自动化专业课程设计论文2.docx
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自动化专业课程设计论文2
西北工业大学机电工程系
专业课程设计报告
全文加332889463
专业名称自动化
班级
课程设计任务书
一、目的要求
目的：
让学生运用所学的计算机、传感器、电子电路、自动控制等知识，在教师的指导下，结合某一专题独立地开展自动化专业的综合设计与实验，锻炼学生对实际问题的分析和解决能力，提高工程意识，为以后的毕业设计和今后从事相关工作打下一定的基础。
要求：
1、应用所学的单片机知识、电子电路知识、传感器技术及微机控制技术，进行完整的单片机控制系统设计。
2、应用常用计算机辅助设计EDA技术，如：
Protel99SE,ProtelDXP,Pspice,Simulink,Multisim等，进行系统原理图绘制。
3、对题目进行分析，写出总体设计方案报告，在方案论证时要进行多种方案的比较和说明，对所确定的方案要有详细的论述。
对传感器以及传感器电子电路的选型要做必要的说明并列出有关的技术性能指标。
4、设计出具体的电路原理图，并作必要的说明；论述软件的设计思路，画出详细的程序流程图，对主要的程序（如初始化程序、数据检测和处理程序、键盘控制和显示控制程序等）要求给出程序清单并加以注释。
5、通过课程设计，应使学生学会简单单片机控制系统的设计方法和步骤，学会正确选择和使用元器件，学会查阅元器件手册，熟悉有关集成电路符号集管脚图，掌握安装、布线和调试等基本技能
6、学习用PROTUES、Multisim等系统仿真软件，配以相应的控制程序进行系统仿真实现。
7、学生必须独立完成设计过程，包括搜集有关参考资料，认真完成课程设计报告书。
二、教学内容
学生以小组为单位，每班分成若干个小组，4~5人一组，从以下所列题目中任选一项，分工协作，共同完成课程设计。
（条件允许的小组可自行购买元器件，动手实现）
（1）、多路温度采集及8段LED实时显示系统与仿真
（2）、开关控制四相步进电机正转、反转系统的设计与仿真
（3）、霓虹灯控制系统设计与仿真
（4）、基于单片机的万年历制作
（5）、城市道路交通指示灯的设计
（6）、全自动洗衣机模拟控制器设计
（7）、电子密码锁的设计
（8）、基于单片机的电梯运行控制
（9）楼宇火灾报警器设计
（10）电子计算器设计
（11）体外感应便携式温度计设计
（12）车载导航仪设计
三、课程设计进度安排
1、涉及到的应用软件（PROTEL99SE、PROTUES）培训（1天）
2、选题，查阅资料，明确技术要求，拟定出系统设计方案（3天）
3、系统原理图的绘制（3天）
4、软件编程（1天）
5、系统软仿真，联机调试（1天）
6、完成课程设计报告（1天）
四、课程设计所需设备及应用软件包
1、微型计算机（人手一机，每班35人左右）
2、汉化PROTE99SE应用软件包
3、汉化PROTUES应用软件包
4、汉化KEILC51应用软件包
五、参考资料
1、51单片机系统设计实例类
2、《MCS-51系列单片机系统原理及应用》及实验指导书
3、21IC、单片机爱好者、嵌入式系统等相关网站
目录
摘要6
第1章概述7
1.1专业课程设计题目7
1.2专业课程设计的目的与内容7
1.2.1目的7
1.2.2内容7
1.3方案的研讨与制定7
1.4项目功能模块化设计及人员分工8
第2章项目硬件方案10
2.1系统方框图10
2.2系统器件选型10
2.2.1AT89C52：
10
2.2.2DAC0832：
11
2.2.3LM324：
12
2.3系统整体原理图12
2.3.1整体原理综述12
2.3.2各模块原理综述12
第3章系统软件方案15
3.1系统I/O分配15
3.2主程序及流程图15
3.3主要功能模块程序及流程图20
3.3.1锯齿波21
3.3.2方波22
3.3.3三角波23
3.3.4梯形波24
3.3.5正弦波26
第4章联机调试过程中的问题及解决28
第5章课程设计小结29
致谢30
参考文献31
摘要
波形发生器是电子技术领域中常见的信号源之一，在测量、自动控制、通信、广播和热处理等许多技术领域有着广泛的应用。
波形发生器有产生三种或多种波形的波形发生器，使用的器件可以是分立器件，也可以采用集成电路。
传统的常用信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，但这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，并且体积和功耗都很大，并随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统函数信号发生器日益更新，单片机能产生高精度快速变换频率输出波形失真小的优先选用技术。
