通道數(shù)據(jù)采集器（課程設(shè)計）

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘要：本次課程設(shè)計采用的是單片機AT89C51和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808的溫度采集系統(tǒng)。用電位器模擬輸入電壓，經(jīng)過AT89C51控制ADC0808將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再按給定的公式將電壓值轉(zhuǎn)換成溫度值，并通過顯示模塊4位顯示數(shù)碼管顯示出來。本論文主要描述了硬件設(shè)計部分和軟件設(shè)計部分，硬件部分更是詳細分析了本模擬采集器的各個部分的電路原理，以及各個模塊之間的線路連接。并列出了所有的元器件，以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的相應程序。該設(shè)計出了一個簡單實用的數(shù)據(jù)采集器，具有成本低，可靠性高，擴展功能強等優(yōu)點。關(guān)鍵詞：AT89C51 ADC0808 數(shù)據(jù)采集目錄1. 概述.

2、1 1.設(shè)計數(shù)據(jù)采集器的意義.1 2.數(shù)據(jù)采集器的主要功能.12. 硬件電路設(shè)計及描述.1 1.方案選擇及設(shè)計思想.2 2.設(shè)計方案的框圖.3 3.工作原理.3 4.電路中主要芯片的引腳對應的功能.3 4.1主控芯片AT89C51.3 5.原理圖及連接關(guān)系.35.1數(shù)據(jù)輸入模塊.35.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊.45.3主控電路.45.4顯示模塊.6 6.元件清單.73. 軟件設(shè)計流程.7 1.系統(tǒng)模塊層次圖.7 2.程序流程圖.7 3.程序源代碼.84. 測試.115. 總結(jié).116. 參考文獻.111. 概述1. 設(shè)計數(shù)據(jù)采集器的意義 數(shù)據(jù)采集器是一種具有現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集、處理功能的自動化設(shè)備。具備實

3、時采集、自動存儲、實時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸功能。為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的真實性、有效性、實時性、可用性提供了保證。 數(shù)據(jù)采集器在各個領(lǐng)域中都有廣泛的運用，以后有可能接觸到這些設(shè)備，有必要深入地分析其工作原理、電路原理，同時設(shè)計一個簡單、實用的數(shù)據(jù)采集器。完成這個課程設(shè)計也是讓我們在學習了模擬電路、數(shù)字電路、微機原理、單片機等相關(guān)課程理論知識有一個融會貫通的過程。加深對理論知識的理解，以及學會理論知識實際應用的處理方法。為設(shè)計一個電子系統(tǒng)吸取經(jīng)驗，為今后的自動化（電氣工程）綜合設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計打下堅固的基礎(chǔ)。 同時也是為了培養(yǎng)我們的動手能力，我們在即將畢業(yè)的前期積累寶貴的實踐經(jīng)驗。為以后工作培養(yǎng)

4、良好的工作態(tài)度。以分組的形式，更是讓的我們深入理解了團隊合作的重要性。3 數(shù)據(jù)采集器的主要功能 我們的數(shù)據(jù)采集器采用的主要元件是AT89C51和ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。其主要功能是模擬采集信號，并對信號進行處理，最終顯示出來采集結(jié)果。本次設(shè)計的要求是采集溫度的信號。通過對電壓信號的采集，按公式計算出對應的溫度。 首先我們的模擬信號采用電位器產(chǎn)生，供給ADC0808，ADC0808有8路數(shù)據(jù)輸入，也就是8路模擬電壓信號。在AT89C51的控制下，實現(xiàn)按鍵轉(zhuǎn)換要求通道的電壓值。溫度值 T(C)與電壓 U(V)對應關(guān)系：T=15.4V。通過AT89C51的計算輸出結(jié)果，顯示在4位共陽極數(shù)碼管上。

5、2. 硬件電路設(shè)計及描述1. 方案選擇及設(shè)計思想 在查閱資料的時候，我們重點查閱了兩個方案的資料。 方案一：在AT89C51的控制下，指定某通道將電壓信號發(fā)生器產(chǎn)生的輸入電壓信號輸入ADC0808轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號輸入到AT89C51進行數(shù)據(jù)處理，然后輸出并行信號，通過MAX232將并行信號轉(zhuǎn)換成串行信號，再經(jīng)過串口RS232輸入到上位計算機。通過計算機顯示出采集模擬穩(wěn)定信號的數(shù)值。 方案二：在AT89C51的控制下，指定某通道將電位器產(chǎn)生的輸入電壓信號輸入ADC0808轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號后輸入AT89C51進行數(shù)據(jù)處理，然后輸出并行信號。使用四位數(shù)碼顯示管來做獨立的顯示設(shè)備將輸出信號

