微機(jī)原理課程設(shè)計--在線ph值的測量

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 設(shè)計目的1</p><p>　　1.2 設(shè)計要求1</p><p>　　第2章 設(shè)計原理2</p><p>　　2.1 總體設(shè)計2</p

2、><p>　　2.2 工作原理分析2</p><p>　　第3章 器件選型4</p><p>　　3.1 AT89C51單片機(jī)4</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換器5</p><p>　　3.2.1 A/D工作原理5</p><p>　　3.2.2 AD0809介紹5</p&

3、gt;<p>　　3.3 移位寄存器6</p><p>　　3.4 LED顯示部分7</p><p>　　3.5 整體仿真電路8</p><p>　　第4章 程序設(shè)計9</p><p>　　第5章 心得體會12</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b></p

4、><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計目的</b></p><p>　　針對鍋爐給水系統(tǒng)，為保證鍋爐安全而經(jīng)濟(jì)地運行，需對水(補(bǔ)給水或凝結(jié)水)進(jìn)行凈化、軟化、除鹽、除氣等處理，再對鍋爐給水進(jìn)行調(diào)質(zhì)，在水中加入適量的酸堿液，使水的pH值在指定數(shù)值或設(shè)定范圍。</p>&

5、lt;p>　　pH值是考察溶液酸度的一個重要參數(shù)，但在線pH值的測量還沒有很好地應(yīng)用于電廠鍋爐補(bǔ)給、鍋爐給水以及循環(huán)冷卻水中。通過pH值的在線檢測，可及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的pH值，使其控制在最佳范圍內(nèi)，從而達(dá)到減緩鍋爐設(shè)備腐蝕、結(jié)垢的目的。由于電廠鍋爐給水溫度的變化直接影響pH值測量的準(zhǔn)確性，采用現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償方法也只能減小溫度的影響，卻無法補(bǔ)償給水本身的溫度特性帶來的偏差，為提高pH值測量的準(zhǔn)確性，采用計算機(jī)自動進(jìn)行補(bǔ)償，可消除溫度的

6、影響，提高pH值測量的準(zhǔn)確性。本設(shè)計是通過DVCC試驗箱實現(xiàn)對檢測數(shù)據(jù)的調(diào)整，最后顯示其真實值。</p><p>　　本設(shè)計的主要目的為：</p><p>　　1.了解并掌握單片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、指令、輸入輸出接口及應(yīng)用。 2.熟悉DVCC實驗系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)，并能利用此系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。 3.掌握匯編語言程序設(shè)計和調(diào)試。</p><p>　　4.掌

7、握PH值傳感器的特性及輸出信號特點并能實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換及最終的PH值的顯示。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　開發(fā)型單片單板機(jī)DVCC-51是一種簡易在線開發(fā)系統(tǒng)，它具有開發(fā)編程功能，可用于用戶8031單片機(jī)系統(tǒng)的在線CPU仿真/調(diào)試，而且它自身就是一臺以8031單片機(jī)為CPU的單板機(jī)，可直接用于工業(yè)過程控制、實時數(shù)據(jù)采集/處理

8、系統(tǒng)和各種智能儀器儀表。本設(shè)計主要通過DVCC-51來實現(xiàn)軟件與硬件的調(diào)試，以達(dá)到設(shè)計的目的。本設(shè)計的要求如下：</p><p>　　設(shè)計指標(biāo)：pH測量范圍 0-14，精度0.1，具有溫度補(bǔ)償能力。</p><p>　　1、基于DVCC實驗箱，調(diào)通A/D轉(zhuǎn)換器，并能實現(xiàn)對輸入的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。</p><p>　　2、根據(jù)PH值傳感器輸入的信號特點，進(jìn)行量綱的轉(zhuǎn)換和數(shù)

9、據(jù)的顯示。</p><p>　　3、并最終將測出的PH值實現(xiàn)遠(yuǎn)傳（即具有和上位機(jī)PC機(jī)通訊的能力）。</p><p><b>　　第2章 設(shè)計原理</b></p><p><b>　　2.1 總體設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要由單片機(jī)，pH傳感器，溫度補(bǔ)償電路，信號調(diào)理電路及數(shù)碼管顯示

