课程设计报告CK01103

2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器1目录一、前言……………………………………………………2二、课程设计说明书………………………………………31、项目………………………………………………………………32、具体要求…………………………………………………………33、系统概述…………………………………………………………34、操作指南…………………………………………………………35、所用芯片…………………………………………………………4三、总体设计………………………………………………41、硬软件平台………………………………………………………42、总体框图………………………………………………………43、整体设计思路…………………………………………………54、程序总框图………………………………………………………5四、硬件部分………………………………………………61、传感器……………………………………………………………72、多路模拟信号转换开关…………………………………………73、滤波器……………………………………………………………84、差分式放大电路………………………………………………85、A/D转换电路啊…………………………………………86、微处理器（MCU）………………………………………………97、键盘显示………………………………………………………11五、总结…………………………………………………13六、鸣谢……………………………………………………14七、参考文献…………………………………………………15附：系统总体原理图2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器2前言在生活和生产中的各个领域，凡是有自动控制要求的地方都会有单片机的身影出现，从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想像到的地方几乎都有单片机的使用需求。单片机的应用有利于产品的小型化、多功能化和智能化，有助于提高劳动效率，减轻劳动强度，提高产品质量，改善劳动环境，减少能源和材料消耗，保证安全等，但是，单片机应用的意义绝不仅限于它的广阔的范围以及所带来的经济效益上，更重要的意义还在于：单片机的应用正从根本上改变着传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分控制功能，现在已经能使用单片机通过软件（程序）方法实现了。这种以软件取代硬件并提高系统性能的控制系统“软化”技术，称为微控制技术。微控制技术是一种全新的概念，是对传统控制技术的一次革命。随着单片机应用的推广普及，微控制技术必将不断发展、日益完善和更加充实！2004年12月2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器3课程设计说明书1．项目：热电偶多路温度检测仪设计多路转换开关、差分放大电路等对4种不同热电偶的输出信号巡回检测、显示、键盘参数设置、打印温度等功能。2．具体要求：（1）ADC0809转换（2）LED显示（3）键盘参数设置（4）模拟量输出（5）数据打印3、系统综述：根据以上要求，本系统从软件到硬件都做了精心的设计，其特色如下：（1）四级量程转换，提高了分辨率（2）设定报警阀值，屏蔽字母键，防止误动作（3）采用采样多次取其均值的数字滤波技术，使显示更稳定（4）设定值可任意给定和修改（5）设定值和所选量程及AD采样值都在LED上显示，便于核对（6）设定报警阀值和量程转换均可在线修改4、操作指南：键的定义：按键功能EXEC转换量程NEXT启动采样LAST设定报警2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器4量程选择：C0-------------25D0-------------50E0-------------75F0-------------99具体步骤：I.按下EXEC键，选择量程II.按下LAST键，设定报警阀值III.按下NEXT键，开始显示温度5．课程设计所用芯片：1.温度传感器2.差动放大滤波器3.80C514.A/D08095.AD75036.8279专用接口芯片总体设计1．软硬件平台启东计算机厂ＤＶＣＣ实验仪器产品介绍：ＤＶＣＣ系列实验仪为启东计算机厂深入研究教学实验的需求，结合多年单片机仿真器的强大技术实力，潜心开发研制生产的新一代实验仪系列产品。ＤＶＣＣ实验系统为实验仪的最新版本配套软件,运行于中文Win9X/NT的纯32位集成环境，集源文件编辑/调试/实验指南于一体。调试部分调试软件方便实用，可方便得进行实验源程序的调试，各种系统寄存器、标志位、RAM区方便直观地的显示修改。实验指南部分包含实验目的、实验内容、实验原理图、实验位置图、以及实验中用到的部分芯片资料。2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器52．热电偶多路温度检测仪的总体结构框图：3．总体设计思路：根据课程设计总体结构框图，拟定了如下设计思路：1)传感器部分：使用温度传感器进行现场温度数据采集，并把温度信号通过传感器转变成电压信号，传送给滤波电路。2)滤波放大电路部分：使用低通滤波器，把从温度传感器传送过来的电信号进行滤波处理，去除干扰信号和不适合测量温度的电信号。使用差动放大器，给电信号进行放大，适合A/D转换。3)A/D转换：使用A/D0809把电信号转换成数字信号，并进行标度转换，使输出量为0~99的十进制数，存在单片机的内存单元中。4)LED显示：把A/D转化的并已经存放在单片机中的数字读入显示缓冲区，在LED显示器上循环显示。5)键盘控制：设计键盘，实现对整个系统的控制。6)灯光报警：设定上限、下限进行报警。4．程序总框图A/D转换MCU键盘显示报警温度传感器滤波电路放大电路2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器68279初始化显示‘P’等待按键功能键？