计算机控制系统课题设计课案.docx

1 题目背景与意义 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。通过本次课程设计加深对计算机控制技术理论知识的理解和对这些理论的实际应用能力，提高对实际问题的分析和解决能力，以达到理论学习的目的，并培养学生应用计算机辅助设计和撰写设计说明书的能力。 1.2背景与意义 计算机控制系统是应用计算机参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得一定控制目的而构成的系统 。与一般控制系统相同，计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。 计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大和有逻辑判断功能等特点，因此可以实现高级复杂的控制方法，获得快速精密的控制效果。计算机技术的发展已使整个人类社会发生了可观的变化，自然也应用到工业生产和企业管理中。而且，计算机所具有的信息处理能力，能够进一步把过程控制和生产管理有机的结合起来（如CIMS），从而实现工厂、企业的全面自动化管理。 2 设计题目介绍 2.1 设计题目 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/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA (0～20mA) 2.2 题目要求 1. 基本要求： 1) 充分理解题目要求，确定方案。 2) 合理选择器件型号。 3) 用1号图纸1张或者采用Protel软件画出电原理图。 4) 用1号图纸1张画出软件结构框图。 5) 写出设计报告，对课程设计成品的功能进行介绍及主要部分进行分析与说明。 6) 每天写出工作日记。 2. 发挥部分： 1) 可将系统扩展为多路。可在此系统中扩展键盘、显示（LCD/LED）、与上位机通讯功能。 2) 完成以上基本设计部分之后，可以运用Protues仿真软件对设计结果进行相应的编程和仿真，调试测控系统并观察其运行结果(可以分部分完成)。 电压/电流信号此处定为：0～5V/4～20mA (0～20mA)。 3 系统总体框架 图1 系统总体框图 此控制系统采用AT89C51单片机作为控制中心，ADC0808作为系统的A/D芯片，DAC0832作为系统的D/A芯片，Max232作为与上位机通讯的芯片。本系统的滑动电阻器模拟成为典型传感器的输入信号。将该信号加入到ADC0808，将其转换成数字信号，将该数据信号送入单片机，单片机通过处理再通过显示模块显示出来，同时单片机输出的信号经DAC0832转换成标准模拟信号输出。通过键盘可以改变系统报警的上下限值。通过上位机电路可以把程序捎到单片机里面。声光报警系统可以提示系统的状态。 4 系统硬件设计 4.1 单片机最小系统设计 AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。 （1）控制引脚 RST/Vpd（9引脚）：RET(RESET)是复位信号输入端，高电平有效；Vpd为本引脚的第二功能，即备用电源。 ALE/PROG(30引脚)：ALE引脚输出为地址锁存允许信号；PROG为本引脚的第二功能，在对片内EPROM型单片机编程写入时，此引脚作为编程脉冲输入端。 PSEN(29引脚)：程序存储器允许输出控制端。 EA/Vpp（31引脚）：EA功能为内外程序存储器选择控制端；Vpp为本引脚的第二功能，在对EPROM固化编程时，用于施加较高的编程电压（例如+21V或+12V）。 （2）I/O口引脚 P0口：双向8位三态I/O口，此口为地址总线（低8位）及数据总线分时复用口，可驱动8个LS型TTL负载。 P1口：8位准双向I/O口，可