10、模塊組成。其流程圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　PH電極產(chǎn)生與水pH有關(guān)的微弱電信號，經(jīng)過調(diào)理電路處理后為0-5V標(biāo)準(zhǔn)電信號，然后送給ADC0809八位高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將0-5V的標(biāo)準(zhǔn)模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。同時溫度補(bǔ)償電路也將信號連入單片機(jī)，單片機(jī)對信號進(jìn)行各種處理，通過轉(zhuǎn)換公式再換算成對應(yīng)的pH值。經(jīng)過處理的參數(shù)信號通過顯示電路進(jìn)

11、行顯示，使人們能直觀的看到pH顯示。</p><p>　　2.2 工作原理分析</p><p>　　本系統(tǒng)主要部分為A/D轉(zhuǎn)換和單片機(jī)，由于對精度沒做很大要求，我們采用逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換ADC0809。由于ADC0809在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時需要有CLK信號，而此時的ADC0809的CLK是接在AT89C51單片機(jī)ALE信號4分頻后的引腳上。因此產(chǎn)生CLK信號的方法就不用軟件來產(chǎn)生了，直接由

12、單片機(jī)硬件來完成，通過旋鈕改變輸入電壓。ADC0809的參考電壓VREF＝VCC，所以轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)要經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，通過程序處理的過程就包含了實現(xiàn)了量程變換，本次設(shè)計采用C語言編程，然后再由單片機(jī)的串行口輸出給顯示電路。而顯示電路則是由74LS164和數(shù)碼管連接起來的，最后把數(shù)據(jù)送入數(shù)碼管顯示，選用3個共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示當(dāng)前pH的變化值。</p><p>　　ADC0809與單片機(jī)8032的連接，所需要的芯片在

13、DVCC面板上都有，查找其模數(shù)轉(zhuǎn)換應(yīng)用原理圖如圖2-2所示。</p><p>　　圖2-2 A/D轉(zhuǎn)換ADC0809應(yīng)用原理圖</p><p><b>　　第3章 器件選型</b></p><p>　　3.1 AT89C51單片機(jī)</p><p>　　圖3-1 單片機(jī)引腳圖</p><p>　　A

14、T89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大，而且價位低。管腳圖如圖3-1所示。</p><p>　　40個引腳按引腳功能大致可分為

15、4個種類：電源、時鐘、控制和I/O引腳。管腳功能說明：</p><p>　　1.電源:VCC — 芯片電源，接+5V；VSS — 接地端。 </p><p>　　2.時鐘:XTAL1、XTAL2 — 晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。 </p><p>　　3.I/O線:8031共有4個8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32個引腳。P3口還具有第二功能，

16、用于特殊信號輸入輸出和控制信號(屬控制總線）。 </p><p>　　4.P3口第二功能：P30/RXD，串行輸入口；P31/TXD，串行輸出口；P32/INT0，外部中斷0(低電平有效）；P33/INT1，外部中斷1(低電平有效）；P36/WR，外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通(低電平有效）；P37/RD，外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通(低電平有效）。</p><p>　　3.2 A/D轉(zhuǎn)換器</p&g

17、t;<p>　　3.2.1 A/D工作原理</p><p>　　常用的A/D轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式和雙積分式兩種。前者轉(zhuǎn)換時間短(幾μs到100μs），適用于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制；后者轉(zhuǎn)換時間長(幾ms到100ms），適用于實驗室標(biāo)準(zhǔn)測試。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器選用ADC0809模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的

18、控制邏輯的CMOS 組件。它是逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。</p><p>　　根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器的原理，n位A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制數(shù)字量B與模擬輸入電壓VI 、正基準(zhǔn)電壓VREF+ 、負(fù)基準(zhǔn)電壓VREF- 的關(guān)系為式(3-1)所示：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　3.2.2 AD080

19、9介紹</p><p>　　ADC0809是8位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，包括8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道多路轉(zhuǎn)換器和與微處理器兼容的控制邏輯。8通道多路轉(zhuǎn)換器能根據(jù)地址鎖存譯碼后的信號，選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。</p><p>　　圖3-2 ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　如圖3-2為ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖。ADC0809由一個

20、8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>　　ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖3-3所示。下面說明各引腳功能。</p><p>　　圖

