單片機的應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集-存儲--顯示

1、WIT單片機課程設(shè)計-用單片機控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第一章 設(shè)計任務(wù)與要求1. 設(shè)計任務(wù)單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的51系列的單片機的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度。本次設(shè)計以8051單片機為核心，實現(xiàn)空調(diào)的智能控制因為8051單片機應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，性價比高。而且還適用于儀器儀表，不僅能完成測量還可以進行數(shù)據(jù)的處理和監(jiān)控等。本次以單片機為主控器設(shè)計單片機主電路、數(shù)據(jù)采集接口電路擴展A/D和D/A接口，構(gòu)成一路模擬量輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求設(shè)計制作出硬件電路、LED顯示電路、時鐘信號控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對多路電壓值進行測量，能夠顯示當

2、前實際的溫度值，溫度值精度小數(shù)點后1位，可以通過ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將采集的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并在LED顯示屏顯示出來。2. 設(shè)計要求以單片機為控制器核心擴展A/D和D/A接口，構(gòu)成一個多路模擬量輸入的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，要求設(shè)計制作出硬件電路，編制并調(diào)試出程序。多路數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)框圖第二章 設(shè)計依據(jù)單片機在工業(yè)控制系統(tǒng)諸多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。特別是其中的51系列的單片機的出現(xiàn)，具有更好的穩(wěn)定性，更快和更準確的運算精度。本次設(shè)計以8051單片機為核心，實現(xiàn)空調(diào)的智能控制因為8051單片機應(yīng)用廣泛，性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，性價比高。而且還適用于儀器儀表，不僅能完成測量還可以進行數(shù)據(jù)的處理

3、和監(jiān)控等。51系列單片機主要功能：l 8位CPU。l 片內(nèi)帶震蕩器，振蕩頻率fose范圍為1.2到12MHz;可有時鐘輸出。l 128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。l 4KB的片內(nèi)程序存儲器。l 程序存儲器的尋址范圍為64KB。l 片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為64KB。l 21個字節(jié)專用寄存器。l 4個8位并行I/O接口：p1、p2、p3、p0。l 1個全雙工串行I/O接口，可多機通信。l 2個16位定時/計數(shù)器。l 中斷系統(tǒng)有5個中斷源，可編程為2個優(yōu)先級。l 111條指令，含乘法指令和除法指令。l 有強的位尋址、位處理能力。l 片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。l 用單一+5V電源。數(shù)據(jù)采樣是智能儀表、自動控制

4、系統(tǒng)中不可缺少的部分，本次設(shè)計中由于8051單片機本身不具備將電量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的功能，所以必須擴展A/D、D/A接口。輸入信號是用5 V 電源經(jīng)電位器調(diào)節(jié)得到05 V的采樣輸入信號送入ADC電路。單片機分時對模擬輸入信號進行采集，獲得數(shù)值信號單片機內(nèi)存儲RAM中，也可以使用擴展RAM。經(jīng)處理后的信號之后單片機將RAM中的數(shù)值量送入D/A轉(zhuǎn)換電路，D/A電路通常輸出與數(shù)字量相對應(yīng)的模擬電流，經(jīng)I/ V變換成模擬電壓值。第三章 控制系統(tǒng)性能說明單片機多通道溫度采集測控系統(tǒng)采用集成溫度傳感器滿足溫度測量，并將溫度信號轉(zhuǎn)換成電流，轉(zhuǎn)換為電壓信號，通過放大電路最終交由模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號經(jīng)單