并且，单片机设计的信号发生器克服传统方法的缺点，能输出更好波形。
本课题采用的是以AT89C52为核心，结合D/A转换电路实现一般波形的低频信号输出，可产生方波、三角波、正弦波、锯齿波和梯形波五种波形，波形的周期可用程序改变，具有线路简单、结构紧凑、性能优越等特点，并且它具有功能丰富稳定、价格便宜、操作方便特点，具有一定的推广作用。
第1章概述
1.1专业课程设计题目
函数发生器（波形发生器）
1.2专业课程设计的目的与内容
1.2.1目的
本系统是基于AT89C52单片机的数字式低频信号发生器。
通过本次课程设计，
▪掌握AT89C52单片机的工作原理和特点。
▪掌握DAC0832的工作原理和特点。
▪学会用proteus软件绘制原理图，再结合keil软件对设计的单片机小系统进行仿真和调试。
▪同时，在科学研究和教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。
为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的信号源是十分必要的。
1.2.2内容
本系统采用AT89C52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键等。
通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等5种波形。
1.3方案的研讨与制定
依据应用场合．需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。
依据不同的设计要求选取不同的设计方案。
通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、梯形波、三角波和锯齿波。
波形发生器的设计方案多种多样，大致可以分为三大类：
纯硬件设计法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。
方案一:
波形发生器设计的纯硬件法早期，波形发生器的设计主要是采用运算放大器加分立元件来实现。
实现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。
工作原理也相对简单。
纯硬件法中，正弦波的设计是基础，实现方法也比较多，电路形式一般有LC、RC和石英晶体振荡器三类。
目前，实现波形发生器最简单的方法是采用单片集成的函数信号发生器。
它是将产生各种波形的功能电路集成优化到一个集成电路芯片里，外加少量的电阻、电容元件来实现。
采用这种方法的突出优势是电路简单，实现方便，精度高，性能优越；缺点是功能较全的集成芯片价格较贵。
实际中应用较多的单片函数信号发生器有MAX038（最高频率可达40MHz）和ICL8038（最高频率为300kHz）。
方案二：
波形发生器设计的纯软件法：
波形发生器的设计还可以采用纯软件的方法来实现。
它以计算机为基础，软件为核心，没有传统仪器那样具体的物理结构．在计算机上实现仪器的虚拟面板，通过软件设计实现和改变仪器的功能。
采用纯软件的虚拟仪器设计思路可以使设计简单、高效，仅改变软件程序就可以轻松实现波形功能的改变或升级。
从长远角度来看，纯软件法成本较低。
软件法的缺点是波形的响应速度和精度逊色于硬件法。
方案三：
软硬件结合法软硬件结合的波形发生器设计方法同时兼具软硬件设计的优势：
既具有纯硬件设计的快速、高性能，同时又具有软件控制的灵活性、智能性。
如以单片机和D/A转换电路为核心。
辅以键盘控制，设计出智能型函数波形发生器，采用软硬件结合的方法可以实现功能较全、性能更优的波形发生器。
目前，实验、科研和工业生产中使用的信号源大多采用此方法来实现。
综合以上几种设计方案，本设计采用方案三的方法—软硬件设计法。
其方案能够产生很好的波形，也易实现。
1.4项目功能模块化设计及人员分工
模块一：
P0口与DAC0832的输入端连接，给P0口给数据信息时，DAC0832输出电流。
模块二:
DAC0832输出与运算放大器的输入端连接，将电流转换成电压输出。
模块三：
单片机的P1口与接5个开关，分别控制各种波的输出。
组员名单：
陈岭、冯纪朝、李晓明、王叶、杨蓓。
人员分工：
表1-1
工作内容
人员分配
查找资料
陈岭、冯纪朝、李晓明、王叶、杨蓓
绘制原理图
陈岭、冯纪朝、李晓明、王叶、杨蓓
编写程序
王叶、杨蓓
仿真调试
陈岭、冯纪朝、李晓明、杨蓓
撰写报告
陈岭、冯纪朝、李晓明、王叶、杨蓓
第2章项目硬件方案
2.1系统方框图
2.2系统器件选型
