毕业设计单回路控制器的设计.docx

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毕业设计单回路控制器的设计

单回路控制器的设计

学院：

电子工程学院

年级：

2012级

专业：

自动化

姓名：

、

学号：

20125229

指导教师：

摘要

介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想，由于软件功能丰富，因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能，运算功能的显示功能，它可适用于工业过程中控制诸多领域。

并且分析了51单片机与8255的连接方法，可以用它制成多路扩展的IO口控制器。

该系统将单片机应用到单回路控制系统，实现一个比较简单的单回路PID控制。

。

关键词

单片机单回路智能控制器软件设计IO扩展PID控制

2.1.1单片机外部存储器的扩展………………………………………………………………..….2

2.12看门狗电路、复位电路的设计…………………………………………………........................2

2.2I/O接口的扩展............................................................................................................................3

2.2.1.1I/O扩展概述…………………………………………………………….……………………..3

2.2.289c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口………………………………….……………..4

2.4LED显示器设计……………………………………………………………………………......5

2.5数字量模拟量转换......................................................................................................5

2.5.1信号采样及转换电路设计…………………………………………………………….7

2.6开关量的输入输设计…………………………………………………………………………..8

2.7单片机串行口扩展设计。

（MAX232与单片机接口设计）……………………………..10

致谢........................................................12

第1章前言

1．1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100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89C51是一种高效微控制器，VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据地址的低八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

结构特点

8位CPU片内振荡器和时钟电路；32根I/O线；外部存贮器寻址范围ROM、RAM64K；2个16位的定时器/计数器；5个中断源，两个中断优先级；全双工串行口；布尔处理器。

第2章单片机外部设备扩展

2．1单片机最小系统设计

2.11单片机外部存储器

在由单片机构成的微型计算机系统中,由于单片机的工作常常会受到来自外界电磁场的干扰,造成程序的跑飞,而陷入死循环,程序的正常运行被打断,由单片机控制的系统无法继续工作,会造成整个系统的陷入停滞状态,发生不可预料的后果,所以出于对单片机运行状态进行实时监测的考虑,便产生了一种专门用于监测单片机程序运行状态的芯片,俗称"看门狗".看门狗电路电路的应用,使单片机可以在无人状态下实现连续工作,其工作原理是:

看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平（或低电平）,这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的，一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位.

2.1.2单片机看门狗、复位电路的设计

SP706REN芯片应用于看门狗复位电路中，可以实现电源模块在受到死机的情况下而自动发出复位脉冲，从而使电源电路可以在无人状态下实现连续工作。

由SP706REN等芯片构成的电源看门狗复位电路模块实现的电源电路复位功能，/MR脚/WDO脚之通过NPN8050相连，基极连接外电路，当主控板需要下载程序时，外部通过三极管/MR、/WDO脚相连通，致使看门狗电路失效，使之不产生复位脉冲，以免对下载程序时对电路产生干扰。

VCC脚为看门狗电路芯片的VDD5V输入电压，电源失效检测功能未被用到，因此PFI管脚直接连到GND。

看门狗电路一般有一个输入叫喂狗，一个输出到MCU的REST端，MCU正常工作时候，每隔一段时间输出一个信号到喂狗端，给WDI清零，如果超过规定时间不喂狗，WDI定时超过，就会给出一个复位信号到MCU，使MCU复位。