5、片機處理并經(jīng)輸出驅(qū)動電路顯示于LED數(shù)碼管。該測量儀可實現(xiàn)多點不同區(qū)域測量，單通道，循環(huán)測量。還具有超溫報警和自動控制功能，當溫度超過某一設(shè)定值時，系統(tǒng)控制繼電器來關(guān)閉加溫設(shè)備。除此之外，考慮到測控會用于工業(yè)生產(chǎn)當中，可靠性要求比較重要，并要具有抗干擾能力和避免、消除干擾的能力，以保證系統(tǒng)平穩(wěn)工作。由以上大致分析，整個系統(tǒng)控制將由8051單片機為核心構(gòu)成。選用ADC0809作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，各個檢測信號、控制信號、顯示信號可由單片機的I/O口進行，并由程序保證系統(tǒng)抗干擾的能力。將數(shù)據(jù)采集接口T-DETECT端口電壓傳入ADC0809數(shù)模轉(zhuǎn)換元件中的IN-0通道，經(jīng)轉(zhuǎn)換后通過D0至D7與單片機

6、P0口連接，把轉(zhuǎn)換完的模擬信號以數(shù)字信號的信號的形式傳給單片機，信號經(jīng)過單片機處理后輸入LED數(shù)碼顯示管顯示。本設(shè)計使用的數(shù)據(jù)流輸出為串入并出形式，這樣的好處是使用接口較少，使用方便。系統(tǒng)總體方案結(jié)構(gòu)圖第四章 硬件設(shè)計1. 主要電路下面主要介紹溫度采集系統(tǒng)中設(shè)計到的一些系統(tǒng)中的主要模塊電路的設(shè)計原理和工作方式。1.1 溫度測量與控制電路本實驗需要用到CPU模塊和溫度測量與控制模塊、并行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、8279顯示模塊。溫度測量與控制電路原理參見圖。溫度測量與控制電路1.2 靜態(tài)數(shù)碼管顯示電路本次實驗設(shè)計需要用到CPU模塊和靜態(tài)數(shù)碼管顯示模塊。靜態(tài)數(shù)碼管顯示電路原理圖參見下圖。靜態(tài)數(shù)碼管顯示電路（

7、a）. 系統(tǒng)各跳線器處在初始設(shè)置狀態(tài)。用導線對應(yīng)連接靜態(tài)數(shù)碼管顯示模塊的DIN、CLK到CPU模塊的P30、P31。（b）. 啟動PC機，運行程序。（c）. 觀察數(shù)碼顯示結(jié)果。2. 硬件設(shè)計2.1 單片機主電路設(shè)計在本次課題設(shè)計中我們選擇了8051芯片，其具有功能強、體積小、成本低、功耗小等特點，它可單獨地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能，能在軟件的控制下準確、迅速、高效地完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。8051單片機2.2 測量、轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 使用ADC0809作為數(shù)模轉(zhuǎn)換元件，其引腳圖:ADC0809引腳圖ADC0809是帶有8路模擬開關(guān)的8位A/D轉(zhuǎn)換芯片，所以它可有8個模擬量的輸入

8、端，由芯片的A，B，C三個引腳來選擇模擬通道中的一個。 A，B，C三端分別與AT89C51的P0.0P0.2相接。地址鎖存信號(ALE)和啟動轉(zhuǎn)換信號（START），由P2.6和/WR或非得到。輸出允許，由P2.6和/RD或非得到。時鐘信號，可有89C51的ALE輸出得到，不過當采用12M晶振時，應(yīng)該先進行二分頻，以滿足ADC0809的時鐘信號必須小于640K的要求。與單片機的連接如圖所示數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)電路圖2.3 顯示電路設(shè)計2.3.1 LED數(shù)碼管構(gòu)成 LED數(shù)碼管顯示器是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，也稱為數(shù)碼管。其外形結(jié)構(gòu)如圖所示。它由8個發(fā)光二極管構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示0-9