2.2.1AT89C52：
AT89C52是美国Atmel公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机，片内含8KB的可反复檫写的程序存储器和12B的随机存取数据存储器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内配置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可灵活应用于各种控制领域。
AT89C52单片机属于AT89C51单片机的增强型，与Intel公司的80C52在引脚排列、硬件组成、工作特点和指令系统等方面兼容。
单片机引脚图
2.2.2DAC0832：
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片，单电源供电，从+5V~+15V均可正常工作，基准电压范围为-10V~+10V，电流建立时间为1，CMOS工艺，低功耗20mW。
与微处理器完全兼容。
这个D/A芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。
D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
DAC0832引脚图
DAC0832的工作方式：
根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：
直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式
2.2.3LM324：
LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。
可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V，静态功耗小，价格低廉。
其作用是将电流转换成电压输出。
2.3系统整体原理图
2.3.1整体原理综述
此次实验是利用AT89C52单片机和D/A转换电路产生所需不同信号的低频信号源。
波形的产生是利用按键控制，当按键按下时，通过AT89C52单片机执行某一波形发生程序，向D/A转换器的输入端按一定的规律发生数据，从而在D/A转换电路的输出端得到相应的电压波形。
2.3.2各模块原理综述
（1）单片机最小系统由复位电路、晶振电路和电源三部分组成。
▪复位电路：
复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。
当MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2个机器周期以上的高电平时，根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：
上电复位和上电或开关复位。
本次课程设计使用的是上电或开关复位。
上电或开关复位要求电源接通后，单片机自动复位，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。
上电后，由于电容C3的充电和反相门的作用，使RST持续一段时间的高电平。
当单片机已在运行当中时，按下复位键K后松开，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现上电或开关复位的操作。
复位电路
▪晶振电路：
单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准。
单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：
内部振荡和外部振荡方式。
本次课程设计使用的是内部振荡电路。
时钟部分电路图
在引脚XTAL1和XTAL2外接晶体振荡器或陶瓷谐振荡器，构成了内部振荡方式。
由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自积振荡，并产生振荡时钟脉冲。
晶振通常选用6MHZ、12MHZ、或24MHZ。
（2）D/A转换电路是由D/A转换器和运算放大器组成输出电压。
▪D/A转换器：
DAC0832
本次课程设计对于DAC0832的工作方式的选择，选择的是单缓冲工作方式，只用输入寄存器锁存数据，另一级8位DAC寄存器接成直通方式，即把WR2和XFER接地。
▪运算放大器：
LM324
LM324的工作原理是将DAC0832的输出电流转换成电压输出。
D/A转换电路图
（3）开关电路
开关电路的作用是控制各种波形的输出。
开关电路图
第3章系统软件方案
