课程设计多路数据采集系统设计.doc
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1、课 程 设 计课程名称 单片机原理与应用 课题名称 多路数据采集系统设计 专 业 电气工程及其自动化 班 级 学 号 姓 名 指导教师 2010年 4 月 10 日课 程 设 计 任 务 书课程名称 单片机原理与应用 课 题 多路数据采集系统设计 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学 号 指导老师 审 批 任务书下达日期 2010 年 4 月 4 日任务完成日期 2010 年 4 月 10 日目 录目 录3第一章 设计要求及目的4第二章 系统总体方案选择与说明5第三章 系统方框图与工作原理63.1 主程序73.2 八路循环显示控制调用73.3 显示子程序8第四章 器件说明94.1 A/D
2、转换电路说明94.2 单片机89C51说明94.3 ADC0809说明104.4 LED显示器11第五章 软件设计与说明125.1 主程序的设计125.2 A/D转换电路及其程序设计145.3 数据采集子程序的设计155.4 八路显示子程序的设计16第六章 调试步骤、结果、使用说明176.1 硬件调试说明:186.2 软件调试:196.3 ADC0809 应用说明19总 结20参考文献22附录A23附录B24电气与信息工程系课程设计评分表28第一章 设计要求及目的数据采集系统用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号.该系统目的是便于对某些物理量进行监视.数据采集系统的好坏取决于他的精度和速
3、度.设计时,应在保证精度的情况下尽可能的提高速度以满足实时采样、实时处理、实时控制的要求.在科学研究中应用该系统可以获得大量动态;是研究瞬间物理过程的重要手段;亦是获取科学奥秘的重要手段之一.本文采用新颖的方法完成设计,用到的集成芯片主要有8051单片机、ADC0809、DAC0832等.ADC0809主要作用是对八路模拟信号进行选择采集,并将其转化为八位数字信号,再送至主控制器(8051单片机);采集完毕后,再由主控制器将信号传输到DAC0832的串行输入端,最后由DAC0832将数字信号转换为模拟信号并通过放大(LM324)与滤波电路输出.软件部分即为控制单片机的工作进程,程序由汇编语言完
4、成并在PROTEUCE开发软件中进行的调试与仿真.本系统利用单片机为核心,设计一个多路数据采集系统,采用8路模拟量输入设计,工作范围是0-5V。要求对输入的8个通道的模拟量进行巡回采样,并将采集的信号数据经A/D转换后以10进制数在LED 显示器上显示,并能通过按键切换所选通道的采样数据。经过这次课程设计进一步的去培养学生的工程设计能力和工程设计思想,同样把书本的知识应用到实际当中去,考察了学生的实际操作能力和理论知识与实际应用相结合的能力。为将来进入工厂中进行生产奠定好一个良好的基础。第二章 系统总体方案选择与说明为了充分利用学校的有效资源,我们仅仅对本课题做一个简单的设计,并且在网上下载P
5、ROTUEUCE软件,运行后进行初步的仿真实验八路模拟信号数值测量显示电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。A/D转换由集成电路0809完成,0809具有8路模拟输入端口,地址线(23-25脚)可决定对哪一路模拟输入作A/D转换,22脚为地址锁存控制,当输入为高电平时,对地址信号进行锁存。6脚为测试控制,当输入一个2S宽高电平脉冲时,就开始A/D转换。7脚为A/D转换结束标志,当A/D转换结束时,7脚输出高电平。9脚为A/D转换数据输出允许控制,当OE脚为高电平时,A/D转换数据从端口输出。单片机的P1、P3端口作四位LED数码管显示控制,P0端口作A/D转换数据读入用,P2端口用作08
6、09的A/D转换控制。74LS273是一种带清除功能的8D触发器, 1D8D为数据输入端,1Q8Q为数据输出端,正脉冲触发,低电平清除,常用作8位地址锁存器。动触开关用来模拟输入信号装置。数据处理则只由80C-52来完成,从P0端口读入数据,将各个数据以二进制的形式存储在片内RAM的70H-77H。通过P1端口将数据传给LED显示,而P3端口则传给74LS73芯片的显示窗口地址。而74LS273将编译的地址给LED来选择输出窗口。当然,还有很多的电阻器等等一些防止电路出现故障的外围设备这里不做详细的解说。该方案简单具有低价格,程序少的,运算得快的优点。第三章 系统方框图与工作原理路数据采集器:
7、数据采集系统第一路输入自制1V5V直流电压,第27路分别输入来自直流源的5V、4V、3V、2V、1V、0V直流电压(各路输入可由分压器产生,不要求精度)。将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号,在经并/串变换电路,用串行码送入传输线路。模数转换器LED显示74LS273锁存器80C52地址地址 图3.1 系统方框图主控器通过串行传输线路对各路数据进行 采集和显示。采集方式包括循环采集(即1路、2路7路、1路)和选择采集(任选一路)二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。3.1 主程序 系统通电后,单片机开始根据程序进行信号采样,并根据采集的信号程序设置循环参数,通过程序选择的循环参数
8、选择通信信号,单片机根据显示子程序选择相应的通道信号进过处理后,显示到LED显示器上。3.2 八路循环显示控制调用在刚上电时,因内存单元的数据为0,每一通道的数码管显示值都为000,当进行一次测量后,将显示出每一通道的A/D转换值。每个通道的数据显示时间在1秒左右。主程序在调用显示程序和测试程之间循环。3.3 显示子程序采用动态扫描法来实现四位数码管的数值显示。测量所得的A/D转换数据放在内存单元中,测量数据在显示时需经过转换成为十进制BCD码放在78H7BH中,其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用来控制8路循环控制,R0用作显示数据地址指针。 单片机二进转换开始初始化调用显示子程序图:A/
