计算机控制课程设计说明书之微机测控系统设计.doc

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1、1 引言 在现代测控系统中，由于PC机具有强大的数据处理能力和良好的用户交互界面，单片机具有较强的现场抗干扰能力及良好的性价比，因此以PC机为上位机实施用户控制和以单片机为下位机进行实时数据采集的分布式智能化控制系统无疑具有很好的应用前景。本文中单片机实现了温度检测，具有较好的实时性；PC机完成了数据显示、存储及统计分析，绘制了实时温度曲线，并对系统目前所处状况做出了评判。两者之间以串行口进行通信联络。 温度控制广泛应用于人们的生产与生活中，人们使用温度计来采集温度，通过人工操作加热、通风和降温设备来控制温度，这样不但控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管

2、做温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。在某些行业对温度的要求较高，由于工作温度不合理而引发的事故时有发生，对工业生产可靠进行造成影响，甚至威胁到操作人员的安全。 为了避免这些缺点，需要在某些特定的环境里安装温度测量及控制设备。本设计由于采用微机对温度进行控制，以其测量精度高，操作简单，可运行性强等优点，特别适用于生活，医疗，工业生产等方面的温度测量及控制。 本设计由于采用了微机控制系统系统，能测柜内的温度，并能在超限的情况下进行控制、调整，并报警。2 设计要求及内容2.1设计要求 本课题要求设计一个微机测控系统，要求如下： 下位机要求：1）、用A/D芯片进行温度采集2路温度(要求以一定

3、周期巡回检测)2）、温度测量范围为0-200C,测量精度为1C3）、当温度参数超限并失调时，能声音报警。4）、能实现下位机与上位机的实时通讯；上位机要求：1）、能实现与下位机的通讯2）、用VB搭建一个良好的界面3）、能显示下位机采集到的2路温度的实时曲线2.2 设计要求硬件设计(1)用滑动变阻器（代替温度传感器PT100），STC89C51、ADC0809、RS232或RS485、串口及相关电子元件设计完整的硬件电路，并焊接于万能板上； (2)完成相关程序的编写并调试。2)软件设计(1)用VB搭建良好的界面；(2)实时显示硬件电路采集到的2温度曲线3)课程设计说明书3 元件介绍3.1 89C5

4、1芯片介绍中央微处理器 AT89S51： AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80S51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（

5、RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S51设计和配置了振荡频率，并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式。AT89S51单片机综合了微型处理器的基本功能。按照实际需要，同时也考虑到设计成本与整个系统的精巧性，所以在本系统中就选用价格较低、工作稳定的AT

6、89S51单片机作为整个系统的控制器。 89C51芯片及晶振电路报警电路复位电路 电源引脚 Vcc（40脚）：典型值5V。 Vss（20脚）：接低电平。 外部晶振 X1、X2分别与晶体两端相连接。当采用外部时钟信号时，X2接振荡信号，X1接地 输入输出口引脚： P0口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P1口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P2口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 P3口：I/O双向口。作输入口时，应先软件置“ 1”。 控制引脚： RST/Vpd、ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp组成了MSC-51的控制总线。 RST/

7、Vpd（9脚）：复位信号输入端（高电平有效）。 第二功能：加+5V备用电源，可以实现掉电保护RAM信息不丢失。 ALE/-PROG(30脚）：地址锁存信号输出端。 第二功能：编程脉冲输入。 -PSEN（29脚）：外部程序存储器读选通信号。 -EA/Vpp(31脚）：外部程序存储器使能端。 第二功能：编程电压输入端（+21V）。3.2 ADC0809 芯片介绍ADC0809模数转换器，ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D转换芯片，片内有模拟量通道选择开关及相应的通道锁存、译码电路，A/D转换后的数据由三态锁存器输出，由于片内没有时钟需外接时钟信号。下图为该芯片的引脚图。各引脚功能如

8、下：IN0IN7：八路模拟信号输入端。ADD-A、ADD-B、ADD-C：三位地址码输入端。八路模拟信号转换选择由这三个端口控制。CLOCK：外部时钟输入端（小于1MHz）。D0D7：数字量输出端。OE：A/D转换结果输出允许控制端。当OE为高电平时，允许A/D转换结果从D0D7端输出。ALE：地址锁存允许信号输入端。八路模拟通道地址由A、B、C输入，在ALE信号有效时将该八路地址锁存。START：启动A/D转换信号输入端。当START端输入一个正脉冲时，将进行A/D转换。EOC：A/D转换结束信号输出端。当 A/D转换结束后，EOC输出高电平。Vref(+)、Vref(-)：正负基准电压输入

9、端。基准正电压的典型值为+5V。VCC和GND：芯片的电源端和地端。ADC0809 AD转换电路3.3 RS-232串口通信介绍EIA RS-232C 是由美国电子工业协会 EIA（Electronic Industry Association）在1969年颁布的一种串行物理接口标准。RS（Recommended Standard）是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232C 总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道。 在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。 RS-232C 标准规定的

10、数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。 RS-232C 标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。 RS232通信电路4 设计说明4.1设计总框图 (上位机)PC机(接收串口信息-分析信息显示在pc机上-发送pc机控制信息)(下位机)单片机(接收控制信息-执行控制信息-发送当前采集信息)传送