3.1系统I/O分配
表3—1
引脚名称
功能
引脚名称
功能
P0.0
DAC0832输入P0.0口的数据信息
P1.0
锯齿波开关
P0.1
DAC0832输入P0.1口的数据信息
P1.1
方波开关
P0.2
DAC0832输入P0.2口的数据信息
P1.2
三角波开关
P0.3
DAC0832输入P0.3口的数据信息
P1.3
梯形波开关
P0.4
DAC0832输入P0.4口的数据信息
P1.4
正弦波开关
P0.5
DAC0832输入P0.5口的数据信息
P0.6
DAC0832输入P0.6口的数据信息
P0.7
DAC0832输入P0.7口的数据信息
3.2主程序及流程图
流程图：
主程：
3.3.3三角波
流程图：
程序：
voidsanjiao（void）
{
unsignedchari;
for（i=0;i<128;i=i+2）
DAC0832=i;
for（i=128;i>0;i=i-2）
DAC0832=i;
}
输出波形：
3.3.4梯形波
流程图：
程序：
voidtixing（void）
{uchari;
for（i=128;i>0;i=i-2）
DAC0832=i;
delay（）;
delay（）;
delay（）;
delay（）;
for（i=2;i<128;i=i+2）
DAC0832=i;}
输出波形：
3.3.5正弦波
流程图：
程序：
voidzhen（void）
{
uinti;
for（i=0;i<64;i++）
{
DAC0832=sin[i];
}
}
输出波形：
第4章联机调试过程中的问题及解决
问题一：
在仿真时，无论是把开关按下还是按上P1口都输出低电平。
问题产生的原因：
在C语言程序中，给P1口赋值为低电平，用的是‘=’。
问题的解决：
将P1口的赋值改为等于，即将‘=’改为‘==’。
问题二：
在仿真过程中，输出三角波，梯形波及正弦波时，图形严重失真。
问题产生的原因：
C语言程序里，各个波的程序中的采样点之间的间隔太大。
问题的解决：
将C语言程序里，各个波的程序中的采样点变密一点。
问题三：
在仿真过程中图形不是很平滑。
问题产生的原因：
电路中存在干扰。
问题的解决：
在电源与地线之间接瓷片电容。
第5章课程设计小结
两周的单片机课程设计终于顺利完成了，我们选的设计题目是函数发生器，在课程设计期间，我感受到了许多。
刚开始的时候，选定了题目也不知道从何下手，非常的茫然，因为我们平时学的都是理论知识，运用到实验当中就不知道该怎么办了，通过在图书馆查阅资料和同学的帮助下，才对这个题目有了初步的了解。
接着在实验室里，利用proteus软件绘制电原理图，刚开始绘图时，由于我对再利proteus软件不是很熟悉，在绘图的过程当中遇到了许多的问题，通过对这些问题的解决，我学会了用这个软件。
还有用keil软件进行编程，在编程时，由于汇编语言没有C语言通俗易懂，我就尝试着用C语言编程，通过对波形发生器的编程，我对C语言也掌握了许多。
把两个结合起来进行仿真调试，在调试成功的过程中出现了许多的问题，还好在同学和老师的帮助下最后顺利完成了课程设计。
在最后结果运行出来时，我真的是非常有成就感，虽然说是一个很小的实验，但是我是通过自己的力量来完成的，当时那种激动的心情无法用语言表达。
通过这次课程设计，我感觉到了团队合作的重要性。
在团队中，我们互帮互助，对整个课程设计来说，这是至关重要的，缺少每一个人都会对我们的设计产生影响，而且发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。
致谢
通过这次课程设计，我学会了许多的东西。
在刚开始的时候，我对C51、proteus软件以及keil软件并不是很熟悉，通过学习，渐渐对C51、proteus软件以及keil软件有了一定的了解，但在实际应用中还是存在很多问题，在这里我要感谢我的同学党庆伟和张然江，在我程序出错、编程存在什么问题或者是绘制原理图、加载程序时，他们会非常细心的给我讲解，使我对C51的编程更加熟练。
最后还要特别感谢的是我们的指导老师李雪霞老师，每次在我没有思路的时候，她都会不厌其烦的给我指导，让我对这次的课程设计有了比较成功的完成。
再次说声，谢谢他们！
参考文献
1、51单片机自学笔记
2、51单片机技术与应用系统开发案例精选
3、51单片机开发入门与典型实例
4、51单片机应用开发实战手册
成绩评定表
质量评价指标
评价项目
成绩
评分标准
工作量及态度
满分20分
报告格式及图文质量
满分20分
课程设计完成程度
满分50分
其它
满分10分
总成绩
评
定
小
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