西华大学气液采样器单片机课程设计文档格式.docx

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机械工程与自动化学院

成绩:

指导教师:

起止日期:

2014.6.30～2014．7．11

目录

摘要………………………………………………………………………………………………2

1设计任务及要求………………………………………………………………………………3

2系统方案设计…………………………………………………………………………………3

3硬件设计………………………………………………………………………………………4

4软件设计………………………………………………………………………………………7

5仿真及调试……………………………………………………………………………………8

6结论…………………………………………………………………………………………10

参考文献………………………………………………………………………………………10

摘要

气液采样器控制系统，是利用单片机的计算控制能力，将即时流量显示到LED上，并能设置流量最大限制。

其结构简单，实用性强，被广泛用于工业中。

本设计应用AT89C51芯片作为核心，用六个一位LED数码管进行显示，使用按键输入，用脉冲模拟流量计。

计数范围1ml~999999ml。

对硬件要求低，节约成本。

该控制系统可用于一般工作中，通过改装和增加外围电路，提高性能，有更大范围的适用性。

关键词：

计算机气液采样at89c51

1设计任务及要求

（1）任务

用LED显示采样气体的流量，能用按键进行流量设定。

有溢出停止功能。

（2）目的

1、掌握LED和按键的基本工作方式。

2、掌握脉冲计数方法。

3、通过使用各基本指令，进一步熟练掌握单片机的编程和程序调试。

（3）思路

利用AT89C52的特点及周期脉冲的特点，设计一种基于周期脉冲单片机控制，再利用LED数码管显示的流量采集器。

本系统硬件利用AT89S52作为CPU进行总体控制，通过周期脉冲芯片获取准确详细的时间和流速，对电机进行控制，同时利用6个一位的数码管对流量进行准确显示。

利用按键和LED的输入和输出的特点，设计可设定初值和显示当前流量的气液采样器控制系统。

利用AT89C51作为CPU进行总体控制，首先用按键对流量值进行上限设定，显示在LED上，再通过INT1的外部中断工作方式，对P3.3的脉冲进行计数，同步显示在LED上，当流量溢出时，向泵控制电路发出停止指令。

2系统设计

电机控制模块

按键模块

LED状态显示

晶振电路

6个1位LED显示模块

AT89C52单片机

流量计脉冲

根据系统设计的要求和设计思路，确定该系统的系统设计结构图。

如图所示。

硬件电路主要由AT89C52单片机控制器单元、流量计脉冲、按键模块、晶振电路、电机控制模块、LED状态显示、LED显示模块等构成。

3硬件设计

3.1晶振电路

AT89c51在工作时需要外部提供时钟信号，因此，本设计选择在其18脚19脚之间接上12MHz的晶振，为单片机提供1μs的机器振荡周期。

其电路连接图如图所示。

在图中，电容器C1、C2起稳定振荡频率、快速起振的作用，其电容值一般在20～50pF。

3.2气体直接采集电路

按下按键B6能直接打开电机M1，开始采集气体，根据观察来确定采集量。

3.36个1位LED数码管原理及电路如下

6个一位LED数码管用动态显示的方法，对设定值和当前值进行显示。

由于I/O口数量和数码管数量限制，故采用切换显示设定值和当前值。

数码管显示原理：

将六个显示位的段码线的相应段并联在一起，由一个8位I/O口控制，而各位的共阳极分别由相应I/O线控制，开成各位分时选通。

在某一时刻只让某一位的位选线处于选通状态，而其它各位处于关闭状态，同时段码线上显示相应字符的段码。

如此，在同一时刻，只有被选通的那一位显示出守符，而其它位熄灭。

在下一时刻，显示下一位，循环扫描。

在数码管的余辉和人眼视觉暂留作用下，只要调整好每位显示间隔，就能达到同时显示效果。

3.4按键电路如下

按键功能说明：

B1是采集开关按钮，B2是设置量程，实现毫升与升的转换

B3，B4，B5分别设置需要采集量各位，十位，百位的值到10变为0.

所有按键通过与门74ls08连接与单片机中断口INT0连接。

3.5流量计模拟脉冲电路

用自脉冲模拟流量计脉冲，可更改脉冲频率模拟不同流速。

脉冲发射周期为65ms的矩形脉冲。

4软件设计

4.1、系统工作流程图

Y

5仿真及调试

系统调试过程

利用Proteus绘制出相应硬件电路后进行仿真，遇到如下几个问题：

1计数器中断使用出现问题

2不能保证在按下启动按钮后才开始计数

3采集完成后出现错误

计数器中断使用错误，无法达到预想效果，便采用外部中断INT1，能够完成采样测量。

将外部中断开关设置在开关子程序中，开关打开，才打开外部中断INT1，确保准确测量。

采集完成后出现错误，不能再次使用。

便设置完成后数据初始化，关断外部中断INT1。

并把测量值重新设置为零，但设置的阀值不变。

系统调试结果：

1限定值设定：

2电机启动，开始采样：

3电机关闭，采样结束

6结论

我认为本次气液采样器控制系统的核心部分是脉冲计数模块，在设计这一模块的时候，为了实现其功能，需要使用外部中断，而键盘也使用外部中断，故INT0和INT1都会被占用，但是脉冲使用的外部脉冲必须在开关打开过后INT0才能被打开

另外按键输入/控制模块，对外部中断和键盘扫描的连用比较难，通过不断调试，才能找到合理的使用。

在此次课程设计过程中，学习到了脉冲计数，按键输入，LED输出，电机基本驱动控制的方法。

在实现基本功能后，对整个程序、电路进行优化的过程中，通过查阅资料，交流，学习到了多种如何绕开硬件限制来达到功能实现的方法。

对于那些由于时间和知识水平不够而没有详细说明的模块，如电机的多功能控制，气液区分，精度保证等模块，还需要多多学习，完善。

【参考文献】

[1]陈海宴．《51单片机原理及应用》：

北京航空航天大学出版社2010

[2]刘建清.《51单片机新颖实例非常入门与视频演练》：

电子工业出版社

[3]郭天祥.《新概念51单片机C语言教程》：

电子工业出版社2009

[4]刘秀英.《单片机应用设计200例》；

北京航空航天大学出版2006