单片机主控电路设计研究方向毕业论文
单片机主控电路设计研究方向毕业论文
目录
引言
1 系统综述
1.1 方案论证与选择
1.2 系统整体框图
2 硬件电路设计
2.1 51单片机主控电路
2.1.1 单片机主控电路设计
2.1.2 C51程序语言
2.2 TC1047温度采集电路
2.3 RC低通滤波电路
2.4 OP07放大电路
2.5 A/D转换电路
2.6 LCD1602显示电路
2.7 串口通信电路
2.8 电源稳压电路
3 下位机软件设计
3.1 主程序框架
3.2 ADC0832驱动程序
3.3 LCD1602显示驱动程序
3.4 串口通信程序
4 上位机软件设计
4.1 上位机人机交互界面设计
4.2 上位机程序框图设计
4.2.1 主程序框图设计
4.3.2 LABVIEW串口程序设计
4.3.3 串口数据帧解码
4.3.4 数据处理和显示
4.3.5 数据的存储和读取
4.3.6 采集速率和温度报警
5 原理图电路仿真
6 组装调试及软件验证
6.1 制作流程
6.2 硬件调试及软件验证
6.2.1 电源电路测试
6.2.2 LCD1602显示测试
6.2.3 放大电路测试
6.2.4 A/D转换测试
6.2.5 下位机串口通信测试
6.2.6 上位机串口通信测试
6.2.7 下位机与上位机整体功能测试6.3 数据测量及误差分析
6.3.1 温度传感器标定
6.3.2 数据的测量
6.3.3 误差计算及分析
6.4 软硬件调试综述
7 结论
7.1 系统功能
7.2 功能扩展
7.3 前景展望
谢辞
参考文献
附录一电路设计原理图
附录二电路设计PCB图
附录三上位机实时数据采集界面图附录四上位机历史数据读取界面图附录五主程序调试结果
附录六串口程序调试结果附录七 AD程序调试结果附录八 1602程序调试结果
引言
随着科学技术的不断发展，对现代设备精确度的要求不断增长，信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)为信息技术的前沿尖端技术，其应用非常广泛，已经渗透到社会的每一个领域[1-3]。
数据采集是指将温度、压力、流量、位移等物理量转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或者打印的过程。在生产过程中应用数据采集，可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。
数控机床在加工过程中，热误差是因温度上升引起的加工误差。据统计，在精密加工和超精密加工中，由于热变形引起的加工误差占总加工误差的50%～70%[4-5]。目前，有两类方法可以用来减小机床的热误差。一是通过改进机床结构设计方法，直接减小热误差，但是会大大提高成本。二是通过建立热误差模型进行补偿的方法[15-16]。
LABVIEW软件是NI公司开发用于测控领域的图形化开发环境，它在数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示方面有着明显的优势而得到广泛的应用[14]。它是一种方便的人机界面软件，其编程的方式相比于VC等比较复杂的上位机编程软件来说更加的简单和有针对性。利用NI的LABVIEW软件和数据采集卡可以实现数据的采集、存储、分析处理。或者通过其它接口可以很容易地将采集到的数据发送到LABVIE编写的上位机。
设计的主要目的和任务是，在生产车间中对数控机床的主要部件进行实时多点温度采集，采集硬件电路主要包括：温度传感器，放大滤波，A/D转换，下位机控制，串口通信等功能；采集通道数>=4，采集温度精度：0.5度，温度围：0～40度。上位机对采集的温度数据进行受热分析，并显示温度随时间的变化趋势，并对加工的热变形误差进行计算和补偿。
1 系统综述
1.1 方案论证与选择
设计主要是实现数控机床机床4路温度的采集，正确选择温度传感器和设计放大电路对整个设计起到事半功倍的作用。下面简要分析设计硬件电路方案的选择和上位机编写软件的选择。
（1）温度传感器选择
设计中温度传感器可以选择数字温度传感和模拟温度传感器。设计中要求采集的温度精度为0.5℃,数字温度传感器相对容易实现对温度的高精度测量，如数字温度传感器DS18B20，但进行多路温度采集时使用数字温度传感器成本高，在满足温度测量精度的条件下，选择模拟温度传感器。模拟温度传感器又分为电压输出型温度传感器和电流输出型温度传感器两种。其中电流输出型温度传感器，输出电流一般都很小，如AD590电流输出型温度传感器，需要将输出电流的变化转化电压的变化，才能进行电压放大和A/D 转换等[11]。设计中选用电压输出型温度传感器TC1047温度传感，TC1047输出电压每变化10mV,表示温度变化1℃，正确设计放大电路和选择A/D转换芯片就可以满中温度测量精度为0.5℃的要求。
（2）滤波电路设计
设计中温度传感器选择的是电压输出型温度传感器，设计中要求将大于50Hz的信号给予滤除。设计中选择使用无源RC低通滤波电路即可以满足设计要求。
（3）电压放大电路的设计
设计中可以选择使用仪用放大器或运算放大器组建电路进行电压放大。选用仪用放大器可以大大减小电路设计的复杂度，如仪用放大器AD620和AD623只需要外接一个滑动变阻器就可以实现放大倍数的精确调节。而使用运算放大器电路设计复杂，精度也没有仪用放大器的高，但仪用放大器的价格相对运算放大器来说价格非常昂贵。设计中选择运算放大器OP07进行放大电路的设计，也可以满足设计的要求，并且设计成本大大降低。
（4）A/D转换芯片选择
设计中要合理选择A/D转换芯片的分辨率。设计放大电路的放大数5，只要A/D能分辨放大电路25mV输出电压的变化，就可以实现测量温度精度为0.5℃的要求。设计中
选用8位分辨率的A/D转换芯片ADC0832，在参考电压为5V时可以分辨最小20mV的电压变化，满足设计要求。
（5）上位机编程软件选择
以上主要分析了硬件电路设计方案的选择，上位机的设计也是设计的难点。设计选择使用LABVIEW作为上位机的编写软件，LABVIEW是图形化编程语言，相对于其他文本编程语言来说，LABVIEW相对简单的多，可以很容易实现程序的编写和显示界面的美化设计[10]。
1.2 系统整体框图
设计主要任务分为上位机的设计和下位机设计两个大模块。其中，下位机主要是硬件电路的设计和C语言程序的编写。用电压输出型温度传感器TC1047来实现四路温度的实时监测，用液晶LCD1602显示采集到的温度值。将温度传感器输出的电压，通过RC滤波电路，将50HZ以上的信号给予滤除，再经过运算放大器OP07组建的放大电路对滤波后的电压信号进行放大，使用两片ADC0832将四路放大的模拟信号转化为数字信号。主控芯片STC89C52将A/D转换的数字量经过基于MAX232芯片的串行通信方式，发送到用LABVIEW软件编写的上位机，同时将数字量经数据处理转化为温度值在液晶LCD1602上显示。上位机将接收到的数据进行处理和显示，显示温度随时间的变化曲线以及用颜色的浅深来表示温度的高低，上位机可以设定报警温度上限值和采集温度的速率。上位机分为两个面板，一个为实时数据显示面板，另一个为历史数据读取显示面板，可以实现实时数据采集，同时也可以读取和分析历史数据。设计的整体框图如图1-1所示。