智能仪表综合课程设计毕业论文.doc

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1、摘要智能仪表已经无处不在，与我们的生活息息相关。实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。模拟多通道压力系统是利用压力传感器采集当前压力并放映在显示器上，它可以分析压力过量程，并发出报警。并采用电子秤原理可根据输入单价准确的计算出物体的金额。本篇论文讨论了简单的倒计时器的设计与制作，对于倒计时器中的LED数码显示器来说，我为了简化线路、降低成本，采用以软件为主的接口方法，即不使用专门的硬件译码器，而采用软件程序进行译码。关键词：单片机；AT89C51；LED数码管显示器

2、；keilC；晶体振荡器目录摘要11 智能仪器仪表的简介31.1智能仪器仪表简介31.2智能仪器仪表的作用31.3本课题的背景和意义42 系统设计简介42.1 跑马表简介42.2 设计要求42.3设计方案论证42.4硬件设计电路53 系统硬件设计63.1主控制器选择63.2显示电路73.3晶体振荡电路83.4复位电路83.5系统总体电路图94 设计语言及软件介绍94.1汇编语言介绍94.2Keil C软件介绍104.3Proteus软件介绍105 系统软件设计115.1概述115.2系统程序设计模块125.3汇编程序135.4调试及仿真15结论16参考文献161 智能仪器仪表的简介1.1智能仪

3、器仪表简介 智能仪器是把一个微型计算机系统嵌入到数字式电子测量仪器中而构成的独立式仪器。嵌入的计算机系统可以是芯片级，如单片机、数字信号处理(DigitalSignalProcessing,DSP)等，模板级如PC-4。也可以是系统级，如微型计算机系统，可编程单芯片系统(SystemonaProgrammableChip,SOPC)等。智能仪器在结构上自成一体，有的仪器内部还带有专用的微型计算机系统和通用接口总线(GeneralPurposeInterfaceBus,GPIB)接口，能独立完成测试。智能仪器由于引入了计算机，功能强大，性能优异，使用灵活、方便，是现阶段高档电子仪器的主体。如离子

4、污染测试仪，上PIN机，双盘研磨机，剥离强度测试仪，拉脱强度测试仪等都采用智能技术的现代化精密检测仪器，又比如纳米智能机器人。随着新技术、新工艺和嵌入式系统技术的不断进步，智能仪器还在不断发展，不断推陈出新，不断提高智能水平。1.2智能仪器仪表的作用科学技术是第一生产力，仪器是科学技术发展的重要“工具”。著名科学家王大珩先生指出，“机器是改造世界的工具，仪器是认识世界的工具”。仪器是工业生产的“倍增器”，是科学研究的“先行官”，是军事上的“战斗力”，是现代社会活动的“物化法官”。不言而喻，仪器在当今时代推动科学技术和国民经济的发展具有非常重要的地位。1.仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障。

5、人类发展史上任何一次大的飞跃都是基于工具的巨大创新和根本变革驱动的，作为“工具”的科学仪器的发展和创新往往是催生科技创新的重要要素。2.仪器是经济发展和国防安全的重要保障。仪器是保障经济发展、国家安全不可或缺的重要基础条件。首先，著名科学家钱学森先生指出：“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。3.仪器是推进和谐社会建设的重要力量。目前，全球的资源枯竭、环境污染等问题成为社会健康发展的瓶颈；食品安全问题、公共突发事件、疾病诊断、易燃易爆化学危险品等给人民的生活带来了严重影响，这些重大问题的解决都离不开先进的检测技术和手段。

6、1.3本课题的背景和意义用单片机AT89C51实现1到99的倒计时，用PROTEUS设计，仿真基于AT89C51单片机99秒的倒计时实验。2 系统设计简介2.1 跑马表简介跑马表俗称秒表，主要由51单片机，时钟电路，复位电路，显示模块几部分组成。2.2 设计要求1、作出单片机的硬件设计，画出硬件连线图2、设计软件，编写软件程序3、用单片机AT89C51实现1到99的倒计时4、用PROTEUS设计，仿真基于AT89C51单片机99秒的倒计时实验2.3设计方案论证 根据系统的设计要求，选择单片机AT89C51为测控系统的核心来完成。系统框图主要由主控制器、单片机复位、时钟振荡、数码管显示组成。跑马

7、表总体电路结构框图如图2.3所示。时钟电路AT89C51主控制器显示电路复位电路 图2.3 跑马表总体电路结构框图2.4硬件设计电路跑马表设计电路图如图2.4所示,控制器使用单片机AT89C51,用数码管实现时间显示。图2.4 跑马表设计电路图3 系统硬件设计3.1主控制器选择 MCS-51系列单片机是8位单片机产品，89C51是其中的典型代表，基本模块包括以下几个部分：（1） CPU：89C51的CPU是8位的，另外89C51内部有1个位处理器（2） R0M:4KB的片内程序存储器，存放开发调试完成的应用程序（3）RAM:256B的片内数据存储器，容量小，但作用大（4）I/O口：P0-P3，

