WORD完美整理版 范文范例 参考指导 水温控制系统模块设计说明书 总体设计 根据系统的设计要求，决定器件选择及电路形式如下： 1、A/D转换器的选择：选用通用型逐次比较式8位8路A/D转换器ADC0809。 2、D/A转换器的选择：选用8位D/A转换常用芯片DAC0832。 3、键盘显示的设计方案：扩展一片8155作为键盘显示的接口。 4、显示的扩展：用P0口进行扩展。 5、其他：开关量输入、输出用P1口来扩展。扩展一片27C128来做存储器，以保证有足够的存储空间。 初步设计出系统硬件框图如图所示。 二、系统硬件设计 1、电路板的设计思路 整个电路要分为两大块，即输入输出接口电路板和80C31等数字逻辑控制电路板。由于显示要放在面板上，所以显示电路要单独做成一块板。键盘显示电路做成一块板，电源电路做成一块板。所以，整个系统由80C31数字逻辑电路板、输入输出接口板、键盘板、显示板和电源板五块电路板组成。 2、接口定义 整个系统由五块电路板组成，电路板之间的信号连接尤为重要，本系统中将分为六种接口：电源接口、数字量输入/输出接口、数字显示量输出接口、模拟量输入/输出接口、键盘接口及串行通信接口。 3、硬件规划设计 硬件地址规划如表1所示： 表1 硬件地址规划 硬件名称 地址 说明 27C128 0000H～3FFFH 8155 4000H～40FFH RAM 4100H～4105H I/O 0809 8500H 0832 8600H 显示 8000H 温度1 8100H 温度2 8200H 温度3 8300H 流量 8400H 功率 6264 0C000H～0DFFFH 4、数字逻辑电路板设计 （1）单片机的选择 本系统中使用80C31单片机。电路板上的引脚可利用跳线接电源，也可以接地。因此，在此管座上可以插80C31、89C51等芯片。 （2）A/D转换电路 ADC0809与单片机的连接中对主要功能信号的处理方法是： 时钟信号：用80C31的地址锁存允许信号ALE经4分频后获得。80C31晶振频率为11.592MHz，ALE信号经D触发器4分频后，即可得到483KHz的时钟脉冲，满足ADC0809的时钟要求。 地址线经锁存后分别与ADDA～ADDC三根线相连。 控制信号：根据ADC0809的转换时序图，地址锁存允许信号ALE和启动转换信号START由80C31的写信号和8500H或非获得。读取转换结果的OE信号也由8031的信号与8500H或非产生。转换结果信号EOC，根据编程方式可接可不接。若采用中断方式读取转换结果，则经反向器接入8031的脚，否则可不接。电路板上设有跳线）D/A转换电路 采用DAC0832作为D/A转换器件，接成电压输出型8位DAC。根据DAC0832的内部特点，它与单片机的连接方式有三种方式：单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。本系统中使用方式为单缓冲方式，利用地址线的和引脚。从集成运放A741的6脚输出单极性模拟电压。 （4）并行口扩展 键盘显示接口用8155扩展。8155芯片包含有256个字节的静态RAM和一个定时计数器。可扩展三个I/O口，PA兼作显示位驱动和键盘列扫描，PB作显示数据线，PC作键盘行扫描。定时计数器可作为流量脉冲计数器，RAM可作为外部数据存储用。 （5）串行口扩展 系统中使用电平转换专用电路MAX232用MAX232把80C31串行口输出的TTL电平转换为RS232标准电平，把从微机送来的RS232标准电平转换为TTL电平送给80C31。实现与微机间的通信。 （6）存储器扩展 系统中扩展有16KB EPROM(27C128)用于存放程序和需永久保存的数据、表格等，扩展8KB RAM(6264)用于存放数据。另外，8155内的256RAM，也可用于存放数据。 （7）译码和地址 系统中译码电路共分两级完成，第一级是用74LS139译出4组端口，供27128、8155、6264使用，第二级用74LS138完成译码，译出8个端口，供0809、0832和显示量使用。译码地址见硬件地址规划表。 （8）开关的功能和应用 为了使PCB板适用于不同的场合，该板上共有4个跳线转换结束ECO中断输入引脚。若用跳线短接，则接入。若不接，则编程时用软件延时。 K2:CPU选择开关。若K2的1和2短接，此时8031的端接地，选择片内无ROM的单片机，如8031、80C31等。若K2的2与3短接，则选择片内有ROM的单片机，如8751、89C51等。 K3：系统手动复位开关。 K4：流量输入选择开关，若K4的1与2短接，则流量输入量送入80C31的T0，若K4的2与3短接，则送入8155的TIME IN引脚。 三、输入输出接口板设计 1、温度传感器及传感电路 系统中温度变化范围为0～100℃，用PT100铂电阻作为温度传感器，其电阻的阻值R与温度的关系近似为：R=100×K (K=1.385) 即温度在0～100℃变化时，电阻变化为100～138.5。