基于51单片机的多功能系统设计

摘?? 要 本文设计了一种基于51单片机的多功能自动测试与控制系统。该系统以AT89C52单片机为核心。主要包括了8255A扩展I/O，6264外部RAM扩展，温度测量，AD/DA转换,串行通信与键盘显示等功能。该系统原理简单，结构紧凑，成本低廉，适用于各种工业生产和人们日常生活以及一些小型自动测试与控制系统中，能充分显示出其经济、可靠的优越性。本文对系统中的各个组成部分的原理、功能、线路图、芯片的功能作了一个详细的介绍，并给出了各部分独立工作的仿真图，系统测试达到了功能的要求。 关键词: 51? 温度测量? 单片机 前言 随着科技的大力发展和人民生活水平的不断提高。无论是在工业控制以及人们的日常生活中电子类产品越来越智能化，人们的依赖性也逐步上升。 如果可以设计出一种方便操作的控制系统，那么以上那种要求将迎刃而解。本文就是基于以上思路，设计出的一种小型测量与控制系统。本系统可以对温度，电压等进行测量，并可与PC进行通信，供操作人员进行实时观察与控制。 2?????????? 系统方案论证与及技术路线 2.1方案论证 通过对本系统功能的分析，我们将硬件的实现方分成七大部分：第一部分为微处理器部分，第二部分为8255A I/O接口的扩展部分，第三部分为外部RAM扩展部分，第四部分为AD/DA转换部分，第五部分为温度传感器部分，第六部分为串口RS232通信部分，第七部分为键盘操作与现实部分。 综上七部分，我们的对硬件选择方式也是多种多样。首先我们看微处理器，目前微处理器也是多种多样，较流行的上档次的产品，一般都采可嵌入操作系统的CPU如飞利浦的LPC21系列、LPC22系列、三星SC系列产品。一般较普通的都用单片机来完成，单片机种类也很多，如微芯公司的PIC系列单片机，MCS-51系的单片机等等。比较而言，可嵌入操作系统的处理器，操作难度大，价格一般都较贵，而PIC系列的单片机价格也贵。而MCS-51的89C51单片机就可以完成我们的系统，其价格便易，操作方便，所以选择AT89C51单片机作为整个系统的核心部件。 I/O扩展的选取，I/O扩展的方法可以有很多，比如可以用74LS373,74LS573等，但是很多都是只可以扩展出8个I/O口，对于一些小的系统可以满足，但是当系统外围硬件过多的话，就很难满足要求。相比之下8255A接口扩展芯片却可以扩展出3组I/O口，PA、PB、P而且功能丰富操作起来方便。所以，本系统选取8255A作为外围接口的扩展芯片。 RAM的扩展，51单片机内部可用RAM只有128B，非常小，当系统比较庞大时，程序的设计将会非常复杂，只用单片机内部的RAM将很难满足运算要求。在这种情况就需要对RAM进行扩展，在单片机的外部扩展RAM。然后，51单片机内部的ROM有4KB，是可以满足很多要求的了，对本系统而言无需扩展。本系统选取了最常使用而且操作方便的6264作为外部扩展RAM，大小为8K*8位。 AD/DA转换器，目前市场上有各种型号可供选择，但是有一些精度高的非常昂贵，不适用于一些小型的控制系统中。结合测试精度与经济性，本系统选取了较常使用的AD574作为AD转换器，DAC0832作为DA转换器。AD574是12位的AD转换器，不仅具有多种操作方式及数据输出方式，而且价格便宜。DAC0832是8位的DA转换器，转换精度满足一些基本要求，多种操作方式，适用于各种应用场合，价格便宜。 本系统具有温度检测的功能。目前市场上有各式各样的温度传感器。电流输出型的，电压输出型的，更有直接数字量输出型的。因为单片机只能处理数字量，故模拟输出型的得温度传感器，其输出值需要进行AD转换后才可以输入单片机进行操作。因大部分的AD转换器，转换的是电压，所以电流模拟输出型的温度传感器，在接入AD转换之前，还需要把电流转换成电压。51单片机，内部没有集成AD/DA功能，所以对于模拟输出型的温度传感器，操作起来比较麻烦而且成本也较高，开发周期长。综上，本系统选取数字量输出型的温度传感器DS18B20。DS18B20具有12位的精度，对温度的检测准确，快速，价格也便宜。 很多系统都需要与PC机进行实时通信，以方便工作人员观察系统的运行情况，查看一些运行过程的变量等等。本系统也设计了与PC机的通信模块。利用RS232实现。 键盘显示器是一个系统的输入与输出窗口，操作人员需要利用键盘对系统进行一些参数输入，系统运行中的各种信息也是从显示器上反应出来的。但是键盘与显示部分将占用单片机很多的I/O口。为了节省I/O口以供其它模块使用。本系统选取了ZLG7290芯片作为键盘与现实集成驱动模块。ZLG7290内部集成了对键盘的检测与显示的驱动功能。而且与单片机的连接只需要两根线，它是IIC的操作方式。 2.2技术路线 针对以上所说明的，本系统的总体方案设计将包括如下几个方面。 1、电源部分 ?? 2、单片机核心 ?? 3、8255A ? ?4、RAM6264 5、AD/DA转换 6、温度传感器 7、串口通信 8、键盘与显示