21、3-3 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能</p><p>　　IN0～I(xiàn)N7為8路模擬量輸入端；D0～D7 為8位數(shù)字量輸出端；ADDA、ADDB、ADDC為3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路；ALE為地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效；START為A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效；EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平(轉(zhuǎn)換期間一直為低電平)；OE為數(shù)據(jù)輸出允許

22、信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量；CLK為時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ；REF(+)、REF(-)為基準(zhǔn)電壓；Vcc為電源，單一＋5V；GND為地。</p><p><b>　　3.3 移位寄存器</b></p><p>　　74LS164是8位串入并出移位寄存器。是高速硅門CMOS器件，

23、與低功耗肖特基型TTL(LSTTL) 器件的引腳兼容。74LS164是8位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個輸入端(DSA或DSB)之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。 </p><p>　　時鐘(CP)每次由低變高時，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到Q0，Q0是兩個數(shù)據(jù)輸入端（DSA和DSB）

24、的邏輯與，它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長度。 </p><p>　　主復(fù)位(MR)輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效，同時非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。</p><p>　　74LS164管腳封裝圖如圖3-4所示：</p><p>　　圖3-4 74LS164封裝圖</p><p><b>　　引腳功

25、能：</b></p><p>　　CLOCK：時鐘輸入端；</p><p>　　CLEAR：同步清除輸入端（低電平有效）； </p><p>　　A，B：串行數(shù)據(jù)輸入端；</p><p>　　Q0－Q7：輸出端；</p><p>　　3.4 LED顯示部分</p><p>　　顯示部

26、分采用三位共陰極數(shù)碼管，共陰極數(shù)碼管是把所有LED的陰極連接到共同接點，而每個LED的陽極分別為a、b、c、d、e、f、g及dp（小數(shù)點），如圖3-5所示。圖中的8個LED分別與上面那個圖中的A~DP各段相對應(yīng)，通過控制各個LED的亮滅來顯示數(shù)字。</p><p>　　圖3-5 數(shù)碼管引腳圖</p><p>　　LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要

27、的數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 </p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二~十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機(jī)可用的I/O端口才

28、32個），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 </p><p>　　動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)

29、動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p>　　3.5 整體仿真電路</p><p>　　圖3-6 系統(tǒng)仿真圖</p><p>　　單片機(jī)控制ADC

30、0809接收調(diào)理電路的輸出信號0—5V的電壓信號，單片機(jī)控制ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)換為0—255的數(shù)字信號，數(shù)字信號不能直接用于顯示，所以單片機(jī)需要將數(shù)字信號進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為需要三位數(shù)碼管顯示的pH值0到14的范圍 。系統(tǒng)原理圖如圖3-6所示。</p><p><b>　　第4章 程序設(shè)計</b></p><p>　　本程序采用ADC0809的轉(zhuǎn)換完成標(biāo)志位EOC

31、作為轉(zhuǎn)換完成的標(biāo)志，然后將數(shù)據(jù)讀進(jìn)來，進(jìn)行一系列的處理，包括量程變換等后，再送給數(shù)碼管顯示，采用動態(tài)顯示，每個數(shù)碼管顯示完的標(biāo)志為TI，以此做為下一個數(shù)碼管顯示的標(biāo)志。</p><p>　　圖4-1 程序流程圖</p><p>　　其程序流程是：進(jìn)入主程序后，先置P1.0口為1，然后將三個數(shù)碼管顯示0，以此點亮數(shù)碼管，這時候進(jìn)入主循環(huán)，先判斷P1.0是否等于1，如果等于1時，則進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)

32、換，并且將上次轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)提取出來，送給單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理包括標(biāo)度變換，將數(shù)據(jù)處理完以后送給數(shù)碼管進(jìn)行顯示，顯示等待一段時間，判斷A/D是否轉(zhuǎn)換完成，即P1.0是否等于1，如果沒有轉(zhuǎn)換完成，則再等待一段時間繼續(xù)查詢，直到轉(zhuǎn)換完成為止，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理顯示，依次循環(huán)。</p><p>　　其程序流程圖如圖4-1所示。</p><p><b>　　程序代碼如下所示：</b

33、></p><p>　　#include "reg51.h"</p><p>　　#include "absacc.h"</p><p>　　unsigned int wait_ms( unsigned int delay_val ) //延時程序</p><p><b>　　{&l