由3HL4、3R23、3R35串联而成介入3.3V的电路中，两电阻之间接WDI脚。

2．2I/O接口的扩展

2.2.1.1I/O扩展概述

I/O（输入/输出）接口是MCS-51与外设交换数字信息的桥梁。

I/O扩展也属于系统扩展的一部分。

真正用作I/O口线的只有P1口的8位I/O线和P3口的某些位线。

在多数应用系统中，MCS-51单片机都需要外扩I/O接口电路。

图1-1单片机扩展芯片

2.2.1.2I/O接口的功能

I/O接口电路应满足以下要求：

1.实现和不同外设的速度匹配大多数的外设的速度很慢，无法和µs量级的单片机速度相比。

单片机只有在确认外设已为数据传送做好准备的前提下才能进行I/O操作。

想知道外设是否准备好，需I/O接口电路与外设之间传送状态信息。

2.输出数据锁存由于单片机工作速度快，数据在数据总线上保留的时间十分短暂，无法满足慢速外设的数据接收。

I/O电路应具有数据锁存器，以保证接收设备接收。

3.输入数据三态缓冲输入设备向单片机输入数据时，但数据总线上面可能“挂”有多个数据源，为不发生冲突，只允许当前正在进行数据传送的数据源使用数据总线，其余的应处于隔离状态。

2.2.289c51与可编程RAM/IO芯片8255H的接口

89C51与8255连接控制线就两根（CS线归到地址里去了）:

即RD和WR,可直接相连接。

多个8255的RD,WR并接后接89C51RD,WR。

值得注意的是,程序中必须采用MOVX指令,才能使RD,WR这两根线上的电平发生变化,产生读、写控制功能。

其特点:

（1）CPU采用了89C51芯片,利用了其内部的4KE2PROM程序存储器,省掉了8031所必须的地址锁存器芯片（74LS373）;

（2）利用89C51P1口与两个8255数据总线连接,不存在地址与数据混同;

（3）利用89C51P2口的引脚P210和P211与8255地址线A0、A1相连,8255两片选线（CS）接P212和P213,通过软件轮流使P212和P213为低电平,达到片选的目的;（4）读、写控制线与8255直接相连,在软件中只要使用MOVX指令,即可使其发生变化.

2.3键盘的设计

51单片机也可以用扩展I/O的独立式按键接口电路，可以采用8255扩展I/O口，把按键当做外部RAM某一工作单元的位来对待，通过读片外RAM的方法，识别按键的工作状态。

各按键开关均采用了上拉电阻，这是为了保证在按键断开时，各I/O口线有确定的高电平。

在本设计中1×4矩阵键盘通过8255A扩展I/O口与89c51的接口相连，键盘采用编程扫描方式工作，8255的PC口低四位输出逐行扫描信号，均为低电平有效。

8255的A0，A1端分别接于地址线A0、A1上，CS#片选与p2.7相连，WR#、RD#分别与单片机的WR#和RD#相连。

2.4LCD显示器设计

液晶显示器（LCD）具有功耗低、体积小、重量轻等许多其它显示器无法比拟的优点，YM12864是一种图形点阵液晶显示器，它主要采用动态驱动原理由行驱动一控制器和列驱动器两部分组成了128（列）×64（行）的全点阵液晶显示。

与CPU接口采用5条位控制总线和8位并行数据总线输入输出，内部有显示数据锁存器，自带上电复位电路。

12864A与89C51单片机接口电路如图所示。

该图采用直接访问方式，单片机P0口直接与液晶显示模块的数据口相接，P2.0控制RS寄存器选择，P2.1口用于控制R/W读写选择，P2.2与P2.3分别控制液晶左右半屏选择；E信号由89c51对12864A图形液晶显示器模块的电路连接。

电路图中LCD电源控制端VLCD是用来调节显示屏灰度的，调节该端的电压，可改变显示屏字符、图形的颜色深浅。

显示开/关触发器的作用就是控制显示驱动输出的电平以控制显示屏的开关，在触发器输出全部为非选择波形，显示屏呈不显示状态，在触发器输出为“开”电平时，显示数据所锁存器被控制，显示驱动输出受显示驱动数据总线上数据控制，显示屏呈显示状态。

2.5数字量与模拟量转换

2.5.1模拟量输入通道的设计

DAC0832芯片是具有两个输入数据寄存器的8位DAC，它能直接与51单片机相连接，WR2：

写信号2，低电平有效。

IOUT1、IOUT2：

DAC电流输出端。

Rfb：

是集成在片内的外接运放的反馈电阻。

Vref：

基准电压（-10~10V）。

Vcc：

是源电压（+5~+15V）。