基于于mcs51单片机的实验开发系统测控接口模块设计与实验改进论文[带图纸

基于于mcs51单片机的实验开发系统测控接口模块设计与实验改进论文[带图纸内容摘要：

越来越高和互联网连接已是一种明显的走向。 所集成的部件越来越多；NS（美国国家半导体）公司的单片机已把语音、图象部件也集成到单片机中，也就是说，单片机的意义只是在于单片集成电路，而不在于其功能了；如果从功能上讲它可以讲是万用机。 原因是其内部已集成上各种应用电路。 功耗越来越低和模拟电路结合越来越多。 在国内，我国单片机年容量已达 13亿片，且每年大约以 16%的速度增长，但相对于世界市场，我国的占有率还不到 1%。 这说明单片机的应用在我国才刚 刚起步，有着广阔的前景。 将会向低功耗、单片化、微型化、大容量、高性能、低价格和简易化开发方向发展。 单片机的主流发展趋势： CMOS 化。 MCS51 系列的 80C51 推出时的功耗毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 本资料来 自 达 120mW，而现在的单片机普遍都在 100mW 左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了 CMOS(互补金属氧化物半导体工艺 )。 2．微型单片化 常规的单片机普遍都是将中央处理器 (CPU)、随机存取数据存储 (RAM)、只读程序存储器 (ROM)等集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如模数 转换器、 PMW(脉宽调制电路 )、 WDT(看门狗 )、有些单片机将 LCD(液晶 )驱动电路都集成在单一的芯片上，使功能更强大。 3．主流与多品种共存 现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以 MCS51 为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS 公司的产品， ATMEL 公司的产品和中国台湾的 WinBond 系列单片机。 在一定的时期内，这种情形会随着社会的发展和科技的改进，单片机的设计走的是依存互补，相辅相成、共同发展的道路。 主要研究内容 本次毕业设计主要设计 MCS51 系列单片机的 实验开发系统 测控接口模板 ，以进行模拟信号和开关量的采集和输出，外部传感器输出信号由 ADC0809 转换成数字量输入单片机；单片机输出的控制信号，经 DA0832 转换成模拟量后输出，同时，实现开关量的输入输出，具体内容如下所示： 1．分析各类基于 MCS51 系列单片机的 实验开发系统测控接口模板 设计方法，主要包括模拟量的输入输出； 2．设计出通用模块的电路原理图，主要包括单片机最小系统、模拟量采集模块、模拟量输出模块、并用 proteus 完成部分模块的仿真； 3．在 proteus 上调试电路，确定硬件电路； 4．编写 相应软件程序，进行软件的调试； 5．进行系统软件、硬件结合进行整机调试，实现通用开关量、模拟量的输入输出； 6. 针对本科单片机课程实验教学，进行测控接口模块实验方法的更新和改进。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 本资料来 自 第二章 基础理论和系统整体方案设计 单片机的开发系统设计需要以基础理论为依据，在对基础理论理解的基础上实现实验方案设计，因此本章将首先从单片机以及单片机开发系统测控接口的基础理论入手，深入了解单片机的功能和测控接口的工作原理，然后基于基础理论的理解，提出实验设计的方案，并通过后续设计，验证方案的可行性和实 用性。 单片机内部结构及系统组成 1946 年世界上第一台电子计算机 ENIAC 诞生，冯诺依曼提出了“程序存储”和“二进制运算”的思想，并进一步构建了计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备组成的这一计算机的经典结构，开启了人类历史上的电子时代。 随着后期的技术发展演变和科技的需求， 1971 年英特尔公司提出并研制出微处理器，从而开启了单片机进行控制的微控制时代。 70 年代中期，为满足广泛应用的需要，微型计算机向着两个不同的方向发展：一是高速度、大容量、高性能的高档微机方向 —— PC 机；另一方面是 功能完善、稳定可靠、体积小、价格低廉、面向控制的方向 —— 单片机。 