34、t;/b></p><p>　　unsigned int i;</p><p>　　unsigned int ms_ctr;</p><p>　　for ( i = 0; i < delay_val; i++ )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ms_ctr

35、 = 0x80;</p><p>　　while ( ms_ctr )</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ms_ctr--;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

36、;/b></p><p>　　return( delay_val );</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main() //主程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char s,y;&

37、lt;/p><p>　　unsigned int a,b,c,d,z ;</p><p>　　unsigned char code db[]=</p><p>　　{0x0fc,0x60,0x0da,0x0f2,0x66,0x0b6,0x0be,0x0e0,0x0fe,0x0f6};</p><p>　　unsigned char code

38、 db1[]=</p><p>　　{0x0fd,0x61,0x0db,0x0f3,0x67,0x0b7,0x0bf,0x0e1,0x0ff,0x0f7};</p><p>　　SBUF=db[0];</p><p>　　SBUF=db[0];</p><p>　　SBUF=db[0];</p><p><b&g

39、t;　　P1_0=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(P1_0==1)</p><p>　　{XBYTE[0X9000]=0X00;</p><p>　　s=XBYT

40、E[0X9000];</p><p><b>　　ACC=s ;</b></p><p><b>　　z=s*0.55;</b></p><p>　　a=z/100;//a 為百位</p><p><b>　　b=z%100;</b></p><p>　

41、　c=b/10; //c 為十位</p><p>　　d=b%10; // d為個位</p><p>　　TI=0; //送數(shù)</p><p>　　SBUF=db[d];</p><p>　　while(TI==0)</p><p><b>　　{}</b></p><

42、;p><b>　　TI=0;</b></p><p>　　SBUF=db1[c];</p><p>　　while(TI==0)</p><p><b>　　{}</b></p><p><b>　　TI=0;</b></p><p>　　SBUF

43、=db[a];</p><p>　　while(TI==1)</p><p><b>　　{}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　wait_ms(100); //等待延時</p><p><b>　　}</b><

44、/p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第5章 心得體會</b></p><p>　　微機(jī)原理課程設(shè)計包括了A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接，數(shù)碼管顯示。其任務(wù)主要是完成數(shù)碼管的顯示和被測量的變換?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C(jī)課程設(shè)計，我感慨頗多，主要的困難來自對程序的理解。從理論到實踐，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)

45、到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識。這次課設(shè)讓我對實驗臺有了足夠的了解，讓我知道了實驗臺上各個模塊的用法；而且它還讓我對自己動手寫程序來控制實驗臺的運作有了一定的基礎(chǔ)。雖然實驗臺只是一個小型的模擬平臺，但是通過對它的學(xué)習(xí)和操作，我對有關(guān)接口的知識將會有一個更廣泛的認(rèn)識，而且它對我以后的學(xué)習(xí)也會有幫助的。</p><p>　　在本次課程設(shè)計，我了解并掌握單

46、片機(jī)的原理、結(jié)構(gòu)、指令、輸入輸出接口及應(yīng)用；熟悉DVCC實驗系統(tǒng)的軟、硬件結(jié)構(gòu)，并能利用此系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計；掌握匯編語言及C語言程序設(shè)計和調(diào)試；掌握pH檢測傳感器，并根據(jù)信號特點實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換及最終的顯示，并利用仿真軟件進(jìn)行電路的調(diào)試。</p><p>　　總之，這次課程設(shè)計對于我有很大的幫助，通過課程設(shè)計，我更加深入地理解了微機(jī)原理課程上講到的各種芯片的功能，以及引腳的作用，同時加深了對于主要芯片的應(yīng)用的認(rèn)識，

47、同時在試驗室的環(huán)境里熟悉了匯編程序的編寫過程和運行過程，最后還提高了自己的動手能力。由于一開始對編程環(huán)境的不熟悉，導(dǎo)致經(jīng)常犯了一些常識錯誤，給整個進(jìn)程帶來了不少麻煩，但在老師的指導(dǎo)幫助下問題得到了解決！在此我感謝老師和同學(xué)給予我無私的幫助使我對80C51單片機(jī)的掌握又有了提高。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 董華.基于MS

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