8、共4个口32条双向且可位寻址的I/O口线（5）中断系统：共5个中断源，3个内部中断，2个外部中断（6）定时器/计数器：2个16位的可编程定时器/计数器（7）通用串行口：全双工通用异步接收器/发送器（8）振荡器：89C51的外接晶振与内部时钟振荡器为CPU提供时钟信号（9）总线控制：89C51对外提供若干控制总线，便于系统扩展89C51的引脚如下图3-1所示: 图3-1AT89C51引脚图3.2显示电路 数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位，2位，4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极和

9、共阴极数码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴极数码管是指将发光二极管的阴茎接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。共阴极数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。在这里我们使用的是七段数码管显示，通

10、常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，另一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。显示电路如图3-2所示。 图3-2显示电路3.3晶体振荡电路 89C51单片机内部的振荡电路是一个高增益反相放大器，引线XTAL1和XTAL2分别为反相振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入和来自反相振荡器的输出，该反相放大器可以配置为片内振荡器。这里选用51单片机12MHZ的内部振荡方式，电路如下：C2、C3起稳定振荡频率、

11、快速起振的作用。如图3-3所示： 图3-3时钟电路3.4复位电路单片机的第九脚RES为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图3-4所示： 图3-4复位电路3.5系统总体电路图图3-5系统总体设计图4 设计语言及软件介绍4.1汇编语言介绍 汇编语言（Assembly Language）是面向机器的程序设计语言。在汇编语言中，用助记符（Memoni）代替机器指令的操作码，用地址符号（Symbol）或标号（Label）代替指令或操作数的地址，如此就增强了程序的可读性并且降低了编写难度，象这样符号化的程序设计语言就是汇编语言，因

12、此亦称为符号语言。使用汇编语言编写的程序，机器不能直接识别，还要由汇编程序或者叫汇编语言编译器转换成机器指令。汇编程序将符号化的操作代码组装成处理器可以识别的机器指令，这个组装的过程称为组合或者汇编。因此，有时候人们也把汇编语言称为组合语言。4.2Keil C软件介绍 Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在

13、一起。运行Keil软件需要WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。其界面如图4-2所示：图4-2Keil C界面4.3Proteus软件介绍 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好

14、者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。5 系统软件设计

15、5.1概述Keil C仿真器是一款利用Keil C的IDE 集成开发环境作为仿真环境的廉价仿真器，它之所以具有这种功能，实际上它有两块程序flash区，其中一块flash运行的程序可以更改另外的一块程序flash区中的程序，正是利用这一特性才用它作成了仿真器，我们把仿真器的监控程序事先烧入SST89C58，监控程序通过SST89C58的串口和PC通讯，当使用Keil C的IDE环境仿真时，用户的程序通过串口被监控程序写入flash程序区中，当用户设置断点等操作仿真程序时，flash程序中的用户程序也在相应的更改，从而实现了仿真功能。5.2系统程序设计模块 开始流程图如图5.2所示 初始化 N

16、second=1? second=100 Y second- 读数 显示 结束 图5.2 流程图5.3汇编程序#include#define uchar unsigned char uchar j,k,i,a,A1,A2,second=100; sbit dula=P26; sbit wela=P27;ucharcodetable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71;void delay(uchar i)for(j=i;j0;j-)for(k=198;k0;k-);voi

17、d display(uchar sh_c,uchar g_c)P2=0x01;P0=tablesh_c;delay(5);P2=0x02;P0=tableg_c;delay(5);void main()while(1)if(second=1)second=100;second-;A1=second%10;A2=second/10;for(a=510;a0;a-)display(A1,A2);5.4调试及仿真经软件调试-仿真器proteus调试通过，并烧录芯片，得到所要求的设计结果。如图5.4试验成功。 图5.4 99s跑马表仿真图 结论 此次课程设计巩固了我的基础知识，提高了我的应用水平，锻炼

18、了我的动手能力，使我受益匪浅。然而，在吸取经验的同时，我也吃了不少教训。在编程、仿真方面都走了不少弯路。但是，学则要有所收获，经过此次的锻炼，我在很多方面都已经有所提高，知识也掌握得更加扎实了。在这次课程设计中，非常感谢谢老师的精心指导，由于他的悉心指导和关心，一直激励着我去努力做好本次课程设计，老师精湛的专业知识、耐心的工作态度和真诚的待人风格给我留下了非常深刻的印象，对我以后的工作和生活将产生很大的影响。通过些次课程设计，我们获得了丰富的理论知识，极大的提高了实践能力，这将对我今后进一步学习计算机方面的知识有极大的帮助。在此，真挚的向我的导师说声谢谢。在以后的学习和实践中，我将继续努力钻研，提高自己，争取在学术和记忆上获得更大的进步。 参考文献1 李全利.单片机原理及应用.北京：清华大学出版社.2008.2 黄艳玲.单片机接口技术试验指导.北京：重庆大学大学出版社.2004.3 王玉良.戴志涛.微机原理与接口技术.北京：北京邮电大学出版社.2000.4 徐爱钧.彭秀华.单片高级语言C51应用程序设计.北京：电子工业出版社.1998.16