数据采集课程设计

数据采集系统设计1目录摘要....................................................3第一章方案论证..........................................41.1设计思路..........................................41.1.1A/D模数转换的选择............................41.1.2单片机的选择..................................41.1.3显示部分......................................41.2设计方案..........................................5第二章硬件部分..........................................62.1硬件设计的基本原则.................................62.2单片机............................................62.1.1单片机的概述..................................62.1.2简介AT89C51..................................72.2ADC0808..........................................102.2.1ADC0808概述..................................102.2.2简介ADC0808.................................102.3电路设计.........................................132.3.1主电路设计...................................132.3.2复位电路设计.................................132.3.3时钟电路设计.................................142.3.4显示电路的设计...............................15第三章软件部分.........................................17数据采集系统设计23.1软件设计的基本原则................................173.2软件模块的划分....................................173.3主要程序.........................................18第四章调试仿真.........................................204.1结果演示.........................................204.2结果分析.........................................21总结..................................................23参考文献................................................24数据采集系统设计3摘要当用计算机来构成数据采集或过程控制等系统时，所要采集的外部信号或被控制对象的参数，往往是温度、压力、流量、声音和位移等连续变化的模拟量。但是计算机只能处理不连续的的数字量，及离散的有限值。因此，必须用模数转换器即A/D转换器，将模拟信号变成数字信号后，才能送入计算进行处理。本次设计硬件部分是以AT89C51单片机为核心，包括A/D模数转换模块ADC0808的一个数据采集系统，显示部分采用的是LED数码管，完成每个数据的显示。而软件部分采用模块化设计，结构清晰，修改简单，可读性强，整个软件有显示模块，数据采集模块和主程序模块等。数据采集系统设计4第一章方案论证1.1设计思路1.1.1A/D模数转换的选择A/D转换器的种类很多，就位数来说，可以分为8位、10位、12位和16位等。位数越高其分辨率就越高，价格也就越贵。A/D转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。(1)逐渐逼近式A/D转换器：它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。(2)双积分A/D转换器：它是一种间接式的A/D转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，缺点是数度很慢，适用于对转换数度要求不高的系统。(3)并行式A/D转换器：它又被称为flash（快速）型，它的转换数度很高，但她采用了很多个比较器，而n位的转换就需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也很贵，只适用于视频A/D转换器等数度特别高的领域。鉴于上面三种方案，在价格、转换速度等多种标准考量下，在本设计选用的是逐渐逼近式A/D转换器——ADC0808。1.1.2单片机的选择单片机是一种面向大规模的集成电路芯片，是微型计算机中的一个重要的分支。此系统是由CPU、随即存取数据存储器、只读程序存储器、输入输出电路（I/O口），还有可能包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路（LCD和LED驱动电路）、脉宽调制电路、模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成了一个最小但完善的计算机任务。单片机要使用特定的组译和编译软件编译程序，在用keiluvision3把程序下载到单片机内。而本设计选用的是AT89C51。1.1.3显示部分此次显示部分采用LED数码管。LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了4个LED显示管，对LED数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。LED数码显示有动态扫描显示法和静态显示。在单片机中，为了节省硬件资源，多采用动态扫描显数据采集系统设计5示法。LED的优点：1.体积小2.耗电量低3.使用寿命长4.高亮度、低热量5.环保6.坚固耐用1.2设计方案此次试验采用ADC0808进行A/D转换，首先ADC0808采集到的模拟量转换为一个8位二进制数，然后再通过I/口送入单片机内部进行处理，单片机经过一系列的运算和校准后，通过LED数码管将数值显示出来。数据采集系统设计6第二章硬件部分2.1硬件设计的基本原则(1)经济合理系统硬件设计中，一定要注意在满足件能指标的前提下，尽可能地降低价格，以便得到高的性能价格比，这是硬件设计中优先考虑的一个主要因素，也是一个产品争取市场的主要因素之一。(2)安全可靠选购设备要考虑环境的温度、湿度、压力、振动、粉尘等要求，以保认在规定的下作环境下，系统性能稳定、工作可靠。要有超量程和过载保护，保证输入、输出通道正常工作。要注意对交流市电以及电火花等的隔离。要保证连接件的接触可靠。（3)足够的抗干扰能力有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。2.2单片机2.1.1单片机的概述单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位及32位单片机。它们被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、智能接口、仪表仪器等各个领域。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥越来越大的作用。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到数据采集系统设计7了长足发展。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势：1、微型单片化2、低功耗CMOS3、与多品种共存4、可靠性和应用水平越来越高单片机有着微处理器所不具备的功能，它可以独立地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能这就是单片机的最大特点。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微机控制系统。它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使芯片具备特定的智能2.1.2简介AT89C51描述AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机带有4K字节的可反复擦写的程序存储器（PENROM）。和128字节的存取数据存储器（RAM），这种器件采用ATMEL公司的高密度、不容易丢失存储技术生产，并且能够与MCS-51系列的单片机兼容。片内含有8位中央处理器和闪烁存储单元，有较强的功能的AT89C51单片机能够被应用到控制领域中。功能特性AT89C51提供以下的功能标准：·与MCS-51兼容·4K字节可编程闪烁存储器·寿命：1000写/擦循环·数据保留时间：10年·全静态工作：0Hz-24MHz·三级程序存储器锁定·128×8位内部RAM·32可编程I/O线数据采集系统设计8·两个16位定时器/计数器·5个中断源·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·片内振荡器和时钟电路另外，AT89C51还可以进行0HZ的静态逻辑操作，并支持两种软件的节电模式。闲散方式停止中央处理器的工作，能够允许随机存取数据存储器、定时/计数器、串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存随机存取数据存储器中的内容，但震荡器停止工作并禁止其它所有部件的工作直到下一个复位。引脚图图1AT89C51的引脚图管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0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。当数据采集系统设计9P1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口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下列所示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2