課程設(shè)計(jì)-多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、課程設(shè)計(jì)（論文）資料袋信息工程學(xué)院系（院）課程設(shè)計(jì)（論文）題目多路數(shù)據(jù)采集級(jí)顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)裝資料有：課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)（）課程設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告（）課程設(shè)計(jì)（論文）（）成績(jī)?cè)u(píng)定及評(píng)語(yǔ)（）外文資料及原文復(fù)印件（）程序及軟盤(pán)等（）7.工程圖紙（）班級(jí)09電子信息工程學(xué)號(hào)2009100181姓名賴冰指導(dǎo)教師莫釗多路數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)TheDesignOfMulti-channelDataSamplingandDisplaySystemBasedOnSCMTOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 總計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）2頁(yè) H

2、YPERLINK l bookmark8 o Current Document 表格1個(gè) HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 插圖13幅摘要本文對(duì)于一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了初步的研究，該多路采集系統(tǒng)能對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行采集和處理。數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設(shè)計(jì)，以單片機(jī)AT80C5偽核心，利用串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)十路信號(hào)的采集、存儲(chǔ)、顯示及與PC機(jī)通信等功能。軟件部分應(yīng)用C語(yǔ)言編寫(xiě)控制軟件，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：AT8051TLC2543C語(yǔ)言控制軟件AD

3、模數(shù)轉(zhuǎn)換AbstractThispaperakindofwayfordataacquisitionsystemontheprimaryresearch,thismuchroadacquisitionsystemforroadsimulationsignalcanbegatheredandprocessing.Datacollectionandcommunicationcontrolusingmodulardesign,AT80C51withthesinglechipprocessorasthecore,andusingtheserialA/DconversionmoduleTLC2543for

4、conversionmodule,andtorealizethe8signalcollection,storage,displayandwithAPCcommunications,andotherfunctions.SomeapplicationssoftwarewritteninClanguagecontrolsoftware,fordataacquisitionsystems,modulusconversionsystem,datadisplay,datacommunicationandotherprocedurestocarryonthedesign.KeyWords:AT80C51TL

5、C2543CIanguageA/Dconversionmodule目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 摘要IABSTRACTII HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 第一章引言11.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.1.1研究背景及其目的意義11.1.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 1.2課題內(nèi)容1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 第二章數(shù)據(jù)采集2 HYPE

6、RLINK l bookmark20 o Current Document 2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)22.2A/D相關(guān)知識(shí)2 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.4硬件選擇2單片機(jī)89C512TLC2543引腳功能2243LED顯示電路2244鍵盤(pán)掃描3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 第三章軟硬件設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試說(shuō)明6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Docu

7、ment 軟件設(shè)計(jì)與說(shuō)明6 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 硬件調(diào)試6 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 硬件顯示說(shuō)明7 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 第四章課程設(shè)計(jì)總結(jié)7 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 參考文獻(xiàn)8 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 附錄1:C語(yǔ)言程8 HYPERLINK l bookmark48 o Current Do

8、cument 附錄2:硬件圖10第一章引言1.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其意義1.1.1研究背景及其目的意義在科學(xué)研究中，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成只是的重要手段之一。無(wú)論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，對(duì)通信起到了巨大的推動(dòng)作用。計(jì)算機(jī)和通信緊密結(jié)合構(gòu)成了靈活多樣的通信控制系統(tǒng)，也可以構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集，從嚴(yán)格的意義上來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)或巡回檢測(cè)，并能夠是要對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、分析計(jì)算以及從檢測(cè)的數(shù)據(jù)中提取有用的信息，供顯示、打印、繪圖等。1.1.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展在國(guó)內(nèi)主

9、要有：福建新大陸NEWLAND深圳同采TONC、臺(tái)灣UNITECH等等。國(guó)外的話主要是歐美：得邏輯、MOTOIntermec、datalogic、honeywell等等。日韓：CASIODENSOM3bluebird等等。歐美品牌的品質(zhì)不錯(cuò)，但是價(jià)格過(guò)高。日韓品牌外觀不錯(cuò)，品質(zhì)一般，價(jià)格也高。國(guó)內(nèi)品牌后勁很足，性價(jià)比很高，售后服務(wù)更好更及時(shí)，國(guó)外品牌在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)份額越來(lái)越小，價(jià)格也越來(lái)越低。1.2課題內(nèi)容要求運(yùn)用51系列單片機(jī)及相關(guān)外圍器件制作一多路數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，具體要求為：要求：1、采用51系列單片機(jī)作控制CPU、能對(duì)3路輸入的直流電壓進(jìn)行測(cè)量，輸入電壓05V;、測(cè)量的電壓值由3位數(shù)碼