6、顯示出來。兩套方案的比較，在模擬信號部分，兩套方案均產(chǎn)生0-5V的可調(diào)電壓，方案一采用的是電壓信號發(fā)生器，方案采用電位器產(chǎn)生可變電壓（0-5v），我個人認為和小組成員都覺得用電位器較電壓信號更加簡單，具有很強的可操作性，可在后期工作中將電位器集成在電路板上，使模擬信號有良好的可移動性。在控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片上，兩套方案均采用相同的設(shè)計思想。兩套方案最大的區(qū)別在于顯示電路上，方案一采用計算機作為上位機，將單片機輸出的并行好通過通信芯片MAX232轉(zhuǎn)換成串行信號后，顯示在計算機上。方案二則采用獨立的顯示設(shè)備四位數(shù)碼顯示管?？梢圆捎貌⑿袆討B(tài)掃描的方式接入單片機直接讀取并行信號。方案一中的需要設(shè)計單獨

7、的通信模塊，使得電路較方案二更加復雜，而且需要在計算機上編寫相應的程序，工作量之大。不符合我們簡單實用的設(shè)計思想。綜上所述，我們選擇了方案二。在本次課程設(shè)計中，根據(jù)設(shè)計要求，我們組的出發(fā)點是設(shè)計簡單實用的數(shù)據(jù)采集器，將各個部分模塊化，以此為設(shè)計思想，盡可能的簡化電路設(shè)計，使其具有很強的可操作性和可移動性。方案二電路簡單實用，成本低，完全符合我們的設(shè)計初衷。因此我們選擇了方案二。2.設(shè)計方案的框圖完成信號顯示電路主控電路AT89C51采集電路AD0809 按鍵部分啟動信號模擬信號3.工作原理 模擬信號有電位器產(chǎn)生0-5V的可調(diào)電壓。上電以后，AT89C51輸出啟動信號給ADC0808，ADC08

8、08開始轉(zhuǎn)換第一通道的模擬信號。轉(zhuǎn)換完成以后發(fā)出完成信號給AT89C51，轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)據(jù)由P1口輸入單片機，單片機接收數(shù)據(jù)后由程序按溫度值 T(C)與電壓 U(V)對應關(guān)系：T=15.4V完成換算，最后由P0口輸出顯示數(shù)據(jù)，由四位數(shù)碼顯示管顯示。ADC0808內(nèi)部自帶8路數(shù)據(jù)選擇器，由單片機控制片選信號，完成按鍵選擇信號的功能。4.電路中主要芯片的引腳對應的功能4.1主控芯片AT89C51 AT89C51與AT89S52相仿，具有如下特點：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)

9、先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。 此外，AT89S52設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。 VCC: 供電電壓。GND：接地。PO口：PO口為一個8位漏極開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門流。當PI口的管腳第一次寫入1時，被定義為高祖輸入。PO能夠用于外部程

10、序數(shù)據(jù)存儲器，他可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，PO作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，PO輸出原碼，此時PO外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的八位雙向I/O口，P1口緩沖器能接受輸出4TTL門電流。P1口管教寫入1時，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接受。 P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8為雙向I/O口，P2口緩沖器可接受，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫1時，其管腳內(nèi)部上拉電阻被拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉

11、低，并輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故，P2口作為外部程序存儲器或16位地址外部存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址1時，他利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部8位存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接受高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳時八個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入1后，他們被內(nèi)部上拉為高電平，并用做輸入，作為輸入由于外部下拉位低電平，P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，P3口同時為閃爍編程和編程校驗接受一些控制信號。 RST：復位輸入。

12、當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩頻率的1/6.因此它可用作對外部輸出地脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用做外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳一個ALE脈沖。而想禁止ALE脈沖的輸出可在SFR8EH地址上置0.此時ALE只有執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 PSEN：外部程序存儲器的選通信號，再由外部程

13、序存儲器取值期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部存儲器時，這兩次有效地/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP:當EA低電平時，則在此期間外部存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器，在FLASH編程器件，此引腳也用于施加12v編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器輸出。5.原理圖及連接關(guān)系 5.1數(shù)據(jù)輸入模塊 本次采集器設(shè)計的輸入的模擬信號比較簡單，采用滑動變阻器，外接+5V電壓作為輸入模擬信號，標示為RV1分

14、別接入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808的IN0-IN7（26,27,28，1,2,3,4，5號管腳）。完全符合輸入模擬信號0-5V的調(diào)節(jié)范圍，有效可靠的模擬電壓信號。 5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊模擬信號通過輸入端IN0IN7：8路模擬量輸入端。ADDA,ADDB,ADDC三個是數(shù)據(jù)選擇控制端輸入片選信號與P3.1,P3.2,P3.3連在一起，由A，B，C和IN0-IN7構(gòu)成3-8數(shù)據(jù)器，通過AT89C51中的按鍵程序控制片選信號。START是 AD轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0808復位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。ALE是地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。將A

15、LE和START連在一起與P3.4相連，在A/D轉(zhuǎn)換完成后正脈沖的處于高電平，即可控制地址鎖存器。該脈沖依靠編寫的單片機中斷程序模擬一個正脈沖控制。OE端口是數(shù)據(jù)輸出允許信號，由單片機輸入高電平控制。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。OUT1-OUT8是A/D轉(zhuǎn)換的輸出數(shù)字端口，與P1口相連。連接方式是OUT1-OUT2和P1.7-P1.0。12和16號管腳是接基準電壓分別接VCC和GND。另外10號端口是時鐘頻率大小不得超過640KHZ。本次設(shè)計中我們采用終端輸出脈沖來模擬這個時鐘脈沖，但是效果不好，所以采用外接500KHZ的信號。5.3 主控電路 這是單

