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1、辽 宁 工 业 大 学 单片机与接口技术 课程设计（论文）题目：数字电子钟的设计院 （系）： 电气工程学院 专业班级： 自动化052 学 号： 050302051 学生姓名： 何武林 指导教师： 冯 丽 教师职称： 教授 起止时间： 2008. 课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：自动化学 号050302051学生姓名何武林专业班级自动化052课程设计（论文）题目数字电子钟的设计课程设计（论文）任务一、功能要求：采用AT89C51单片机作控制器，选用AD574、CD4051、显示电路一起构成8路温度采集与显示系统。1、采用AT89C51单片机。2、采用3位LED数码管，显
2、示整数值。3、检测范围是0+100。4、开机或复位后，在LED最右端显示“E”，以提示系统正常。5、正常运行时，不断采集温度并送显示。二、设计要求：1、单片机最小系统设计；2、单片机与A/D转换接口电路设计；3、温度检测及变换电路设计；4、要求认真独立完成所规定的全部内容；所设计的内容要求正确、合理；5、按学校规定的书写格式，撰写、打印设计说明书一份；设计说明书应在4000字以上。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日目 录第一章 方案论证1第二章 硬件设计22.1 AT89C51单片机最小系统设计22.2 AT89C51与A/D转换器AD574接口电路的设计42.3 采样放大电
3、路设计52.4 显示电路设计7第三章 软件设计93.1程序框图设计103.2程序设计13第四章 课程设计总结17参考文献18附录19第一章 方案论证数据采集处理系统是一个把模拟电信号转换成数字信号，经过计算机加工处理，在把处理后的数字信号转换成模拟信号的闭环系统。在科研、生产和人们的日常生活中，模拟量的测量和控制是经常的。为了对温度、压力、流量、速度、位移的物理量进行测量和控制，都是通过传感器把上述物理量转换成能模拟物理量的电信号，即模拟电信号。将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送进计算机，这就是数据采集。计算机将采集来的数字量根据需要进行不同的辨识、运算得出所需要的结果，这就
4、是数据处理。数据处理的结果显示于显示器或屏幕上，或有打印机打印在纸上，以便对某些物理量进行监视，在将数据处理的数字量转换成模拟信号去控制某些物理量，这就是监控。这一数据采集、计算机处理、数-模转换的监控系统，就是一种数据采集处理系统。在生产过程中，对工艺参数进行采集，为提高质量，降低成本，提供信息。在科学研究中，用来获取微观，静态信息。数据采集系统一般具有以下功能：(1) 采集数据：按照采样周期，对模拟、数字、开关信号采样。(2) 模拟信号处理：将采样模拟信号转化为数字信号，模拟信号指信号幅值随时间连续变化的信号。特点：在规定的一段连续时间内，其幅值为连续值。优点是便于传送，缺点是易受干扰。(
5、3) 开关信号的处理：开关信号由按钮、行程开关等器件触点产生的信号。信号处理方法：根据开关的状态执行相应的操作。(4) 二次数据计算：概念：一次数据从传感器采集的数据。二次数据对一次数据作转换并计算后得到的数据。二次数据的处理方法：平均,累计,傅里叶变换,积分变换,变化率,差值,最大值。(5) 最小值屏幕显示：将数字、图形、图表等显示在屏幕上。(6) 数据存储：按时间间隔，将数据存储在外部存储器。本系统采用AT89C51作为控制系统，AD590作为温度传感器、8路模拟输入开关CD4051、A/D转换器AD574, 开机或复位后LED最右端显示“E”，以提示系统正常，正常运行时，不断采集温度显示
6、.具体框图如图1.1所示为:8 个 温 度传 感 器模拟多路 开 关放 大 电 路LED 显 示单 片 机控 制A/D转换 图1.1系统总体框图当温度传感器采集到外界温度时，产生电压信号，将模拟电压信号送入A/D转换器进行模数转换，转换后的数字信号送入单片机进行数据处理，处理后的数据由单片机送入LED显示器显示数据。第二章 硬件设计2.1 AT89C51单片机最小系统设计在实际应用系统中，为了保证复位电路可靠地工作，常将RC电路接施密特电路后再接入单片机复位端，或采用专用的复位电路芯片。MAX813L是Maxin公司生产的一种体积小、功耗低、性价比高的带看门狗和电源监控功能的复位芯片，其引脚图
7、如图2.1所示，图2.1 MAX813L引脚图其引脚功能如下：（1）手动复位输入端 ：当该端输入低电平保持140 ms以上，MAX813L就输出复位信号。该输入端的最小输入脉宽要求可以有效地消除开关的抖动。 （2）工作电源端（VCC）：接+5V电源。（3）电源接地端（GND）：接0 V参考电平。（4）电源故障输入端（PFI）：当该端输入电压低于125 V时，5号引脚输出端的信号由高电平变为低电平。（5）电源故障输出端（ )：电源正常时，保持高电平，电源电压变低或掉电时，输出由高电平变为低电平。 （6）看门狗信号输入端（WDI）：序正常运行时，必须在小于16 s的时间间隔内向该输入端发送一个脉冲