要将电阻变化转变为0～5V的电压变化送给A/D转换电路。系统中采用桥式电路，电路检测的是桥电路两桥臂的电压差，能有效抑制电源波动对电路造成的影响。 温度传感器输入电路如下图所示： 2、开关量输入/输出电路 为防止干扰，开关量输入/输出电路全部采用光耦合隔离。 3、可控硅控制电路 在系统设计过程中，自行设计了一套可控硅出发电路。将DAC0832输出的0～5V控制电压转变为可控硅的导通角，进而控制输出功率。 四、键盘、显示板 1、键盘板 键盘由16个自定义键组成。其中，10个定义为数字键，其余6个为功能键。 2、显示板 LED显示器用CD4511作为接口驱动器件。其显示方式为静态显示。 五、电源板 由于电路中有模拟电路，故电源采用变压器加稳压电路的设计方案。继电器用24V直接用整流加滤波获得。模拟电压用±12V电压用7812、7912稳压获得。数字电路用5V电压由于电流较大，用7850加电流扩展MJ2955稳压获得。 六、其他问题 1、8031板的设计 这块板上全是数字电路，干扰问题还并不严重，故在板的设计过程中，应尽量使板上的元件排列整齐、美观。在此基础上再考虑接线、接口板的设计 由于这块板上的电路比较混杂：既有数字电路又有模拟电路；既有低压电路又有高压电路（220V）；除此之外，板上还有继电器、可控硅等干扰电路，所以，在布线的时候，首先考虑到的是干扰问题，其次才是美观。 3、电源板的设计 电源板在设计的过程中并不需要考虑干扰问题，但要考虑的是电流问题，即走线、键盘板及显示板的设计 键盘板和显示板在设计的过程中，重点是考虑板的布局和按键的定位问题。即板的大小要和模具的大小、形状一致。 七、系统软件设计 1、软件设计要求及设计思路 （1）键盘功能 键盘要能够对系统的控制温度、工作方式等进行设定。若采用PID算法时，还必须对采样周期T、比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td等进行设定。在系统工作过程中还可查看设定值。 （2）通信程序的要求 在联机时，系统要能够测出的温度、流量等值转送给PC机。以便上位机进行统计、绘制曲线。通过键盘设定的值均可通过上位机进行设置。 （3）报警功能 当加热电路、水循环回路出现故障时，系统要能即时的报警，并显示出错信息、停机等待。 2、软件总流程图 根据软件的设计要求制定出系统总框图，如右图软件总框图所示： 3、子程序功能及内存分配 （1）子程序功能及入口、出口的确定 由于程序由多个人来编写，故子程序的入口、出口、功能及内存的使用必须约定好。根据软件设计要求及总框图制定出子程序功能，如表2所示： 表2 子程序功能表 序号 名称 标号 说明 1 延时 D100MS 100ms软件延时 D10MS 10ms软件延时 2 A/D ADLP 采样三路温度、采样结束后送70～72H 3 加热PID TPID 加热PID算法（结果送23H） 4 D/A DALP 将PID算出的数送给DAC0832进行加热控制（23H送DAC0832） 5 显示 DISP 从70～73H取数送显示 6 测流量 TESTL 置T0值，硬件记数，CPU读数，结果送73H 7 加热报警 BELLT 蜂鸣器响，显E1，端口复位 8 流量报警 BELLW 蜂鸣器响，显E2，端口复位 9 加热正常 TGOOD 加热时水温反而下降则报警（调用BELLT） 10 水循环正常 WGOOD 上水时有无流量，若无，则调BELLW 11 12 通信 键盘 COM KEYBROAD 向PC送数，接收PC数据、命令等 判断有无键按下，有则进行设定、显示等操作。 设定值存75H、76H、20H(若温度设定值小于室温，则重新设定) （2）内存资源分配 内存分配包括堆栈SP初值、各标志、内存空间的确定。具体约定如下： →测量值 70H～72H：温度1～3 73H：流量 74H：室温 →设定值 75H：温度 76H：功率 →其他用途 23H：送0832的功率值 78H：判断加热正常方式 79H：加热正常1 7AH：加热正常2 7BH：流量正常 60～63H：显示缓冲区 64H：显示缓冲区地址缓存 65H：键值暂存 →PID参数 28H：Kc 29H：T0 2AH：Ti 2BH：Td →SP 分配空间 30H～4FH(初始化为30H) 八、系统调试 1、硬件检查 电路板焊接好之后，首先要进行线路检查。对照原理图，用万用表检查芯片每一个管脚的连接是否正确。特别要注意电源部分是否存在短路现象。在确保电路板没有问题之后，方可接上电源，进行下面的调试。这一步必须细致，否则若留下隐患，则在以后的调试过程中极易烧毁芯片，造成更大的故障。 2、硬件调试 （1）电源板的调试 硬件检查完毕后，首先应调试电源板。接上变压器及电源线后，接通电源。用万用表检查几路电压经整流后的直流电压是否正确。