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1目录第1章绪论设计目的及要求.....................................21.1绪论....................................................21.2设计目的...............................................21.3设计要求...............................................2第2章系统总体方案选择与说明..............................32.1硬件设计框图..........................................32.2软件设计框图.............................................4第3章数据采集系统概述、工作原理及其说明..............53.1数据采集系统概述.........................................53.2工作原理及其说明.........................................5第4章各单元硬件设计及说明...................................74.1单片机的时钟源...........................................74.2ADC0809(模数转换芯片)............................104.3程序存储器和数据存储器电路设计..........................11第5章软件设计与说明.......................................125.1设计条件................................................125.3模块程序设计...........................................15第6章调试步骤及使用说明..................................21第7章设计总结.............................................22参考文献.....................................................23附录......................................................24A、系统电路原理图:.........................................24B、程序.....................................................25电气信息学院课程设计评分表...................................312第1章绪论设计目的及要求1.1绪论随着计算机技术的飞速发展和普及,数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中,应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集,监视和记录,为提高产品质量,降低成本提供信息和手段。在科学研究中,应用数据采集系统可获得大量的动态信息,是研究瞬间物理过程的有力工具,也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之,不论在哪个应用领域中,数据采集与处理越及时,工作效率就越高,取得的经济效益也越高。本设计采用ATMEGA16单片机作为数据采集系统的控制核心,系统分为数据采集模块、A/D转换模块、系统控制模块、键盘模块、显示模块等几部分。1.2设计目的利用单片机为核心设计一个多路数据采集系统,要求每个通道的信号经A/D转换后以10进制数在LED显示器上显示,并能够通过键盘操作切换显示不同通道的采样值。1.3设计要求本课题要求利用单片机为核心设计一个八路数据采集系统,要求每个通道的信号经A/D转换后以10进制数在LED显示器上显示,并能够通过键盘操作切换显示不同通道的采样值。本系统中包括8路模拟量输入,范围0-5V。要求对8个通道的模拟量进行巡回采样,再将采集的数据进行工程量化转换后在LED显示器上显示,并能通过按键切换所选通道的采样数据。3第2章系统总体方案选择与说明2.1硬件设计框图典型数据采集系统配置如图2.1所示,有的已实现集成化,多个传感器的预处理电路输出接入多路模拟开关,然后经过取样/保持电路和A/D转换后进入CPU系统。图2.2典型数据采集系统配置图(1)传感器是经典的利用各种原理将被测物理量转化为电信号。(2)预处理模块是将模拟信号进行调整、放大,在模拟电路方便实现的基础上对信号进行自动补偿、自动校正,抑制温漂的模块。(3)数据采集A/D模块将模拟信号进行采样、量化,转化为数字信号.(4)计算机可能为PC机、单片机或其他专用处理器,具有数据存储、记忆与信息处理功能,具有判断、决策处理功能。生产工艺现场传感器1传感器2传感器R...预处理系统多路模拟开关...A/D转换器计算机或其他微处理器42.2软件设计框图图2.2软件设计框图信号选择单通道/八通道循环A/D转换并送到70H~77H单元选择被测通道,并确定存储地址指定内容送到显示器A/D转换值存入78H~7AH单元通道选择信号随动显示循环显示A/D转换值存入78H~7AH单元A/D转换并送到70H~77H单元移动指针指向下通道存储地址选择被测通道,并确定存储地址指定内容送到显示器开始5第3章数据采集系统概述、工作原理及其说明3.1数据采集系统概述数据采集是信息科学的一个主要组词成部分,信息技术的核心是信息获取,通信和计算机技术,常被称为3C技术,其中信息获取是基础和前提。数据采集是获取信息的主要手段,它随着科学技术的进步而得到迅速发展。目前各种各样的数据采集系统已得到广泛应用,新型数据采集系统仍不断涌现。随着科学技术的发展与普及,数字设备正越来越多地取代模拟设备,在生产过程控制和科学研究等广泛领域中,计算机控制技术正发挥着越来越主要的作用,然而外部世界的大部分信息是以连续变化的物理量形式出现的,例如温度、压力、位移、速度等。要将这些信息送入计算机进行处理,就必须先将这些连续的物理量离散化,并进行量化编码,从而变成数字量,这个过程就是数据采集。数据采集系统是计算机与外部世界联系的桥梁。数据采集技术是信息科学的主要组成部分,它是以传感器技术、信号检测与处理、电子学、计算机技术等方面技术为基础而形成的一个综合应用技术学科,已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域,并且随着科学技术的发展,尤其是计算机技术的发展与普及,数据采集技术有广阔的发展前景。3.2工作原理及其说明1、采用80C52单片机和ADC0809构成一个八路数据采集系统。2、能够顺利采集各个通道的信号。3、采集信号的动态范围:0~5V。4、每个通道采样速率:100sps。5、在面包板上完成电路,将采集的数据送入单片机70H~77H存储单元。66、编写相应的单片机采集程序到达规定的性能:8路输入模拟信号数值显示电路由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。第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2微秒宽脉冲时,就开始A/D转换;7脚为A/D转换结束标志,当A/D转换数据结束时,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;10脚为0809的时钟输入端,利用单片机30脚的六分频晶振信号再通过74hc193二分频得到。单片机的P1、P3端口作4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A/D转换控制。7第4章各单元硬件设计及说明4.1单片机的时钟源4.1.1单片机时钟源电容C1、C2和晶振(6MHz)组成8031的外部时钟源电路(如图4.1.1),将C1、C2和晶振组成的回路称为LC并联谐振回路,晶振起电感的作用,谐振频率由晶振的频率所决定,8031单片机的晶振可以选1.2MHz~12MHz。电容C1、C2的取值一般在20Pf~100pF之间(在60pF~70pF时,频率比较稳定)。图4.1.1单片机时钟源采用80C52单片机作为数据处理及显示芯片,80C52的芯片管脚图如下:图3.180C52单片机引脚图8各管脚说明:VCC(40):供电电源GND(20):接地P0(32~39)口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时,P0口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1(1~8)口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。P2(21~28)口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3(10~17)口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口,管脚备选功能9表4.180C52单片机P3口引脚功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD(串行输出口)P3.20INT(外部中断0)P3.31INT(外部中断1)P3.4T0(定时器0)P3.5T1(定时器1)P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器都选通)RST(9):复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。PSEN(29):外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间,每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时,这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP(31):当/EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器(0000H-FFFFH),不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时,/EA将内部锁定为RESET;当/EA端保持高电平时,此间内部程序存储器。在FLASH编程期间,此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1(18):反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2(19):来自反向振荡器的输出。电容C1、C2和晶振(6MHz)组成8031的外部时钟源电路,将C1、C2和晶振组成的回路称为LC并联谐振回路,晶振起电感的作用,谐振频率由晶振的频率所决定,8031单片机的晶振可以选1.2MHz~12MHz。电容C1、C2的取值一般在20Pf~100pF之间(在60pF~70pF时,频率比较稳定)。104.2ADC0809(模数转换芯片)本系统采用ADC0809来转换模拟信号,其管脚图如下:ADC0908引脚功能说明:图4.2ADC0809引脚图ADC0809引脚功能说明IN0~IN7(1~5,26~28):8路模拟量输入端。2-1~2-8(8.14.15.17.18.19.20.21)
本文标题:多路数据采集系统设计报告
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