8、信号，以清除芯片内部的看门狗定时器。若超过16 s该输入端收不到脉冲信号，则内部定时器溢出，8号引脚由高电平变为低电平。 （7）复位信号输出端（RST）：电时，自动产生200 ms的复位脉冲；手动复位端输入低电平时，该端也产生复位信号输出。（8）看门狗信号输出端（ WDI）：正常工作时输出保持高电平，看门狗输出时，该端输出信号由高电平变为低电平。MAX813L与单片机的连接电路如图2.2所示，该电路可以实现上电复位，程序运行出现“死机”时的自动复位和随时的手动复位。为实现单片机死机时的自动复位功能，需要在软件设计中，P1.7不断输出脉冲信号（时间间隔小于1.6S），如果因某种原因单片机进入死循
9、环，则P1.7无脉冲输出。于是1.6S后在MAX813L的端输出低电平，该电平加到端，使MAX813L产生一个200ms的复位脉冲输出，使单片机有效复位，系统重新开始工作。图2.2 单片机最小系统2.2 AT89C51与A/D转换器AD574接口电路的设计图2.3是AT89C51单片机与AD574A的接口电路，其中还使用了三态锁存器74LS373和与非门电路，逻辑控制信号由(、和A0)有AT89C51的数据口P0发出，并由三态锁存器74LS373锁存到输出端Q0、Q7 上，用于控制AD574A的工作过程。AD转换器的数据输出也通过P0数据总线连至AT89C51，由于我们只使用了8位数据口，12
10、位数据分两次读进AT89C51。当AT89C51的p1.7查询到STS端转换结束信号后，先将转换后的12位A/D数据的高8位读进AT89C51，然后再将低4位读进AT89C51。这里不管AD574A是处在启动、转换和输出结果，使能端CE都必须为1，因此将AT89C51的写控制线和读控制线通过与非门与AD574A的使能端CE相连。图2.3 AT89C51与AD574接口电路AD574AD574为28脚双列直插式封装。如图2.4所示，输出是单极性的。而AD574的输入模拟电压既可是单极性也可是双极性。AD574内部集成有转换时钟，参考电压源和三态输出锁存器，因此使用方便，可直接和微机接口，不需要外
11、接时钟电路。AD574的数字量的位数可以设定为8位，也可设定为12位。 图2.4 AD574引脚图2.3 采样放大电路设计系统采样放大电路的设计如图2.5所示，8个温度传感器AD590采集8点温度，CD4051模拟开关对应控制采样每一个温度信号，通过CD4051采样的信号由同相放大器741进行放大，放大后的信号送A/D转换器。模拟开关CD4051的选通地址A、B、C由AT89C51的P1口的P1.1、P1.2 P1.3控制，而每片CD4051的片选信号INH有P1.0控制。AD590将温度转换成电流后，经取样电阻R1和R1w转换成电压信号，取样电阻R1设计为750欧姆，温度每变化一度，取样电阻
12、上的压降变化1mv，在摄氏零度时，取样电压为273.2mv。由于后续A/D转换器采用AD574，其差动输入电压量程分别为-5V+5V，和-10V+10V。因此，取样电压在进行A/D转换后还需要放大，放大器采用通用741运算放大器，设计成同相放大，放大倍数为10，以保证在测温范围内输入的电压在AD574转换器允许的输入范围内。图2.5中的R1w调整传感器零点取样电压，R1w调整放大器的放大倍数，从而使得在温度为0摄氏度时，放大器的输出电压Uo为2.732V，温度为100摄氏度时，放大器输出电压Uo为3.732V。8个传感器接年图2.5 采样放大电路CD4051是单边8通道多路调制器/多路解调器。
13、其引脚结构如图2.6所示。图中，C、B、A为二进制控制输入端，改变C、B、A的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。当INH=1时，通道断开；当INH=0时，通道接通。改变图中 IN/OUT07及OUT/IN的传递方向，则可用作多路开关或反多路开关。其真值表如表2.1所示： 图2.6 CD4051引脚图 表2.1 真值表2.4 显示电路设计可编程接口芯片是指其工作方式可由与之对应的软件命令来加以改变的接口芯片。这类芯片一般具有多种功能，使用灵活方便，使用前必须由CPU对其编程设定工作方式，然后按设定的方式进行操作。目前，有多种可编程接口芯片在实际应用中可供选用，在此介绍最常用
14、的一种接口芯片：8155可编程并行I/O接口与单片机的连接方法。8155可编程并行I/O接口具有功能强，价格便宜，且具有与单片机配置简单、方便等优点。是单片机应用系统最常用的外部功能扩展器件之一。8155的引脚及内部结构：8155芯片为40引脚双列直插封装，单一的5V电源，其引脚及内部结构见图2.7所示。 （1） PA、PB两个8位和一个6位PC口。（2）AD0AD7,地址/数据复用线。 （3）ALE地址锁存使能，控制地址/数据复用。 （4）是8155的片选端,低有效。 （5）是读信号，是写信号。（6）RESET是复位信号，高有效。 （7）片内1个14位减法Timer，计数脉冲由TIMERIN输入,分频后由TIMEROUT 输出。VCC,GND是电源端
