计算机控制系统课程设计论文
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1 设计目的背景及要求2
1.1 设计目的及意背景2
1.2 设计要求3
2 工作原理及元器件选择3
2.1 单片机简介3
2.1.1 引脚简介4
2.2 A/D转换装置6
2.2.1 A/D转换根本原理6
2.2.2 A/D转换器的主要技术参数7
2.2.3 ADC0809部构造8
2.2.4 ADC0809简介8
2.2.5 ADC0809引脚连线10
2.3 D/A转换装置11
2.3.1 D/A转换根本原理11
2.3.2 D/A转换器的主要性能参数12
2.3.3 DAC0832部构造12
2.3.4 DAC0832简介13
2.3.5 DAC0832的工作方式14
2.3.6 DAC0832的输出方式15
2.4 74LS373锁存器16
2.4.1 74LS373性能特点17 - -
. -可修编- 2.4.2 74LS373真值表及功能表17
2.5分频器18
2.6其它电路18
2.6.1 扩展电路18
2.6.2 上位机通讯电路19
2.6.3 LED显示电路20
2.6.3键盘电路21
2.6.4 报警指示灯电路21
3 系统工作过程22
3.1 ADC0809工作过程22
3.2 DAC0832工作过程23
4 元器件清单23
5 心得体会24
6 参考文献25
1 设计目的背景及要求
1.1 设计目的及意背景
本课程的课程设计的目的在于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，以到达理论学习的目的,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，加深对控制系统理解，将所学的知识灵活穿插并运用起来。 - -
. -可修编- 1.2 设计要求
设计一个基于单片机具有A/D，D/A功能的信号测控装置，要求能够接入典型传感器信号，输入标准电压/电流，抗干扰，通用，平安，性价比高。
2 工作原理及元器件选择
2.1 单片机简介
在单片机应用系统中，被测量的温度、压力、流量、速度等非电物理量，需要经传感器先转换成连续变化的模拟电信号〔电压或电流〕，这些模拟电信号必须转换成数字量后才能在单片机中用应用软件进展处理。
我们通常所讲的“单片机〞又称微控制器，它并不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把中央处理器〔CPU〕、随机存取存储器〔RAM〕、程序存储器〔ROM〕、输入/输出设备等系统集成到一块电路芯片中。技术在进步，现在某些型号的单片机芯片中也集成了A/D——Analog to Digital Conversion〔模拟-字转换〕，D/A——Digital to Analog Conversion〔数字-模拟转换〕等功能模块。简单的讲：这块芯片就成了一台计算机。它具有体积小、重量轻、价格低廉的特点。
目前用的较多是Intel MCS-51 系列单片机，它有三个版本：8031、8051、8751〔8位机〕。本设计中我采用的是80C51单片机。80C51单片机芯片采用40引脚双列直插封装〔DIP〕形式，引脚如图2-1所示。 - -
. -可修编-
图2-1 80C51引脚图
2.1.1 引脚简介
〔1〕主电源和时钟振荡电路引脚
Vcc〔40引脚〕：运行和程序校验时接+5V电源。
Vss〔20引脚〕：电源地。
XTAL1〔19引脚〕：接外部晶振的一个引脚。该引脚部是一个反相放大器的输入端。这个反相放大器构成了片振荡器。如果采用外部晶体振荡器时，此引脚应接地。
XTAL2〔18引脚〕：接外部晶振的另一端，在该引脚部接至部反相放大器的输出端。假设采用外部时钟振荡器时，该引脚接收时钟振荡器的信号，即把此信号直接接到部时钟发生器的输入端。
〔2〕输入输出I/O引脚
共4个8位的并行I/O口，32根I/O线。
P0.0-P0.7〔32-39引脚〕：统称为P0口。在不接片外存储器与不扩展I/O口时，可作为准双向输入/输出口。在接有片外存储器或扩展I/O口时，P0口分时复用为低8位地址总线和双向数据总线。
P1.0-P1.7〔1-8引脚〕：统称为P1口。可作为准双向I/O口使用。对于52子系列，P1.0与P1.1还有第二功能：P1.0可用作定时器/计数器2的计数脉冲输入端T2，P1.1可用作定- -
. -可修编- 时器/计数器2的外部控制端T2EX。
P2.0-P2.7〔21-28引脚〕：统称为P2口。一般可作为准双向I/O口使用；在接有片外存储器或扩展I/O口且寻址围超过256字节时，P2口用作高8位地址总线。
