课程设计任务概述

1、目录1、课程设计任务概述11.1 组成11.2 系统设计要求11.3 任务要求22、传感器的选择22.1温度传感器的组成22.2常用的测温传感器23、单片机硬件电路的设计43.1 硬件总体设计43.2存储器RAM扩展6RAM扩展的原理7常用的地址锁存器83.3模拟量采集电路设计93.3.1 信号调理电路设计93.3.2 多路开关选择103.3.3 A/D转换电路设计113.4 开关量采集电路设计133.4.1 74LS241的引脚分布和逻辑结构133.4.2 开关量采集的硬件连接图133.5 脉冲量采集电路设计143.6系统硬件原理图154、软件设计154.1 系统主程序154.2 模拟量采集程序164.3 开关量采集程序184.4 键盘扫描子程序194.5键盘显示程序205、 设计小结22参考文献231、课程设计任务概述1.1 组成设备数据采集部分要求采集的数据分三类：1.开关量的检测（8 路）；2.脉冲量的检测（1 路）；3.模拟量的检测（8 路）。信号采集板包括CPU、RS485通讯网络接口、RS232C通讯接口等，如图1-1所示。信号采集板获得开关量和经过标准化处理的传感器信号

2、，进行信号采集，并进行数学处理，然后进行图文显示、储存和网络通讯。RS232C通讯接口与有 RS232C通讯协议的LCD液晶汉字图形显示器通讯。开关电源与信号处理电路板隔离数据采集电路（根据信号类型和路数设）计）CPU控制电路485通讯网络接口断电保护存储电路232通讯网络接口开关量信号读取电路脉冲量信号读取电路通道开关和A/D转换需要RS232C通讯的设备车间内RS485通讯总线装置面板薄膜键盘图 1-1 设备数据采集通讯显示装置主板的组成框图1.2 系统设计要求选用熟悉的单片机型号，组成测试，通讯系统；扩展数据存储设备，用于存储检测量，中间计算结果；选用开关量输入接口（8 路）；选用不低于十位的A/D转换器用于模拟量的测量（8路）；脉冲量的输入根据系统资源情况决定。1.3 任务要求1.进行总体设计，明确各接口设备的地址；2.画出系统线路图，打印图并交电子文件；3.编写数据采集、转换程序（明确各类数据存储地址各子程序功能，处、入口参数）；4.在介绍总体系统的基础上着重说明本部分的设计思想、器件的选用、采样程序说明。2、传感器的选择 传感器的作用是把非电量的物理量（如速度、温度、压力等

3、）转变成模拟电量（如电压、电流、电阻或频率）。本设计涉及到的传感器是与温度和压力相关的，故选择以下两种传感器用于电路中。2.1温度传感器的组成在工程中无论是简单的还是复杂的测温传感器，就测量系统的功能而言，通常由现场的感温元件和控制室的显示装置两部分组成，如图2-1所示。简单的温度传感器往往是把温度传感器和显示器组成一体的，对这样一种传感器一般在现场使用。 图2-1 温度传感器组成框图2.2常用的测温传感器常用测温传感器的特点见表2-1所示：表2-1 测温传感器的比较类型优点缺点热电偶易于使用、成本极低极宽温度范围（-2002000）坚固耐用有多种类型中等精度（1%3%）低灵敏度（4080V/）地响应速度（几秒）高温时老化和漂移非线性、低稳定性需要外部参考端 热敏电阻易于连接、快速响应低成本、高灵敏度高输出辐射、小尺寸易于互换中等稳定性窄温度范围（高达150）大温度系数（4%/）非线性、固有的自身发热需要外部电流源 RTD极高精度极高稳定性、中等线性许多种配置有限的温度范围（高达400）、大温度系数、昂贵需要外部电流源IC温度传感器（模拟和数字输出）极高的线性、低成本高精度（约1%）、

