16路數(shù)據(jù)采集器

1、課程設(shè)計（論文）任務(wù)及評語院（系）：電氣工程學(xué)院 教研室：測控技術(shù)與儀器學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)班級課程設(shè)計（論文）題目多通道數(shù)據(jù)采集器課程設(shè)計（論文）任務(wù)設(shè)計內(nèi)容1以AT89S51單片機(jī)為控制核心，對16路電壓信號進(jìn)行采集；2設(shè)計相應(yīng)信號采集電路和切換電路；3設(shè)計4位按鍵，用于實現(xiàn)手動與自動的切換；4采用6位數(shù)碼管進(jìn)行顯示；設(shè)計要求1應(yīng)用繪圖軟件畫出完整電路圖；2畫出程序流程圖，編寫較完整的應(yīng)用程序；3盡可能降低設(shè)計的成本；4課程設(shè)計字?jǐn)?shù)：4000字；5嚴(yán)禁使用芯片介紹；6嚴(yán)禁相互抄襲。技術(shù)參數(shù)116路電壓信號中，每一路的巡檢周期為1s；2電壓變化范圍010V，檢測精度為1%；3數(shù)碼管前1位顯示通

2、道號，后3位顯示當(dāng)前通道電壓值。指導(dǎo)教師評語及成績 平時： 論文質(zhì)量： 答辯：成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 注：成績：平時20% 論文質(zhì)量60% 答辯20% 以百分制計算摘要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可識別的數(shù)字信號，經(jīng)單片機(jī)處理后將處理的數(shù)據(jù)輸出給相應(yīng)的執(zhí)行部分。本設(shè)計的目的是對多路輸入的電壓信號進(jìn)行監(jiān)測，控制。即將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、傳輸、顯示。本設(shè)計是對16路電壓信號進(jìn)行采集并顯示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入通道，數(shù)據(jù)管理，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出和顯示幾部分組成。輸入通道要實現(xiàn)對被測信號的監(jiān)測，采樣和信號轉(zhuǎn)換等工作。數(shù)據(jù)的管理包括存儲等功能，數(shù)據(jù)處理就是從采集的原始數(shù)

3、據(jù)中進(jìn)行必要的分析和提取。數(shù)據(jù)輸出和顯示就是數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问捷敵龀鰜?。本設(shè)計是將輸入的電壓通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號傳給單片機(jī)。經(jīng)單片機(jī)分析處理后，將處理數(shù)據(jù)傳輸給顯示系統(tǒng)，即由數(shù)碼管顯示。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；A/D轉(zhuǎn)換器；數(shù)碼管目錄第1章 緒論11.1 簡介及應(yīng)用11.2 設(shè)計概述1第2章 課程設(shè)計方案22.1 系統(tǒng)概述22.2 系統(tǒng)構(gòu)成2第3章 硬件設(shè)計43.1 A/D轉(zhuǎn)換43.2 單片機(jī)系統(tǒng)53.3 輸出顯示6第4章 軟件設(shè)計84.1 程序設(shè)計流程圖84.2 流程圖介紹8第5章 課程設(shè)計總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄 12附錄 12第1章 緒論1.1簡介及應(yīng)用 在

4、工業(yè)控制現(xiàn)場，常常需要采集大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、氣壓等，并將這些數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)上進(jìn)行處理，由主機(jī)根據(jù)這些處理的結(jié)果，將控制信號傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊進(jìn)行各種操作。在數(shù)據(jù)采集及處理行業(yè)快速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)采集已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。國外各種數(shù)據(jù)采集器的先后問世，將數(shù)據(jù)采集帶入了一個全新的時代。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用需求有不同的定義，這使得多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展尤為重要。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)始于20世紀(jì)50年代，由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速型和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和通信任務(wù)，因而得到了迅速的發(fā)展。由于集成電路的制造技術(shù)不斷提高，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)