11、温度控制信息 传送温度采集信息RS232串口线连接4.2 硬件连接图及说明 硬件部分主要由晶振电路，复位电路，89C51微处理器系统，报警系统，AD转换电路，单片机程序下载和RS232通信电路组成。如图示单片机最小系统由晶振电路，复位电路构成，其中有4个双向的8位并行I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3，都可以用于数据的输出和输入，P3口具有第二功能为系统提供一些控制信号。时钟电路用于产生MCS-51单片机工作所必须的时钟控制信号，内部电路在时钟信号的控制下，严格地按时序指令工作。MCS-51内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，该高增益反向放大器的输入端为芯片的引脚XTAL1，输

12、出端为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成了一个稳定的自激振荡器。电路中的微调电容通常选择为30pF左右。把EA脚接高电平，单片机访问片内程序存储器，但在PC值超过0FFFH（4Kbyte地址范围）时，将自动转向执行外部程序存储器内的程序。MCS-51的复位是由外部的复位电路来实现。采用最简单的外部按键复位电路。按键自动复位是通过外部复位电路的来实现的. 温度控制电路工作原理：在ADC0809的IN0和IN1端口输入两路的电阻值， ADDA、ADDB、ADDC为地址线，因为只有两路，所以取000和001.本文用74LS74将单片机ALE端输出的1/6*晶振频率四分频，接A

13、DC0809的CLOCK端，为ADC0809驱动。START上升沿时，所有寄存器清零，在下降沿时，启动AD转换，当EOC=1时，AD转换结束，OE=1，表示允许输出信号，输出的数据在OUT1OUT8.当超过规定限制温度时，蜂鸣器响来作为警报声。5 软件设计5.1 系统的主程序 主程序是系统的监控程序，在程序运行的过程中必须先经过初始化，以及各个控制端口的初始化工作。流程图如5.1 所示。系统在初始化完成后就进入温度测量程序，实时的测量当前的温度并显示在上位机的界面上，并根据硬件设计完成对温度的控制。开始系统初始化超过限制温度YN报警发送数据显示系统图 5.1 系统总体设计流程图5.2 上位机显

14、示曲线5.3 系统的总程序#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit ST=P10;sbit EOC=P11;sbit OE=P12;sbit A=P13;sbit SPK=P14; /定义喇叭端口 uchar AD_DATA2;/保存IN0和IN1经AD转换后的数据/*延时函数*/void delay(uchar i)uchar j;while(i-)for(j=125;j0;j-);void initial_com()TMOD=0X20; /设置T1工作方式为方式2SCON=0X50; /

15、设置串口通讯方式为方式1TH1=0xfd;TL1=0xfd;EA=1;ES=1;TR1=1;/开定时器TI=0;/发送标志位清0RI=0;/接收标志位清0/*AD转换函数*/void AD1()A=0;/选择通道IN0OE=0;ST=0;delay(10);ST=1;/启动AD转换delay(10);ST=0;delay(10);while(EOC=0);OE=1;AD_DATA0=P2;OE=0;void AD2()OE=0;A=1;/选择通道IN1ST=0;delay(10);ST=1;/启动AD转换delay(10);ST=0;delay(10);while(EOC=0);OE=1;AD

16、_DATA1=P2;OE=0;void speak() while(1) delay(2); SPK=!SPK; SPK=0;/防止一直给喇叭通电造成损坏 delay(200); /*主函数*/void main()initial_com();while(1)AD1();if(AD_DATA0200) speak(); else SBUF=AD_DATA0;while(!TI);/当发送结束后，SCON寄存器中的TI位会被置1，跳出while执行语句delay(10);TI=0;AD2();if(AD_DATA1200) speak();else SBUF=AD_DATA1;while(!TI

17、);/当发送结束后，SCON寄存器中的TI位会被置1，跳出while执行语句delay(10);TI=0;6心得体会 通过对微机测控系统的设计，我认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是：在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛，也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。她是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程

18、，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧!参考文献1 李顺增.微机原理与接口技术.北京：机械工业出版社出版社，20052 顾德英.计算机控制技术.北京：北京邮电大学出版社，20073 李江全，计算机典型测控与串口通信开发软件应用实践，北京：人民邮电出版社，20084 张毅刚. MCS-51单片机原理及应用. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2004，81945 李玉峰，倪虹霞 MCS-51系列单片机原理与接口技术. 北京：人民邮电出版社，2004，187216.6周慈航著.单片机程序设计基础M.北京：北京航空航天大学出版社，20037方佩敏编著.智能化集成温度传感器原理与应用M.北京：电子工业出版社，20028李道玲，李玲，朱艳编著.传感器电路分析与设计M.武汉：武汉大学出版社，20039刘笃人，韩保军编著.传感器及应用技术M.西安：西安电子科技大学出版社，200310陈小忠等，单片机接口技术实用子程序.北京：人民邮电出版社，200511李群芳编著 ，单片机原理、接口及应用嵌入式系统计数基础.北京：清华大学出版社