9、、A-F及小數(shù)點“.”等字符。數(shù)碼管有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)規(guī)格，電阻為外接。共陰極數(shù)碼管的發(fā)光二極管陰極共地，當某發(fā)光二極管的陽極為高電平時，二極管點亮；共陽極數(shù)碼管的發(fā)光二極管是陽極，并接高電平，對于需點亮的發(fā)光二極管將其陰極接低電平即可。 (a) 共陰極 (b) 共陽極 （C）字段顯示2.3.2 顯示方式（a）. 靜態(tài)顯示方式直接利用并行口輸出。LED顯示工作于靜態(tài)顯示方式時,各位的共陰極連接在一起接地;每位的段選線分別于一個8位的鎖存輸出相連。一般稱之為靜態(tài)顯示,是由于顯示器中的各位相互獨立。而且各位的顯示字符一經(jīng)確定,相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變,直到顯示另一個字符為止。本實驗采用串入

10、并出的靜態(tài)顯示方式。利用通信號串行輸出。在實際應(yīng)用中,多位LED顯示時，為了簡化電路，在系統(tǒng)不需要通信功能時，經(jīng)常采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164來實現(xiàn)靜態(tài)顯示。（b）. 動態(tài)顯示方式對多位LED顯示器的動態(tài)顯示，通常都時采用動態(tài)掃描的方法進行顯示，即逐個循環(huán)點亮各位顯示器。這樣雖然在任一時刻只有一位顯示器被點亮，但是由于間隔時間較短，且人眼具有視覺殘留效應(yīng)，看起來與全部顯示器持續(xù)點亮一樣。為了實現(xiàn)LED顯示器的動態(tài)掃描，除了要給顯示器提供的輸入之外，還要對顯示器加位選擇控制，這就是通常所說的段控和位控。因此多位LED顯示器接口電路需要有兩個輸出口，其中一個用于輸出8位控

11、信號；另一個用于輸出段控信號，其連接圖如下。 LED顯示電路七段LED段選碼表: 顯示字符共陰極段顯示字符共陰極段03FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DH31H707Hy6EH87FH8.FFH96FH“滅”00HA77H/B7CH/第五章 軟件設(shè)計1. 工作流程 在模擬信號轉(zhuǎn)換開始初期延時一段時間(150微秒)，延時完成后數(shù)據(jù)肯定已經(jīng)轉(zhuǎn)換完畢。轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)存儲程序，最后再到顯示程序，本設(shè)計使用的是串入并出形式的顯示方法。要求正確的顯示溫度值。完成一次溫度采集顯示程序后，要延時1秒，使的數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定，如果延時時間過短，溫度值會在跳躍的

12、臨界點閃爍。然后轉(zhuǎn)向溫度采集并循環(huán)顯示程序。工作流程圖如下： N Y轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的處理繼續(xù)等待轉(zhuǎn)換結(jié)果的處理延時轉(zhuǎn)換時間數(shù)據(jù)顯示延時開始轉(zhuǎn)換完成選擇第0通道主程序流程圖2. 存儲空間定義安排 40H用于存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果，40H、41H、42H三個位置分別存儲顯示用的三位數(shù)據(jù)，具體情況如下表：存儲空間定義表40H用于存放A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果40H溫度值十位數(shù)部分41H溫度值個位數(shù)部分（小數(shù)點的處理）42H溫度值小數(shù)位部分3. 模塊程序設(shè)計3.1 A/D轉(zhuǎn)換測量程序A/D轉(zhuǎn)換的常用方法有：計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換， V/F變換型A/D轉(zhuǎn)換。在這些轉(zhuǎn)換方式中，記數(shù)式A/D轉(zhuǎn)

13、換線路比較簡單，但轉(zhuǎn)換速度較慢，所以現(xiàn)在很少應(yīng)用。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換精度高，多用于數(shù)據(jù)采集及精度要求比較高的場合，如5G14433（31/2位），AD7555（41/2位或51/2位）等，但速度更慢。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換既照顧了轉(zhuǎn)換速度，有具有一定的精度，這里選用的是逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809。采用延時控制的方式實現(xiàn)，不浪費時間，效率較高。其流程圖如下： A/D轉(zhuǎn)換測量程序3.2 顯示程序LED顯示工作于靜態(tài)顯示方式時,各位的共陰極連接在一起接地;每位的段選線分別于一個8位的鎖存輸出相連。一般稱之為靜態(tài)顯示,是由于顯示器中的各位相互獨立。而且各位的顯示字符一經(jīng)確定,相應(yīng)鎖存器的輸