5、在軍事、航空電子、工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1.2設(shè)計概述本設(shè)計是以單片機(jī)為核心通過AD轉(zhuǎn)換器對16路電壓信號進(jìn)行采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后送入單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。另外在系統(tǒng)中加入鍵盤用以實現(xiàn)人機(jī)交互完成手動和自動的切換。 第2章 課程設(shè)計方案2.1 系統(tǒng)概述 本設(shè)計是通過對16路電壓信號的采集，全面鞏固A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、鍵盤和顯示的應(yīng)用。系統(tǒng)功能：通過對多路電壓的采集實現(xiàn)實時監(jiān)測和顯示以了解系統(tǒng)的運行狀態(tài)，進(jìn)而對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。應(yīng)用場合：需要對多路電壓信號采集分析的場合。2.2 系統(tǒng)構(gòu)成 本設(shè)計主要由四部分構(gòu)成：A/D轉(zhuǎn)換、單片機(jī)、鍵盤和顯示。設(shè)計構(gòu)成圖如下A

6、/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)數(shù)碼管顯示鍵盤圖 2 系統(tǒng)組成AD轉(zhuǎn)換器的16個接口分別和外部16路電壓相連接，當(dāng)任何一個接口的電壓信號進(jìn)入轉(zhuǎn)換器后則開始轉(zhuǎn)換，輸入電壓信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后成為數(shù)字信號。方案一是將16路電壓經(jīng)過一個多路模擬開關(guān)后，然后由輸出端傳給一個AD轉(zhuǎn)換器，再由轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號傳給單片機(jī)。方案二是直接將16路電壓信號和一個16路AD轉(zhuǎn)換器相連接，然后輸出給單片機(jī)。 方案一考慮了經(jīng)濟(jì)方面的因素，但電路連接比方案二復(fù)雜，而且增加了器件，使得整個系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素增加，另外造成了AD轉(zhuǎn)換器的接口的浪費。方案二雖然采用的轉(zhuǎn)換器價格比一要昂貴，但整體利用率高，同時選用的器件的數(shù)量少，系統(tǒng)的可靠性較高。所

7、以綜合考慮選用方案二。在轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成后，單片機(jī)的控制端給出信號使轉(zhuǎn)換器輸出通道打開，然后將數(shù)字信號送入單片機(jī)。再由單片機(jī)處理后并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成BCD碼輸出給鎖存器，當(dāng)鎖存器鎖存信號允許打開時由鎖存器驅(qū)動數(shù)碼管顯示。顯示部分由四位數(shù)碼管組成并采用動態(tài)顯示，第一位用來顯示通道，其余三位則用來顯示數(shù)值。系統(tǒng)共設(shè)置四個按鍵則用來實現(xiàn)手動和自動功能的切換，四個按鍵和單片機(jī)端口連接，通過給入按鍵信號分別實現(xiàn)不同的功能包括：跳轉(zhuǎn)至上一個顯示、跳轉(zhuǎn)至下一個顯示、一直顯示當(dāng)前位、跳轉(zhuǎn)至起始顯示，當(dāng)單片機(jī)掃描到按鍵按下時則程序跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序，由單片機(jī)分析處理后給輸出部分，然后由顯示部分顯示用戶所需要的數(shù)據(jù)。第3

8、章 硬件設(shè)計3.1 A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換部分是16路電壓信號通過一個ADC0816進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將輸出的八位數(shù)字量通過輸出端傳輸給AT89S51。因為A/D轉(zhuǎn)換器的工作頻率大約為500KHz，而由單片機(jī)ALE口輸出信號的頻率為2MHz，所以要將ALE的輸出通過一個四分頻電路。分頻電路的組成如圖3.1。其中U6的CP端接單片機(jī)的ALE。電路是采用兩個74LS74進(jìn)行四分頻，輸出端的頻率信號給ADC0816的CLOCK端，用以提供ADC0816的工作頻率。圖 3.1 分頻器電路圖圖3.2是ADC0816和單片機(jī)的接線圖。IN0-IN15為16路電壓輸入端，23-31引腳是8位數(shù)據(jù)輸出端和單片機(jī)的P0口

9、連接，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由AD輸出后從P0口進(jìn)入單片機(jī)。轉(zhuǎn)換器的地址控制端即ADD A-ADD D和單片機(jī)的P1.4-P1.7連接，單片機(jī)的四個輸出口輸出的數(shù)據(jù)改變時相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換器的不同的通道會打開使外部信號進(jìn)入轉(zhuǎn)換器，然后把輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換器的START用來控制轉(zhuǎn)換的開啟，轉(zhuǎn)換開啟是手單片機(jī)的P3.5控制的，當(dāng)P3.5輸出一個高電平時會使轉(zhuǎn)換器啟動。當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后要輸出，但輸出允許控制位要受單片機(jī)控制的P3.6控制，只有當(dāng)OE允許時AD轉(zhuǎn)換器才會把數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)。圖 3.2 RETZ R7,$01于本人初涉單片機(jī)也無法確保 AD轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)連接圖3.2 單片機(jī)系統(tǒng)圖3.3為振蕩

