AD和DA功能的信号测控装置计算机控制系统设计范文

1目录目录................................................................11设计题目介绍..................................................21.1设计目的.....................................................21.2设计意义.....................................................22系统总体框架......................................................23系统硬件设计......................................................33.1单片机选型...................................................23.1.180C51功能介绍：.......................................33.1.2晶振电路...............................................33.1.3复位电路...............................................43.2A/D转换电路.................................................54.2.1ADC0809功能介绍：.....................................64.2.2A/D转换电路图.........................................63.3D/A转换电路.................................................73.3.1DAC0832功能...........................................73.3.2D/A转换电路图.........................................73.4稳压电源....................................................73.5调理电路.....................................................83.6报警指示灯电路..............................................83.7键盘、显示控制电路..........................................93.7.1键盘电路...............................................93.7.274LS138..............................................103.7.374LS47...............................................113.7.4显示电路..............................................114总结.............................................................12附录总体设计电路原理图............................................1321设计题目介绍1.1设计目的设计一个基于单片机的具有A/D和D/A功能的信号测控装置。要求该信号测控装置能够接入典型传感器、变送器信号，同时可输出标准电压/电流信号。并满足抗干扰、通用性、安全性、性价比等原则性要求。标准电压/电流信号定为：0～5V/4～20mA(0～20mA)1.2设计意义通过设计此信号测控装置，加深对控制系统的理解，全面掌握所学的知识并灵活运用起来。2系统总体框架图1系统总体框架图3系统硬件设计3.1单片机选型由于80C51单片机采用的是CHMOS工艺，高速度、高密度、低功耗，具有价格便宜、易上手、抗干扰能力强、稳定性好等优点，且满足我所设计的系统要求的条件，所以此次设计选用80C51单片机作为处理核心。其结构如图2所示：8051稳压电源显示模块模数转换模块键盘模块声光报警数模转换模块模拟量输出模拟量输入3XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115U1180C51图280C51结构3.1.180C51功能介绍：Vss(20脚):接地VCC（40脚）:主电源+5VXTAL1（19脚）:接外部晶体的一端。在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。XTAL2（18脚）:接外部晶体的另一端。在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。RST（9脚）:单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（RESET）PSEN（29脚）:外ROM读选通信号ALE/PROG（30脚）:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲EA/VPP（31脚）:当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。输入/输出引脚：（1）P0.0—P0.7(39脚—32脚)作为数据总线（2）P1.0—P1.7（1脚—8脚）（3）P2.0—P2.7（26脚—21脚）（4）P3.0—P3.7（10脚—17脚）具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号，属控制总线。3.1.2晶振电路单片机是一种时序电路，必须供给脉冲信号才能正常工作，所以在XTAL1XTAL2引脚接入一个振荡电路，电路如图3所示：4图3晶振电路3.1.3复位电路单片机系统中需要一个硬件复位电路，用于用户的手动复位，80C51是高电平复位有效。最简单的复位电路由一个电阻、一个电解电容、一个按钮形成，电路如图4所示：图4复位电路图58051单片机最小系统53.2A/D转换电路为了完成A/D转换功能，我选择的是A/D0809转换器，它具有易于和微处理器接口或独立使用，可满量程工作，可用地址逻辑多路器选通各输入通道，单5V供电，输入范围为0~5V，输入和输出与TTL、CMOS电平兼容等优点。ADC0809是8通道8位CMOS逐次逼近式A/D转换芯片，可以和单片机直接接口，由一个8路模拟量通道选择开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。因ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ。3.2.1ADC0809功能介绍：图6ADC0809芯片图D7-D0：8位数字量输出引脚。IN0-IN7：8位模拟量输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。START：A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。63.2.2A/D转换电路图图7A/D转换电路3.3D/A转换电路D/A转换电路我选择的是DAC0832，它具有与微处理器完全兼容，价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点。DAC0832是8位D/A转换器，它采用CMOS工艺制作，内部有两个寄存器，而这两个寄存器的控制信号有五个，输入寄存器由ILE、CS、WR1控制，DAC寄存器由WR2、Xref控制，用软件指令控制这五个控制端可实现三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。直通方式是将两个寄存器的五个控制端预先置为有效，两个寄存器都开通只要有数字信号输入就立即进入D/A转换。单缓冲方式使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，另一个处于受控方式，可以将WR2和Xfer相连在接到地上，并把WR1接到89C51的WR上，ILE接高电平，CS接高位地址或地址译码的输出端上。双缓冲方式把DAC0832的输入寄存器和DAC寄存器都接成受控方式，这种方式可用于多路模拟量要求同时输出的情况下。三种工作方式区别是：直通方式不需要选通，直接D/A转换；单缓冲方式一次选通；双缓冲方式二次选通。3.3.1DAC0832功能7图8DAC0832芯片图D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地3.3.2D/A转换电路图图9D/A转换电路3.4稳压电源为了使单片机能更稳定的工作，必须保证有一个稳定的电压输入。8图10稳压电源电路3.5调理电路在工业控制中各类传感器常输出标准电流信号4~20mA，为此，常要先将其转换成±10V的标准电压信号，以便送给各类设备进行处理。这种转换电路以4mA为满量程的0%对应-10V；12mA为50%对应0V；20mA为100%对应5V。电路见图11所示。图11调理电路3.6报警指示灯电路当系统正常运行时，绿灯亮。当传感器所采集的信息通过单片机处理，如果超过设置的上限值或低于下限值时，蜂鸣器进行报警，红灯亮起。其电路图如图12所示。9图12报警电路3.7键盘、显示控制电路加入键盘是为了便于人机互动，方便工作人员即时调整工况，调节系统的允许工作范围。以80C51为核心，配合REPACK-8、74LS138、74LS47的协同工作来完成键盘控制电路的设计，目的是当按下一个键时，数码管上要显示相应的数字。4x4按键接口电路的设计是要读取每一个按键的值，通过按键控制外围电