若电压没有或电压有跌落现象，应立即切断电源，检查电路是否有断路、短路现象或有无元件发热，若有，应查明原因，给予排除。在电路电压调试正常后，还应进行长时间通电实验和带假负载实验。 （2）A/D、D/A参考电压电路的调试 先将8031板上的所有芯片从管座上拔下，仅留下ADC0809和DAC0832的参考电压电路。将电路板与电源板连接后，用万用表测量输出电压是否正确。若有问题，则应断电检查。排除故障后，再进行以后的调试。 （3）输出开关量电路的调试 接上电源，对照插座接口表，给定电平信号，观察其对应的继电器是否吸合。若有故障，则应对照原理图进行排除。 （4）温度传感电路的调试 零点调试：用一只100的普通精密电阻代替温度传感器。接上电源，仔细调节调零电位器（平衡电位器），使输出电压为零。三路温度电路都调节结束后，零点调试结束。 满点调试：用一只精密可调电阻调到138.5（用数字万用表调试）作为温度传感器。接上电源，调节调满电位器（放大倍数调节电位器）直到输出电压为5V，则满点调试结束。 （5）流量、液位传感电路的调节 接上电源，将输入线接上高、低电平（模拟输入信号）。用万用表检测输出信号的变化是否正确。若不正确，则应检查光耦电路，排除故障。 （6）可控硅电路的调整 用+5V电压和一个电位器模拟DAC0832输出电压，调节输入电压在0～5V时，输出导通角在0～180°变化（0V时相位为0°，5V时相位为180°）。 接上可控硅，加220V电压及负载，用示波器观察可控硅上的波形。调节输入直流电压在0～5V内变化，观察输出波形的变化是否正常。 （7）键盘板、显示电路的调节 接通电源，从输入端输入数据（接高低电平），观察显示是否正确，数据是否能锁存。 （8）芯片上电测试 断开电源，将线路板上的所有芯片插上。通电测试，用手感觉芯片是否发热，若有芯片发热，应立即切断电源，检查问题所在，排除故障后再进行联机调试。 3、联机调试 接上仿真器，并将仿真器的通信口与PC机的串行口1相连。接通电源，进入仿真软件界面，编写局部硬件测试程序，测试硬件是否有问题。使用自底向上的系统联调法。 （1）80C31 P1口P3.0、P3.1口输入输出调试 →P1口输入调试。 编辑P1口调试程序如下： ORG 0000H MOV A,#XXH MOV P1，A END #XXH为要送出的数据。单步执行程序，用万用表检测P1口输出数据是否正确。 →P1口输出调试。 编辑调试程序如下： ORG 0000H MOV P1，#OFFH MOV C,P1.6 MOV C,P1.7 END 改变P1.6、P1.7的输入状态，单步执行程序，观察输入进来的数据是否正确。 →P3.0、P3.1通信发送、接收端口调试。 编辑调试程序如下： ORG 0000H CLR P3.1 SEB P3.1 SEB P3.0 MOV C,P3.0 END 单步执行程序，用万用表测量P3.1口的输出是否正常，进而测量MAX232输出电平是否正常。P3.1输出1时，MAX232的14脚为-10V；P3.1输出0时，MAX232的14脚输出+10V。 在MAX232的13脚分别加+10V、-10V。单步执行程序，观察输入的数据是否为0、1。若有问题，应进一步查明问题是在74LS244、MAX232上，还是在80C31上。 （2）8155及键盘、显示电路的调节 编辑调试程序如下： ORG 0000H MOV A,#03H MOV DPTR,#4100H MOVX @DPTR,A INC DPTR MOV A,#XXH MOVX @DPTR,A INC DPTR MOVX A,@DPTR END 单步执行程序，第三步执行结束后，键盘上的数码管应全灭。继续执行程序，用万用表在PA、PB口测量输出的数据是否与#XXH对应。 断电并断开键盘板，在PC口上输入数据（接高低电平），重新进入仿真系统，单步执行程序。观察累加器A内的数据是否与输入数据相符。 若整个8155的调试均无故障，则说明8155键盘显示电路都已无问题。否则，应查明原因，排除故障。 （3）DAC0832电路的调试 编辑调试程序如下： ORG 0000H MOV DPTR，#8600H MOV A,#00H MOVX @DPTR,A END 调零：单步执行程序到结束，用万用表检测输出电压，调节调零电位器，使输出为0V。 调满：将送给0832的数据改为#0FFH，重新编译程序，单步执行到结束，用万用表检测输出电压。调节反馈电位器，使输出电压在4.98V～5.00V之间即可。 （4）ADC0809电路调试 编辑调试程序如下： ORG 0000H MOV DPTR，#8500H MOV A,#00H MOVX @DPTR,A MOV R6，#0AH D: NOP NOP NOP DJNZ R6，D MOV A, @DPTR END 单步执行程序，观察累加器A内的数据，并估算数据是否与输入电压大致吻合。重点调试零点与满点。