10、管顯示，其中一位顯示通道，兩外兩位顯示測(cè)量的電壓值，顯示精度0.1V;采用按鍵切換測(cè)量路徑；5、完成實(shí)物制作或proteus仿真實(shí)現(xiàn)第二章數(shù)據(jù)采集2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入通道、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出及顯示這五部分組成。輸入通道要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)，采樣和信號(hào)檢測(cè)等工作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理要用存儲(chǔ)器把采集到的信息存儲(chǔ)起來(lái)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)并進(jìn)行管理與調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的信息中刪除有關(guān)干擾，與無(wú)關(guān)信息。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析便于檢索。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问捷敵雠c顯示。2.2A/D相關(guān)知識(shí)按基本原理及特點(diǎn)可分為：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型

11、、工-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。主要的技術(shù)指標(biāo)：分辯率，轉(zhuǎn)換速率，量化誤差，偏移誤差，滿刻度誤，差線性度等電壓頻率轉(zhuǎn)換法A/D轉(zhuǎn)換四步驟：采樣、保持、量化、編碼。2.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路主要以單片機(jī)AT80C5偽核心，利用串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)十路信號(hào)的采集、存儲(chǔ)、顯示及與PC機(jī)通信等功能。主要結(jié)構(gòu)如圖所示圖一2.4硬件選擇89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATME高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS

12、-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL勺89C51是一種高效微控制器，2.4.1單片機(jī)89C51圖二242TLC2543引腳功能說(shuō)明如下：AIN0AIN10:模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。CS片選端，CS由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能DATAOUTDATAINPUT和I/OCLOCK.CS由低到高的變化將在一個(gè)設(shè)置時(shí)間內(nèi)禁止DATAINPUT和I/OCLOCK.DATAINPUT串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以MSB為前導(dǎo)并在I/OCLOCK的前4個(gè)上升沿移入4位地址，用來(lái)選擇下一個(gè)要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)或測(cè)試電壓，之后I/OCLOCK

13、將余下的幾位依次輸入。DATAOUT:A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在CS為高時(shí)，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng)CS為低時(shí)，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB值置成相應(yīng)的邏輯電平；EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸；VCC、GND電源正端、地；REF+、REF-:正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。通常RE阡接VCCREF-接GND最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差；I/OCLOCK:時(shí)鐘輸入/輸出端。TLC2543每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用16個(gè)時(shí)鐘周期，且在每次傳送周期之間插入CS的時(shí)序。在TLC2543的CS變低時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)換和傳送過(guò)程，I/OCLOCK的前

14、8個(gè)上升沿將8個(gè)輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時(shí)它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余11位移出DATAOU端，在I/OCLOCK下降沿時(shí)數(shù)據(jù)變化。當(dāng)CS為高時(shí)，I/OCLOCK和DATAINPUT被禁止，DATAOU為高阻態(tài)。圖三243LED顯示電路LED顯示器集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動(dòng)態(tài)范圍廣、亮度高、清晰度高、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、耐沖擊、色彩艷麗和工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢(shì)的新一代顯示媒體。過(guò)發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)。可構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。由這些發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)可以組成數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管、矩陣管、電平顯示

15、器管等等。通常把數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管共稱筆畫(huà)顯示器，而把筆畫(huà)顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器?；镜陌雽?dǎo)體數(shù)碼管是由七個(gè)條狀發(fā)光二極管芯片按圖12排列而成的?？蓪?shí)現(xiàn)09的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等圖四244鍵盤(pán)掃描I/O口線，鍵當(dāng)某鍵按下使用單片機(jī)P1口直接輸入時(shí)的連接圖，每個(gè)按鍵獨(dú)占一條盤(pán)的另一端接地。無(wú)鍵按下時(shí)，單片機(jī)的輸入口線狀態(tài)為高電平;時(shí)，該鍵對(duì)應(yīng)單片機(jī)的輸入口變?yōu)榈碗娖?，即可判定按鍵的位置。圖五第三章軟硬件設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試說(shuō)明3.1軟件設(shè)計(jì)與說(shuō)明TLC2543作為采AT8051進(jìn)行處值得注意的是，i棄。另外，多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有采集、存