10、器和復(fù)位電路的電路圖。單片機(jī)工作時是需要時鐘電路的，雖然單片機(jī)內(nèi)部有時鐘電路，但自己本身不會工作，必須要在外部給予振蕩源。單片機(jī)的復(fù)位是靠外部復(fù)位電路來實現(xiàn)的，復(fù)位可以使單片機(jī)初始化，也可以使死機(jī)狀態(tài)下的單片機(jī)重新啟動。在復(fù)位電路中通過按下SW鍵10ms以上的時間便可以使單片機(jī)可靠的復(fù)位,當(dāng)RET從高電平變?yōu)榈碗娖胶髥纹瑱C(jī)會從0000H地址開始執(zhí)行程序。圖 3.3 晶振和復(fù)位電路圖3.4為單片機(jī)芯片及引腳圖。其中P0口因為單片機(jī)內(nèi)部沒有上拉電阻所以當(dāng)使用時在外部需要外接上拉電阻。P1.0-P1.3外接四個鍵盤，通過鍵盤掃描程序?qū)Ω鱾€鍵盤的狀態(tài)進(jìn)行掃描。P1.4-P1.7接AD中的四個通道選取的

11、引腳用來控制AD中各個不同通道的選通。P0口和AD的八位輸出相連接，但只有AD輸出允許控制位打開時，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)才能由轉(zhuǎn)換器進(jìn)入單片機(jī)。P2口外接鎖存器，輸出數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器鎖存后然后由鎖存器驅(qū)動數(shù)碼管顯示。P3口接外部電路相應(yīng)的控制位，其中P3.0和P3.1接譯碼器的輸入端A和B，P3.3接鎖存器的CLK端用來控制鎖存器的鎖存，P3.5接轉(zhuǎn)換器的ALE和START端控制轉(zhuǎn)換器的啟動，P3.6接轉(zhuǎn)換器的輸出允控制端用來控制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的輸出。單片機(jī)通過從P0口送入的數(shù)據(jù)處理得到需要顯示的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化成BCD碼由顯示部分顯示。圖 3.4 AT89S513.3 輸出顯示圖3.5是輸出顯示部分，是由鎖存器和數(shù)

12、碼管兩部分組成。單片機(jī)P2口輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器所存并驅(qū)動后面的數(shù)碼管，則相應(yīng)的字符便會得到顯示。鎖存器74LS273為上升沿所存，當(dāng)單片機(jī)的控制信號給CLK高電平時，鎖存器鎖存輸出的數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)由Q端輸出，驅(qū)動數(shù)碼管。當(dāng)需要顯示下一個字符時則控制端再次給以一個上升沿。數(shù)碼管的控制端用于控制位選，四位數(shù)碼管的位選控制端是和譯碼器74HC139的四個輸出端連接的，當(dāng)位選端給低電平時是數(shù)碼管點亮，高電平時則熄滅。系統(tǒng)的顯示采用的是動態(tài)顯示，即每個時刻只有一個數(shù)碼管亮，通過循環(huán)執(zhí)行實現(xiàn)16路電壓的顯示。 圖3.5 數(shù)碼管顯示第4章 軟件設(shè)計4.1 程序設(shè)計流程圖開始調(diào)用采集信號程序設(shè)置循環(huán)參數(shù)16轉(zhuǎn)

13、BCD碼并保存調(diào)用16路循環(huán)顯示子程序指向下一個地址是否滿16次YN圖4 主程序流程圖4.2 流程圖介紹整個流程圖是從外部輸入給AD的電壓開始，電壓經(jīng)AD入口進(jìn)入轉(zhuǎn)換器，同時單片機(jī)控制地址輸入信號使要選擇的轉(zhuǎn)換通路打開，然后控制信號啟動AD轉(zhuǎn)換。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，單片機(jī)控制輸出允許打開，則轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)入單片機(jī)。單片機(jī)處理后將得到的數(shù)轉(zhuǎn)化成BCD碼然后輸出給鎖存器，鎖存器控制端控制鎖存信號并通過輸出端輸出，然后由數(shù)碼管顯示。顯示時間1s后控制AD地址輸入端輸入下一個地址，然后下一路電壓信號進(jìn)入。當(dāng)16路電壓信號全部顯示一遍后跳轉(zhuǎn)至起始地址，從新開始進(jìn)行16路電壓的顯示。16路電壓的循環(huán)顯示則由程序中的