16、片機部分的復位電路和時鐘脈沖電路。復位電路采用電平復位的方式，晶振的頻率為11.0592MHZ。連接方式如圖分別連到單片機的19，18,9好腳。這是AT89C51單片機主控部分的接法，其中P3.1到P3.7與A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，做控制口。在A/D部分已經(jīng)詳細介紹了連法。P2.0-P2.3是四位數(shù)碼顯示管的控制端。P2.5和P2.6是按鍵的控制端。P0.0-P0.7是顯示的數(shù)據(jù)輸出端與四位數(shù)碼管的A-G相連。 這個是簡單的按鍵部分，P2.4按鍵選通轉(zhuǎn)換那一路，執(zhí)行的方式是按一下顯示下一路，按0-7路的方式循環(huán)。5.4顯示模塊溫度顯示部分，我們使用的是四位數(shù)碼管（共陽極），其中標示的是P0.0-P

17、0.7和A-DP的連接方式，是數(shù)據(jù)輸出端。P2.0-P2.3與1-4相連，做控制端口，控制那一位顯示。RP1是排阻，阻值單個是1K。因為PO口是用來做數(shù)據(jù)端的，必須串上拉電阻。通道標號顯示部分，通過4511與P3.1-P3.3連接譯碼，驅(qū)動數(shù)碼管（共陰極）顯示通道標號。6.元件清單 本次課程設(shè)計所用元件清單如下：元器件名稱數(shù)量（個）ADC08081AT89C51145111單個數(shù)碼顯示管174HC24511K排阻11K滑動變阻器810uF電容133P電容2按鍵開關(guān)2510電阻110K電阻112M晶振14位一體數(shù)碼顯示管1三軟件設(shè)計流程 1.系統(tǒng)模塊層次圖按鍵模塊顯示模塊主控制器A/D模塊模擬信

18、號2. 程序流程圖 開始 If(K！)調(diào)用數(shù)據(jù)處理子程序 初始化 開始A/D轉(zhuǎn)換調(diào)用顯示子程序 否 地址+ 是地址小于8 結(jié)束3 程序源代碼#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/#define input P1/#define TT P0sbit START=P34;sbit CLK=P35;sbit OE=P36;sbit EOC=P37;sbit E=P30;sbit AA=P31;sbit BB=P32;sbit CC=P33

19、;sbit K1=P24;sbit P07=P07;uchar t1=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar a,b;/void delay1(); void display(uint temp1);/*延時1 */void delay1(void) for(a=248;a>0;a-); for(b=248;b>0;b-);/*延時2*/void delay2() int i; for(i=5000;i>0;i-);/*A/D轉(zhuǎn)換程序*/uchar AD()uchar dat;if(!EOC) START

20、=1; START=0; while(!EOC); START=1; START=0; dat=input; return dat;/*加地址，選擇模擬通道*/void get_add(uchar add) CC=add/4; BB=add%4/2; AA=add%2; delay2();/*動態(tài)掃描程序*/void display(uint temp1) uint aa,bb,cc,dd; aa=temp1%10; temp1/=10; bb=temp1%10; temp1/=10; cc=temp1%10; dd=temp1/10; P2=0xf1; P0=t1dd; delay1();

21、P2=0xf2; P0=t1cc; delay1(); P2=0xf4; P0=t1bb&0X7F; delay1(); P2=0xf8; P0=t1aa; delay1();/*電壓顯示轉(zhuǎn)溫度顯示函數(shù)*/void c_u(int aa) aa=aa*15.4*5*10/255; display(aa);/*主程序*/void main(void) uchar rr,tt; TMOD=0x02; TR0=1; ET0=1; IT0=1; EX0=1; EA=1; tt=0; while(1) get_add(tt); AD(); rr=input; c_u(rr); if(!K1) w

22、hile(!K1); tt+;tt=tt%8; /*中斷時鐘脈沖*/void timer() interrupt 1 CLK=CLK;4. 測試 在仿真成功以后，我們開始進行對電路板開始布線，并檢查元器件時候有損壞。完成了檢查工作之后，便開始焊接元件。在電路焊接完成后，在沒有加電的情況下對電路進行測試，對照電路原理圖檢查電路中是否有虛焊和漏焊。在完成了上述基本的檢查之后，給電路上電，對各個部分的電路進行了檢查。1 模擬信號的測試 模擬信號采用的是8個電位器，電源接0-5V，輸出的電壓經(jīng)過電壓表的測試與設(shè)計要求中的相符合。當電位器值滿時，理論電壓為5V，用電壓表測出值為4.98V。與所要求的值誤差不大。2 單片機電路測試 在接上電源以后，首先對整個電路的核心部位AT89C51進行了測試，他的穩(wěn)定是至關(guān)重要的，因為他控制著整個電路板的運行。AT89C51的電壓輸入點測試電壓為3.44V，說明其驅(qū)動的電壓是正常的。3 數(shù)據(jù)采集電路的測試 給系統(tǒng)接上電源以后，對本次設(shè)計的