9、D转换流程图测测量调用A/D转换子程序第四章 器件说明4.1 A/D转换电路说明多路数据采集系统,通过多路模拟开关控制多路之间的切换,实现单片AD芯片对多路数据信号的逐个采集。模数转换的核心是模数转换器(ADC),即AD芯片。它将输入的模拟信号进行量化,即把连续的模拟信号转换为计算机能处理的离散数字信号。因此,数据采集系统的性能在很大程度上取决于AD芯片的性能。AD芯片的主要参考指标是:量化误差、零位偏置误差、增益误差和非线性误差等。4.2 单片机89C51说明80C51是INTEL公司MCS-51系列单片机中最基本的产品,它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机,属
10、于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出(I/O)口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。此外,80C51还可工作于低功耗模式,可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下,保存RAM数据,时钟振荡停止,同时停止芯片内其它功能。8051是典型的单片机,由CPU系统,外围功能单元和一体化的I/O端
11、口3部分组成。CPU系统:包括CPU,时钟系统和总线控制逻辑3部分。CPU包含运算器和控制器,专门为面向控制对象,嵌入式特点而设计,有突出控制功能的指令系统。时钟系统:包含振荡器,外接谐振元件,可关闭振荡器或CPU时钟。总线控制逻辑:主要用于管理外部并行总线时序及系统的复位控制,外部引脚有RET、ALE、EA和PSEN。外围功能单元包括ROM程序存储器,RAM数据存储器,I/O端口和SFR特殊功能寄存器4部分。80C51基本功能单元包括定时/计数器、中断系统和串行接口3个基本功能单元。4.3 ADC0809说明ADC0809 由一个8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D 转换器和一个
12、三态输出锁存器组成。多路开关可选通8 个模拟通道,允许8 路模拟量分时输入,共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量,当OE 端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809 各脚功能如下:D7-D0:8 位数字量输出引脚。IN0-IN7:8 位模拟量输入引脚。VCC:+5V 工作电压。GND:地。REF(+):参考电压正端。REF(-):参考电压负端。START:A/D 转换启动信号输入端。ALE:地址锁存允许信号输入端。(以上两种信号用于启动A/D 转换)EOC:转换结束信号输出引脚,开始转换时为低电平,当转换结束时为高电平。OE:输出允许
13、控制端,用以打开三态数据输出锁存器。CLK:时钟信号输入端(一般为500KHz)。4.4 LED显示器本LED显示器可自动轮流显示8路输入模拟电压的数字值,最小分辨精度为0.02V,最大显示数值为255(输入为5V时),模拟输入最大值为5V。表一 LED数码显示器的字形(段)码显示字形字形码(共阳极)字形码(共阴极)0C0H3FH1F9H06H2A4H5BH3B0H4FH499H66H592H6DH682H7DH7F8H07H880H7FH990H6FHA88H77HB83H7CHCC6H39HDA1H5EHE86H79HF8EH71H熄灭FFH00H第五章 软件设计与说明系统软件主要功能是对
14、整个计算机系统进行调度、管理、监视及服务等。它能够使系统的各种资源得到合理的调度和高效的使用,并能监视系统的运行状态,一旦出现故障就能自动保护现场信息使之不受破坏,并诊断出故障部位。它还可以帮助用户调试程序、查找程序中的错误等。5.1 主程序的设计主程序主要是用来各个子程序进行调用和控制来达到采集数据的功能。这里我们设计的主程序主要对数据采集子程序(TEST)和转码保存子程序(TUNBCD),以及八路循环显示子程序进行调用和控制及参数的设定。主要程序内容如下:ORG 0000HDJMP MAINORG 0003HDJMP RETIMAIN:LCALL TEST ;调用采集信号程序 MOV R3
15、,#08H ;设置循环参数 MOV 7BH,#00H MOV R1,#70H ;选择通道信号LCALL TUNBCD LCALL DISP ;调用八路循环显示子程序 INC R1 INC 7BH ;通道信号送入寄存器 DJNZ R3,TUNBCD LJMP MAIN图5.1 主程序流程图YN转BCD码并保存指向下一个数据地址调用八路循环显示子程序调用采集信号程赶紧回家序开始设置循环参数是否满八次5.2 A/D转换电路及其程序设计单片机8031、ADC0809及或非门74LS02等共同组成数据采集系统的AD转换电路。设有一路信号巧(0V5V)从ADC0809的IN0通道输入,地址输人端A、B、C
16、均接地,这时IN0的通道地址为OOH。0809是8位ADC,对0V-5V的信号,其转换精度为20mV级。P2.4和、共同组成ADC0809的口地址和启动转换控制信号。当P24=0时,指定ADC0809的口地址为0EFFFH;当8031的来到时,0809的ALE在脉冲的上升沿锁存地址信号,START在脉冲的高电平启动A/D转换。在转换结束后EOC输出高电平,转换后的数字量锁存在0809内部的三态输出锁存器中。当输出允许信号为高电平时,转换结果经数据线D7D0输出,图2.36中,8031采用了中断方式读取转换结果,也可以采用时等待的方式读取转换结果, A/D转换的程序如下:TEST: MOV R0
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