几路输入调试均无问题后，调试结束。 （5）调试中的注意问题 调试过程中应时刻注意芯片的发热情况，若发热严重，则应切断电源，查明原因。 若需要更换芯片，应在断电的情况下进行操作，否则，易烧毁芯片或引发电路更大故障。 九、部分程序清单 ；************************ ；27182： 0000H～3FFFH ；8155: 4000H～40FFH(RAM) ；8155: 4100H～4105H(I/O) ；0809： 8500H ；0832: 8600H ；DISPLAY； ；T1： 8000H ；T2： 8100H ；T3： 8200H ；LIU： 8300H ；POWER： 8400H ；************************ ；宏定义： ；************************ BLEND EQU P1.0 ：输入输出端口定义 VALVE1 EQU P1.1 PUMP EQU P1.2 HEATER EQU P1.3 VALVE2 EQU P1.4 FAN EQU P1.5 WEI1 EQU P1.6 WEI2 EQU P1.7 DADATA EQU 23H ；DA数据存放地址 LIUSTOR EQU 7AH ；流量数据存放地址 ADDATA0 EQU 70H ；AD数据存放地址 ADDATA1 EQU 71H ADDATA2 EQU 72H ADSTOR0 EQU 50H ADSTOR1 EQU 51H ADSTOR2 EQU 52H DISPS0 EQU 60H ；显示数据存放地址 DISPS1 EQU 61H DISPS2 EQU 62H DISPS3 EQU 63H DISPSZ EQU 64H KEYNUM EQU 65H PIDEN0 EQU 73H ；PID数据存放地址 PIDEN1 EQU 74H PIDEN2 EQU 75H PIDA0 EQU 76H PIDA1 EQU 77H PIDA2 EQU 78H PIDDA0 EQU 50H PIDDA1 EQU 51H PIDT EQU 2CH PIDTI EQU 2DH PIDTD EQU 2EH PIDKP EQU 2FH PA EQU 4101H ；其他 TSET EQU 2AH ADWRONG EQU 0BH TCONT EQU 7EH N1 EQU 01H N2 EQU 0AH VPIDEN EQU 66H N3 EQU 14H ；************************ ；主程序开始 ；************************ ORG 0000H …… …… JMP MAIN ORG 0100H ；************************ ；初始化程序 ；************************ MAIN： NOP NOP MOV DPTR,#4100H ；8155初始化 MOV A,#03H MOVX @DPTR,A MOV P1，#0FFH ；P1口初始化 NOP NOP MOV SP,#30H ；设置SP MOV TMOD,#25H ；设置TMOD MOV TH1，#0F4H MOV TH2，#0F4H SETB TR1 MOV PCON，#80H ；波特率 MOV SCON，#50H CLR IE MOV IP,#00H ；屏蔽中断 MOV A,#0FEH MOV DPTR,#8000H ；屏蔽显示 MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#8001H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#8200H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#8300H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#8400H MOVX @DPTR,A …… …… MAINO：…… ；出错处理程序 …… ；************************ ；主程序 ；************************ MAIN1：MOV DPTR,#PA ；PA MOV A,#0FEH MOVX DPTR,A INC DPTR INC DPTR MOVX A,@DPTR ANL A,#1FH CJNE A,#07H,MAIN11 ；有键按下？ LCALL KEYLP ；有，则调键盘程序 MAIN11：…… …… ；事件处理 JMP MAIN1 ；主程序循环 NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ；************************ ；通信子程序 ；************************ COMM：…… …… RET NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ；************************ ；PID子程序 ；************************ PID：…… …… RET NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ；************************ ；AD子程序 ；（数据连续测三次，若误差小于3则保存；若连续16次均超差则置出错标志） ；************************ AD：MOV R1，#ADSTOR1 ；数据首地址 MOV DPTR,#8500H ；通道一 MOV R7,#03H ；通道数 MOV R2，#00H ；清超差次数 ADLP：MOV R3，#00H ；清误差范围内次数 ADLP： INC R2 ；超差次数+1 CJNE R2，#10H,AD2 ；超差次数=16？ SETB ADWRONG ；置出错标志 SJMP ADOVER ；跳出 ADZ：MOVX @DPTR,A ；启动A/D MOV R6，#02FH ；A/D延时 ADDLAY：NOP NOP NOP DJNZ R6，ADDLAY ；A/D延时 MOVX A，@DPTR ；读DAC0809 MOV ADSTOR0，A ；暂存 MOV A,@R1 ；读上一次数据 MOV @R1，ADSTOR0 ；保存新数据 CLR C SUBB A,ADSTOR0 JNC ADABS CPL A ；取绝对值 ADABS：CLR C CJNE A,#03H,ADLP2 JMP ADLP1 ；绝对值=3跳出 ADLP2：JNC ADLP1 ；绝对值3跳出 INC R3 ；误差范围内次数+1 MOV R2，#00H ；清超差次数 CJNZ R3，#03H,ADLP ；误差范围内次数=3？ INC DPTR ；下一通道 INC R1 ；下一数据地址 DJNZ R7，ADLP1 ；三通道结束？ ；************************ ；AD数据转换 ADSW：…… …… ADOVER：NOP NOP RET NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ADTABLE：…… …… ；数据表 NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ；************************ ；DA子程序 ；************************ DALP：MOV DPTR,#DATABLE ；数据表地址 MOV A,DADATA ；读转换数据 MOVC A,#A+DPTR ；查表 MOV DPTR,#8600H ；DAC0832地址 MOVX @DPTR,A ；转换 NOP NOP RET NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） DATABLE：…… …… ；DA数据表 NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ；************************ ；0.5s延时程序 ；************************ DL05S： MOV R7，#05H D05S： MOV R6，#0FAH D100MS： MOV R5，#0C7H D500US： DJNZ R5，D500US DJNZ R6，D100MS DJNZ R7，D05S DJNZ ACC，DL05S RET NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ；************************ ；键盘程序 ；************************ KEYLP：…… …… RET NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） ；************************ ；10MS延时程序 ；************************ D10MS：MOV R7，#28H DL：MOV R6，#88H DL1： DJNZ R6，DL1 DJNZ R7，DL RET NOP NOP LJMP MAIN0 ；出错（陷阱） END ；************************ ；程序结束 ；************************ 水温控制管理系统设计说明书 班级：07电气化 姓名：贾静 学号：2007094008

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