单片机的发展趋势：高集成度、外部电路内装化、低功耗、引脚多功能化、高性能、芯片专用化等方向发展，而且以其灵活的运用性，广泛适用性的特点，单片机正在向各行各业的控制领域渗透，成为智能和自动化的核心大脑。 单片机的封装引脚及功能 80C51 单片机采用双列直插式 DIP40 常用的有总线扩展的引脚封装方式。 图。 P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P SE N29A L E30E A /V pp31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V c c40P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R ST /V pd9P 3. 0/ R X D10P 3. 1/ T X D11P 3. 2/ IN T 012P 3. 3/ IN T 113P 3. 4/ T 014P 3. 5/ T 115P 3. 6/ W R16P 3. 7/ R D17X T A L 218X T A L 119V ss180 C 51 图 电源及试种引脚（ 4 个） ccV ：电源接入引脚。 Vs ：接地引脚。 1XTAL ：晶体振荡器接入的一个引脚。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 本资料来 自 2XTAL ：晶体振荡器接入的另一个引脚。 控制线引脚（ 4 个） PDVRST/ ：复位信号输入引脚 /备用电源输入引脚。 PROGALE/ :地址所存允许信号输出引脚 /编程脉冲输入引脚。 PPVEA/ :内外存储器选择引脚 /片内 EPROM 编程电压输入引脚。 PSEN :外部程序存储器选通信号输出引脚。 并行 OI/ 引脚（ 32 个分成四个八位）。 ~PP ：一般 OI/ 口引脚或数据 /低位地址总线复用引脚。 ~PP :一般 OI/ 口引脚。 ~PP :一般 OI/ 口引脚或高位地址总线引脚。 ~PP :一般 OI/ 口引脚或者第二功能引脚。 在并行 I/O 口中， P3 口还具有第二功能，用于特殊信号输入 输出和控制信号（属控制总线）。 (RXD):串行口输入。 (TXD):串行口输出。 ( 0INT )：外部中断 0输入。 ( 1INT )：外部中断 1输入。 (T0):定时 /计数器 0的外部输入。 (T1)：定时 /计数器 1的外部输入。 (WR)：片外数据存储器“写”选通控制输出。 (RD )：片外 数据存储器“读”选通控制输出。 单片机内部结构 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器。 单片机是一种高集成的微型 电路 芯片，是采用 超大规模集成电路 技术把具有数据处理能力的中央处理器 CPU 随机存储器 RAM、 只读存储器 ROM、多种 I/O 口和中断系统、定时器 /计时器 等功能（可能还包括显示驱动电路、 脉宽调制 电路、模拟多路转换器、 A/D转换器 等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的 计算机系统。 如图 ，是单片机中最典型的一种结构类型， 80C51 单片机的组成框图。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 本资料来 自 图 80C51单片机组成框图 CPU 系统的组成： 1 个 8 位微处理器 CPU 、 内部时钟电路、总线控制逻辑 内部存储器： 4KB 的片内程序存储器（ ROM/EPROM/Flash）， 128B 数据存 储器（ RAM）和 128B 特殊功能寄存器 SFR（ 80C51 只用到其中 21B） I/O 接口及中断定时功能： 4 个 8 位可编程的 I/O（输入 /输出）并行接口， 5个中断源的中断控制系统，可编程为 2个优先级， 2个 16位定时 /计数器，既可以定时，又可以对外部事件进行计数， 1个全双工的串行 I/O 接口，用于数据的串行通信 所有这些都通过单片机内部的总线相连接。 单片机系统组成 单片机系统是指在单片机芯片的基础上辅以必要的外围设备构成的具有一定应用能力的计算机系统。 