P3.0-P3.7〔10-17引脚〕：统称为P3口。除作为准双向I/O口使用外，还可以将每一位用于第二功能，而且P3口的每一条引脚均可以独立定义为第一功能的输入输出或第三功能。P3口的第二功能如表2-1所示。
表2-1 P3口第二功能
P3.0 RXD〔串行口输入〕
P3.1 TXD〔串行口输出端〕
P3.2 0INT〔外部中断0请求输入端，低电平有效〕
P3.3 1INT〔外部中断1请求输入端，低电平有效〕
P3.4 0T〔定时器/计数器0计数脉冲输入端〕
P3.5 1T〔定时器/计数器1计数脉冲输入端〕
P3.6 WR (外部数据存储器写选通信号输入端，低电平有效)
P3.7 RD (外部数据存储器读选通信号输入端，低电平有效)
〔3〕控制信号引脚
VPDRST/〔9引脚〕：RST〔RESET〕是复位信号的输入端，高电平有效。当单片机运行时，在此引脚加上持续时间大于两个机器周期〔24个时钟振荡周期〕的高电平时，就可以完成复位操作。在此单片机正常工作时，此引脚应为≤0.5V低电平。VPD为本引脚的第二功能，即备用电源输入端。当主电源Vcc发生故障，降低到某一规定值的低电平时，将+5V电源自动接入RST端，为部RAM提供备用电源，以保证片RAM息不丧失，从而使单片机在复位后能继续正常运行。
PROGALE/〔30引脚〕：ALE引脚输出为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作后，ALE引脚不断输出正脉冲信号。当单片机访问外部存储器时，ALE输出信号的负跳沿- -
. -可修编- 用于单片机发出的低8位地址经外部锁存器锁存控制信号。即使不访问外部锁存器，ALE端仍有正脉冲信号输出，此频率为时钟振荡器频率的1/6。如果想初步判断单片机芯片的好坏，可用示波器查看ALE端是否有正脉冲信号输出。如果有脉冲信号输出，那么单片机根本上是好的。
PROG为本引脚的第二功能。在对片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〕：访问外部程序存储器选通信号，低电平有效。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生2次PSEN信号。在执行片程序存储器取指令时，不产生PSEN信号；在访问外部数据存储器时，亦不产生PSEN信号。
PPVEA/：EA为外程序存储器选择控制端。当EA引脚为高电平时，单片机访问片程序存储器，但在PC〔程序计数器〕值超过0FFFH时，即超出片程序存储器的4KB地址围时，将自动转向执行外部程序存储器的程序。当EA引脚为低电平时，单片机那么只访问外部程序存储器，不管是否有部存储器。
2.2 A/D转换装置
2.2.1 A/D转换根本原理
单片机在日常生活中用得越来越多，其集成度也越来越高，目前拥有多种单片机都集成有A/D转换功能，如PIC，AVR，SUNPLUS，SH等。处理器的位数从4位到32位或更高，转换精度从6位，8位，10位或更高。
单片机集成的A/D转换，一般都有相应的特殊功能存放器来设置A/D的使能标志，参考电压，转换频率，通道选择，A/D输入口的属性〔模拟量输入还是普通的I/O口〕，启动，停顿控制等。有了这些存放器，使得我们控制单片机的模拟量采集变得非常方便。
A/D转换的根本原理是：将参考电平按最大的转换值量化，再利用输入模拟电平与参- -
. -可修编- 考电平的比例来求得输入电平的测量值〔V测=V参*〔AD量化值/AD转换的最大值〕〕。有些MCU A/D转换的参考电平可以选择由一个外部引脚输入，这样使得用户可以对A/D转换进展更好的控制。值得注意的一点就是A/D转换的输入电平必须比参考电平低或相等，不然测试的结果就会有很大的偏差。
下面以参考电平为5V，转换的精度为8位为例来说明如何取得实际的测量值是多少。如果AD量化值为128，那么V测= 5*128/256=2.5V。因为V测=V参*〔AD量化值/AD转换的最大值〕=AD量化值*〔V参/AD转换的最大值〕，而针对具体的硬件电路，“V参/AD转化的最大值〞是一个固定的系数。而这个系数，就相当于测试的精度了。对于10位的A/D，5V的参考电压的测试精度约5毫伏，而用2.048伏的参考电压，精度就可以到达2毫伏。当然测试的电压围相应的也减小了。我曾经就用这种减小测量围来提高精度，使用PIC16F76做A/D测量，使得正负误差不超过5毫伏的高精度测试电源。当误差超过5毫伏时，电路发出报警声，提示操作员，重新调解电压到规定围。
2.2.2 A/D转换器的主要技术参数
1.分辨率
分辨率指输出数字量的位数，常用的有 8位、10位、12位、14位等。一般地，位数越多，价格越贵。分辨率表示的是转换器对微小输入量变化敏感程度。例如：8位 ADC 的分辨率是 8位，数字量变换围是 0～ 255，当输入电压满刻度为 5 V 时，转换电路对输入模拟电压的分辨能力为5 V/255≈19.6 mV。
