20Hz/20mV范围内有13位有效分辨率；
在20Hz/2.56V范围内有18位有效分辨率。
●存储器
8K字节片内Flash/EE程序存储器；
640字节片内Flash/EE数据存储器；
256字节片内RAM。
●8051内核
可与8051指令系统兼容（最高时钟频率12.58MHz）；
具有32kHz外部晶振和片内PLL；
有3个16位定时/计数器；
内含12个中断源、2个优先级。
●电源
可用于3V或5V操作；
一般情况下为3mA/3V（核心时钟频率为1.5MHz）；
掉电保持电流为20μA（32kHz的晶振运行频率）。
●内含的其它外围设备有：
片内温度传感器；
12位电压输出DAC；
双激励恒流源；
时间间隔计数器（TIC）；
2线（I2C可兼容）和SPI串行I/O；
看门狗定时监视器（WDT）；
电源供电监视器（PSM）。
ADuC824单片机的内部功能结构如图1-2所示。
双通道∑-△型A/D
ADuC824单片机包括两个带有数字滤波器的∑-△ADC通道（主通道和辅助通道）。
主通道用于测量主传感器的输入，这个通道具有缓冲器，可以接收来自输入管脚
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