4、高输出幅度易于系统集成小尺寸、高分辨率低响应速度有限的温度范围（-55 +150）、固有的自身发热需要外部参考源 热电温度记录仪常以热电偶作为测温元件，由上表得知它广泛用来测量-200 2000 范围内的温度；特殊情况下，可测2800的高温或4K的低温。此次设计所测温度范围是0400，故选择K型热电偶作为测温传感器。输出电压范围为016.395mV；经放大器放大300倍，故最终输出电压满足05V要求。型热电偶是工业生产中最常用的温度传感器，具有结构简单、制造容易、使用方便、耐久性强，稳定性高及K型热电偶的热电势与温度有良好的线性关系所以传感。3、单片机硬件电路的设计3.1 硬件总体设计本次课程设计是为了完成数据处理功能模块设计中的数据采集部分。设备数据采集包括8路开关量的检测、8路模拟量的检测和1路脉冲量的检测。数据采集系统基于单片机AT89C51进行设计的。AT89C51单片机参数特点：与MCS-51 兼容 ；4K字节可编程闪烁存储器 ；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24MHz；三级程序存储器锁定；1288位内部RAM；32可编程I/O线；两个1

5、6位定时器/计数器；5个中断源；可编程串行通道；低功耗的闲置和掉电模式；片内振荡器和时钟电路；其管脚配置如图3.1所示。图3.1 AT89C51的管脚图管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流。P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，作为输入，作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后

6、，用作输入，作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH

7、），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 根据设计要求，对系统硬件连接概况进行初步设计，对测量数据的采集需要扩展芯片存储器，对输入模拟信号进行A/D转换并调理使之符合信号输入要求，脉冲量采集则需要对信号进行隔离、放大、整流，使信号符合标准的TTL电平输入单片机处理。由于模拟量和数字量采集均为8路，同时要考虑采用多路选择器进行多路信号采集、并行接口进行数据通信、以及LED显示器。依据初步规划设计，对于硬件系统作出如图3.2所示的系统总体框图。图3.2 系统总体框图3.2存储器RAM扩展AT89C51单片机的芯片内部集成了计算机的基本功能部件，已具备了很强的功能。AT89C51单片机内部集成了4KB ROM,但片内RAM仅有128 B，并行I/O端口，定时器及中断源等内部资源都还是有限的。同时，为了使单片机能按要求工作，就必须将必要的命令和数据输入到单片机

8、中；单片机运算或处理的结果也要通过一定的方式输出，这就需要配置一定的输入/输出设备。虽然在单片机内部设置了若干并行I/O接口电路，用来与外围设备连接，但当外围设备较多时，仅有的几个内部I/O接口就不够用。因此根据实际开发要求，需要对单片机进行外部功能扩展。在对单片机外部功能进行扩展时，首先是配置外部存储器，包括程序存储器和数据存储器；由于单片机程序存储器空间和数据存储器空间是相互独立的，程序存储器空间扩至64KB，外部数据存储器（包括I/O口）的寻址空间也可以扩至64KB。本次设计我们将外部RAM扩展为2KB足以。图3.3为AT89C51与片外存储器的连接图。图3.3 AT89C51存储器扩展图3.2.1 RAM扩展的原理AT89C51对外部数据存储器的操作指令有如下四条：MOVX A, Ri ； （P2）（Ri） A i=0/1 读 MOVX Ri, A ； （A） （P2）（Ri） i=0/1 写MOVX A, DPTR ； （DPTR） A 读 MOVX DPTR,A ； （A） （DPTR） 写其中指令是以R0或R1作指针对外部数据存储器页面寻址，页号由当前P2口锁存器内容决定，这两条指令适宜于寻址容量较小的外部数据存储器。指令是以16位的DPTR作指针的，可对64K字节的外部数据存储器寻址。CPU在执行指令时，P2口输出P2锁存器的内容，P0口输出R0或R1的内容。CPU在执行指令时，P2口输出DPH内容，P0口输出DPL内容。CPU在访问外部数据存储器时，在ALE下降为低电平后，P2口输出的地址信息保持不变，而P0口转为浮空，原来的低8位地址信息丢失，因此也需要外部锁存器在ALE下降时把P0口地址信息锁存起来。AT89C51在访问外部数据存储器时，一个机器周期中ALE只输出一个正脉冲；ALE返回低电平后，读信号或写信号有效，而始终无效（保持高电平），所以AT89C51访外数据存储器时决不会访问外部程序存储器。下面以62123为例，介绍它的引脚及功能。如图3.4所示： A

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