14、判斷語句執(zhí)行。每次執(zhí)行完一次顯示后進(jìn)行一次判斷，不滿16是則順序往下執(zhí)行，到達(dá)16時程序跳轉(zhuǎn)至開始，重新開始新一輪的轉(zhuǎn)換和顯示。第5章 課程設(shè)計總結(jié)本設(shè)計主要根據(jù)目前基于對電壓信號采集而設(shè)計的，采用了自動化的結(jié)構(gòu)形式，實現(xiàn)對多路電壓的自動檢測和顯示。系統(tǒng)以單片機(jī)AT89S51為核心部件，單片機(jī)系統(tǒng)完成對電表信號的采集、處理、顯示等功能，利用匯編語言編制相應(yīng)的控制和顯示程序以達(dá)到對16路電壓信號采集的目的。本設(shè)計的主要特點是：適用性強(qiáng)，用戶只需對界面參數(shù)進(jìn)行觀察來判斷系統(tǒng)的運行情況；并且同時對多路電壓監(jiān)測，提高了效率；可以實現(xiàn)手動和自控的切換便于操作；采用動態(tài)顯示的方法降低了功耗；系統(tǒng)成本低廉，

15、操作非常簡單。設(shè)計存在的不足：本設(shè)計只能對小范圍的電壓信號進(jìn)行監(jiān)測，在使用上受到了一定的限制；按鍵控制方面比較簡單只能實現(xiàn)一些基本功能，上下循環(huán)顯示、本位顯示、起始顯示，對于一些手動要求比較多并且較復(fù)雜的場合，本設(shè)計在功能實現(xiàn)上就會帶來一定的困難。 參考文獻(xiàn)1 梅麗鳳.單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，20092 李群芳，黃 建.單片微型計算機(jī)與接口技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，20023 楊 博,李宛洲. 基于單片機(jī)的新型多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).儀表技術(shù)與傳感器，20064 周立功.單片機(jī)實驗與實踐. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20045 武慶生,仇梅.單片機(jī)原理與應(yīng)用.電子科技大學(xué)

16、出版，19986 朱定華.單片機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社，20017 劉瑞新.單片機(jī)原理及應(yīng)用教程.機(jī)械工業(yè)出版社，2003附錄 電路原理圖附錄 CLR P3.5 CLR P3.6CLR P1.4 CLR P1.5CLR P1.6CLR P1.7SETB P3.5LCALL DEL AD轉(zhuǎn)換需要大概10-50us設(shè)置一個延遲SETB P3.6CLR P3.5 CLR P3.6AD轉(zhuǎn)換通道0的轉(zhuǎn)換程序CLR P1.4 CLR P1.5CLR P1.6CLR P1.7SETB P3.5 LCALL DEL SETB P3.6CLR P3.5CLR P3.6AD轉(zhuǎn)換通道1的轉(zhuǎn)換程序LOOP:C

17、LR P3.3 MOV P2,#data1 第一位數(shù)碼管給值 CLR P3.0CLR P3.1LCALL DELLSETB P3.3CLR P3.3MOV P2,#data2 第二位數(shù)碼管給值CLR P3.0SETB P3.1LCALL DELLSETB P3.3CLR P3.3MOV P2,#data3SETB P3.0CLR P3.1LCALL DELLSETB P3.3CLR P3.3MOV P2,#data4SETB P3.0SETB P3.1LCALL DELLSETB P3.3LJMP LOOPDELL:MOV R7,#100 DJNZ R7,$ RET數(shù)碼管動態(tài)顯示程序LOOP1:CLR P3.3 MOV P2,#data1 CLR P3.0CLR P3.1 . .LOOP2:CLR P3.3 MOV P2,#data1 CLR P3.0CLR P3.1.JNB P1.0，LOOP1 LOOP1JNB P1.1，LOOP2 LOOP3JNB P1.2，LOOP3 LOOP2J