14、出將維持不變,直到顯示另一個字符為止。本實驗采用串入并出的靜態(tài)顯示方式。利用通信號串行輸出。在實際應(yīng)用中,多位LED顯示時，為了簡化電路，在系統(tǒng)不需要通信功能時，采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164來實現(xiàn)靜態(tài)顯示。讀取判斷單元顯示電壓十位數(shù)部分顯示電壓個位數(shù)部分（小數(shù)點）顯示電壓小數(shù)部分LED顯示開始程序40H41H42H顯示子程序程序框圖 4. 系統(tǒng)程序代碼 org 000h jmp main org 0030hmain: mov r0,#40h mov dptr,#0bff8h;指向0809首地址 movx dptr,a ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 tt1: movx a,dptr

15、 ;讀數(shù) movx r0,a ;存數(shù) movx dptr,a ;啟動A/D轉(zhuǎn)換 lcall delay128us ;等待轉(zhuǎn)換完畢（至少128us） movx a,dptr mov r0,a lcall tran ;模數(shù)-數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 lcall disp ;數(shù)據(jù)的靜態(tài)顯示 lcall delay1s sjmp main ;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換tran: mov r0,#40h mov r3,#00h mov a,r0;把r0中的數(shù)給a mov b,#03h;標度變換 3格一度 div ab mov r3,b mov b,#0ah;將標度變換結(jié)果的整數(shù)部分進行BCD碼轉(zhuǎn)換 div ab mov r0,a;將十位

16、數(shù)送顯示緩沖單元 inc r0;指向緩沖單元下一地址 mov r0,b;將個位數(shù)送顯示緩沖單元 mov a,r3 ;標度轉(zhuǎn)換結(jié)果小數(shù)部分處理 mov b,#03h ;實現(xiàn)三格一度 mul ab inc r0 mov r0,a ;送顯示緩沖單元lop: ret;靜態(tài)顯示子程序-串入并出disp: mov dptr,#tab mov r0,#40h ;r0指向緩存區(qū)首地址 mov a,r0 ;將整數(shù)位數(shù)給a movc a,a+dptr ;利用表格計算十位七段LED數(shù)碼管的段碼 mov 40h,a ;將段碼結(jié)果送入40h inc r0 ;r0指向緩存區(qū)下一地址 mov a,r0 ;將個位數(shù)給a mo

17、vc a,a+dptr ;利用表格計算個位七段LED數(shù)碼管的段碼 mov 41h,a ;將段碼結(jié)果送入41h inc r0 ;r0指向緩存區(qū)下一地址 mov a,r0 ;將小數(shù)給a movc a,a+dptr ;利用表格計算小數(shù)位七段LED數(shù)碼管的段碼 mov 42h,a ;將段碼結(jié)果送入42h；最后一位清零 mov 43h,#00h mov a,43h mov r7,#8ccc: jb acc.7,aaa ; clr p3.0 ; jmp bbbaaa: setb p3.0bbb: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,ccc;小數(shù)位數(shù)顯示 mov a,42h mo

18、v r7,#8 cc: jb acc.7,aa ; clr p3.0 ; jmp bbaa: setb p3.0bb: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,cc ;所有位檢測后順序執(zhí)行;個位數(shù)顯示 orl 41h,#80h ;個位數(shù)后置小數(shù)點 mov a,41h mov r7,#8 dd: jb acc.7,ee clr p3.0 jmp ff ee: setb p3.0 ff: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,dd ;十位數(shù)數(shù)顯示 mov a,40h mov r7,#8 gg: jb acc.7,hh clr p3.0 jmp ii hh: setb p3.0 ii: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,ggtab: db 3fh,06h,5bh,4fh,66h db 6dh,7dh,07h,7fh,