16、儲(chǔ)、顯示等功能。本設(shè)計(jì)應(yīng)用集系器，并把采集到的電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。送到單片機(jī)理，可完成顯示。以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采集一個(gè)通道的TLC2543A/D轉(zhuǎn)換程序,每次讀取的數(shù)據(jù)是上一次采樣的數(shù)據(jù)，所以第一次讀得數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)程序是采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。圖六3.2硬件調(diào)試本課程設(shè)計(jì)對(duì)題目進(jìn)行了擴(kuò)展：由3路擴(kuò)展到10路。而且設(shè)定上電后通圖七：硬件調(diào)試圖組硬件調(diào)試數(shù)據(jù)對(duì)照表一:采集通道號(hào)0123456789實(shí)際值（V51.7494.352.53.053.544.73.81.252.05顯示值（V4.91.74.32.43.03.54.63.71.22.03.3硬件顯示說(shuō)明過(guò)0通道采集電源電壓顯示電源電壓是否正常（即是否

17、電壓不足），而其余9個(gè)通道才是對(duì)所要采集的對(duì)象進(jìn)行采集。第四章課程設(shè)計(jì)總結(jié)在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我通過(guò)對(duì)題目所要求的目的，功能進(jìn)行分析，確定了所要用到的硬件及設(shè)計(jì)的大致思路，之后，通過(guò)查找相關(guān)資料，對(duì)具體功能逐一分模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過(guò)C語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，最終實(shí)現(xiàn)了串行A/D轉(zhuǎn)換器多路數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)作品符合課程要求，而且在原課程要的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，成為一個(gè)可以運(yùn)用到實(shí)際的作品。而且從數(shù)據(jù)可以看出本課程設(shè)計(jì)的采集顯示系統(tǒng)由于A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)的限制存在一定的量化誤差。參考文獻(xiàn)、李建忠，單片機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2002、何立民，MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口

18、技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，2001、張俊謨，單片機(jī)中級(jí)教程一一原理與應(yīng)用，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，2000.6、潘永雄，新編單片機(jī)原理與應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2003宋家友.集成電子線路設(shè)計(jì)手冊(cè)M.福建科技出版社出版，2000.張友德等編.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社出版，2007.、吳建國(guó).ADC0809A/D轉(zhuǎn)換芯片的原理及應(yīng)用電子制作2007/02、元增民；AT89S51單片機(jī)與ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的三種典型連接，長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2005/05附錄1:C語(yǔ)言程#include/對(duì)P1口定義sbitd1=P1A6;sbitkey仁PM7;sb

19、itcs=P1A2;sbitclk=P1A3;sbitdin=卩1八1；sbitdout=P1A0；/#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintuchara,x,y,z,date,temp;ucharconword,qian=1,shi,ge,key;uintdianya,temp1;/制做LED顯示查詢表ucharcodetable=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f;/共陰極個(gè)位數(shù)碼管段碼表ucharcodetable2=0 xbf,0 x86,0 xdb,

20、0 xcf,0 xe6,0 xed,0 xfd,0 x87,0 xff,0 xef;/共陰極十位和小數(shù)數(shù)碼管點(diǎn)顯示表ucharcodetable3=0 x04,0 x14,0 x24,0 x34,0 x44,0 x54,0 x64,0 x74,0 x84,0 x94,0 xA4;/tcl2543初始化通道號(hào)表bitcy;sbitbit7=BA7;voiddisplay(qian,shi,ge);宏定義voiddelay(z);voidjp();voiddaout();/主函數(shù)voidmain()a=0;key=0;while(1)daout();初始化調(diào)用jp();鍵盤(pán)掃描子程序調(diào)用display(qian,shi,ge);顯示調(diào)用/鍵盤(pán)掃描子程序，九通道切換voidjp()a=1;if(key1=0)去除按鍵抖動(dòng)delay(20);0-9if(key1=0)/通道增通過(guò)按鍵來(lái)選擇通道可選范圍為a+;if(a=10)a=0;key+;if(key=10)key=0;while(!key1);if(d1=0)delay(20);if(d1=0)通過(guò)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)通道號(hào)逆選，即