NEXTEXECLAST等待按键显示显示两位？启动AD转换AA/4四次？？为标度转换显示报警有键按下？C?D?E?F?功能键？数字键？显示‘25’显示‘50’显示‘75’显示‘99’2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器7硬件部分要求：系统硬件部分包括传感器、前置信号处理单元（放大器，滤波器等）、A/D转换、微处理器（MCU）、键盘、显示、打印、报警、多路转换开关、程控增益放大电路、通信接口电路等；1．传感器本设计采用的是热电偶温度传感器。热电偶分装配式热电偶和铠装热电偶两种。装配式热电偶装配式热电偶主要由接线盒、保护管、绝缘套管、接线端子、热电极组成基本结构，并配以各种安装固定装置组成。铠装热电偶铠装热电偶的结构原理是：由导体、高纯氧化镁和不锈钢保护管经多次一体拉制而成,主要由接线盒、接线端子和铠装热电偶组成基本结构，并配以各种安装固定装置组成，具有能弯曲、耐高压、耐震动、热响应时间快和坚固耐用等许多优点。它和装配式热电偶一样，作为测量温度的传感器，通常和显示仪表、记录仪和控制器配套使用，也可以作为装配式热电偶的感温元件，可以直接测量各种生产过程中从0℃～800℃范围内的液体、气体介质以及固体表面的温度。2、多路模拟信号转换开关（MUX）多路转换器有普通型和精密型两种，本设计采用后一AD7503。其单端连接图如下：多路开关2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器83．滤波器就一个系统而言，各种电磁干扰在接口处最为严重，它既能将系统外部的电磁干扰传导或辐射到系统内部，又可将系统内部的电磁干扰传导或辐射到系统外部。因此，接口处的连接器在抗电磁干扰中起着极其重要的作用，用于某控制系统的信号传输，同时起到抗电磁干扰的作用。滤波组件的电路原理图4．差分式放大电路差分式放大电路是集成电路运算放大器的重要组成单元，它既能放大直流信号，又能放大交流信号；它对差模信号具有很强的放大能力，而对共模信号却具有很强的抑制能力。差分式放大电路是一个双口网络，每个端口有两个端子，可以输入两个信号，输出两个信号。其端口结构示意图如图1所示。注意：普通放大电路也可以看成是一个双口网络，但每个端口都有一个端子接地。因此，只能输入一个信号，输出一个信号。5．A/D转换电路本设计采用的是A/D0809，其原理图和芯片引脚图如下：2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器9ADC0809原理图A/D0809芯片接口及基本资料A/D0809是8位8路A/D转换芯片，其分辨率为8位，转换时间为100微秒，输入电压为0-5伏，单电源，中速，无漏码，不必调零和调满刻度。使用简单，但必须外加时钟。2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器106．微处理器（MCU）80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C51有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。主要功能特性：·标准MCS-51内核和指令系统·4kB内部ROM（外部可扩展至64kB）·32个可编程双向I/O口·128x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器)·2个16位可编程定时/计数器·时钟频率0-16MHz·5个中断源·5.0V工作电压·可编程全双工串行通信口·布尔处理器·2层优先级中断结构·电源空闲和掉电模式·快速脉冲编程·2层程序加密位·PDIP和PLCC封装形式·兼容TTL和CMOS逻辑电平2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器117．键盘显示原理与功能：在外接的键盘功能板上，按数字键，数码管上应相应能显示按下的数字，按下功能键，能相应执行其它功能8279可以实现对键盘/显示器的自动扫描，以减轻CPU负担，具有显示稳定，程序简单，不会出现误动作等特点。本设计利用8279实现显示扫描自动化。其中8279芯片接口与8279工作原理如图所示：接口原理与接线图：1．将DVCC实验系统上J8插座与键盘显示板用扁平电缆相连。2.将KEY区D0—D7用8芯排线连到BUS2区XD0—XD73.将KEY区WR、RD、ALE分别连到BUS3区XWR、XRD、ALE上。4.KEY区A0连到BUS1区XA05.KEY区RST连到MP区SP6.KEY区KCS连到SELET区的Y37.在DVCC实验系统上按F2键进入仿真1态，即显示“P.....”，从起始地址08F0H开始连续执行程序。8279的使用原理图如下：2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器12从以上的原理图可以看出在外接的键盘功能板上，按数字键，数码管上应相应能显示按下的数字，按下功能键，能相应执行其它功能程序8279流程框图：2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器13总结为期两周的课程设计结束了。通过本次的智能仪器课程设计，加深了我单片机方面的知识也经验，也提高了我对课本上知识的认识。在设计的过程中，培养并提高了个人的动手能力和实践能力。在实验的同时也遇到了不少的困难，对芯片的不熟悉、还有对课本上的知识不能完全弄懂，所以对着这个课题显得还有点难。本设计我采用的是使用一个模块作为主模块进行全局控制，与各个功能模块相连，实现各自的功能，然后再把这些模块结合起来。本次实验中我把键盘这个模块作为主控制模块，总的来说达到了老师所给的设计要求。并且促进了个人思维的发展，提高了自己的创新意识，对以后到社会中工作奠定了一个好的基础。2004年智能仪器课程设计报告中南大学信息院测控技术与仪器14参考文献1．杨欣荣．《