它包括硬件和软件两部分。 硬件提供必要的基础功能，实现数 据的运算和处理。 软件在硬件提供的平台之上实现各种功能，外围设备实现数据的采集和传送，并且通过接口的扩展实现更多的功能。 如图。 图 单片机系统 而这些硬件和软件结合在一起，能够满足控制对象全部要求的电路系统就是单片机的应用系。 单片机部分是整个实验设计系统的基础硬件部分，是所有微型控制电路的大脑核心部分。 在本小节中着重从单片的基本结构和基本功能入手，系统而深入的解释了单片机的构成，功能和所能实现的基本工作原理。 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 本资料来 自 单片机作为一片集成电路芯片，它自身没有开发功能，必须通过开发机来完成应用系统的 硬件故障和软件错误的排除。 测控接口 D/A 数模转换器 实际工程中经常需要检测被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、速度等，这些参数都是模拟信号形式。 而单片机控制系统所能识别的是数字量信号，那么在单片机和被测对象之间就需要一个数据翻译系统，即数模、模数转换器。 本小节终点介绍 D/A数模转换器的基本原理和功能。 D/A 转换即是将数字量转换成相应的模拟量，常用于控制系统中。 如单片机输出不同的数字量经 D/A 转换后加给直流电机，即可控制电机的转速。 数模转换器实现了将每一位数字量装换为相应的模拟量，然后再对其 求和即得到与该数字量成正比的模拟量。 D/A 有 8 位 \10 位 \12 位 \16 位，位数越多分辨率就越高；但其它误差（如温度漂移、线性不良等）影响仍会使精度变差。 基于本实验的要求，选择 8 位数模转换器。 在数模转换器中， DAC0832 是是用广泛的 8 位 DCA 芯片。 DAC0832 的主要性能和特点 DAC0832 的分辨为 8 位，电流建立时间 1 s ，数据输入可采用双缓冲、单缓冲或直通方式，数据电流线性度可在满量程下调节，输入逻辑电平与 TTL兼容。 DAC0832 是用广泛的 8位 DAC 芯片，其中含有输入数据寄存器，可以直接和单片机进行接口。 DAC0832 是以电流形式输出的，要外接运算放大器转换为电压形式。 DAC0832 的内部结构及引脚图 下图 DAC0832 内部结构图。 输 入锁 存 器D A C寄 存 器D / A转 换 器D I 7 ～ D I 0I L EC SW R 1W R 2X F E RV R E FI O U T 2I O U T 1R f bA G N DV C Camp。 amp。 amp。 L E 1 L E 2 图 DAC0832内部结构图 各引脚的功能为： 70 ~DD ：数字信号输入端； 毕业设计说明书论文 1961660126 课件之家的资料精心整理好资料 本资料来 自 CS ：片选信 号，低电平有效； 1WR ：写信号 1，低电平有效； 2WR ：写信号 2，低电平有效； FERX ：传送控制信号，低电平有效； 21, OUTOUT II ： DAC 电流输出端； FBR ：反馈电阻，是集成在片内的外接运放的反馈电阻； REFV ：基准电压（ 10～ +10） V； CCV ：电源电压（ +5～ +15） V； ILE ：输入寄存器允许，高电平有效； 1LE 、 2LE ：内部两个寄存器的输入锁存端， 1LE 由 ILE、 CS 、 1WR 确定， 2LE由 2WR 、 XFER确定。 当 1LE =ILE CS 1WR =0时 ， 8 位输入寄存器的输出跟随输入变化。 当 1LE =ILE CS 1WR =1时，数据锁存在输入寄存器中，不再变化。 当 2LE = 2WR XFER=0 时， 8位 DAC 寄存器的输出跟随输入变化。 当 2LE = 2WR XFER=1 时，数据锁存在 DAC 寄存器中，不再变化。 AGND 是模拟地， DGND 是数字地，两者可接在一起使用； DAC0832 输出的是电流，要转换成电压，还必须外接运算放大器。 如下图 为 DAC0832 的芯片封装引脚图。 DAC0832LEI 2WRCCVXFER14D 1516D17D 1OUTI2OUTICS 1WRAG ND13D 12D10D11REFVFRD GN D 图 DAC0832的芯片封。