通道数据采集器（课程设计）(共12页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要：本次课程设计采用的是单片机AT89C51和模数转换芯片ADC0808的温度采集系统。用电位器模拟输入电压，经过AT89C51控制ADC0808将输入模拟电压转换成数字信号，再按给定的公式将电压值转换成温度值，并通过显示模块4位显示数码管显示出来。本论文主要描述了硬件设计部分和软件设计部分，硬件部分更是详细分析了本模拟采集器的各个部分的电路原理，以及各个模块之间的线路连接。并列出了所有的元器件，以及实现数据采集功能的相应程序。该设计出了一个简单实用的数据采集器，具有成本低，可靠性高，扩展功能强等优点。关键词：AT89C51 ADC0808 数据采集目录一. 概述.

2、1 1.设计数据采集器的意义.1 2.数据采集器的主要功能.1二. 硬件电路设计及描述.1 1.方案选择及设计思想.2 2.设计方案的框图.3 3.工作原理.3 4.电路中主要芯片的引脚对应的功能.3 4.1主控芯片AT89C51.3 5.原理图及连接关系.35.1数据输入模块.35.2模数转换模块.45.3主控电路.45.4显示模块.6 6.元件清单.7三. 软件设计流程.7 1.系统模块层次图.7 2.程序流程图.7 3.程序源代码.8四. 测试.11五. 总结.11六. 参考文献.11一. 概述1. 设计数据采集器的意义 数据采集器是一种具有现场实时数据采集、处理功能的自动化设备。具备实

3、时采集、自动存储、实时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证。 数据采集器在各个领域中都有广泛的运用，以后有可能接触到这些设备，有必要深入地分析其工作原理、电路原理，同时设计一个简单、实用的数据采集器。完成这个课程设计也是让我们在学习了模拟电路、数字电路、微机原理、单片机等相关课程理论知识有一个融会贯通的过程。加深对理论知识的理解，以及学会理论知识实际应用的处理方法。为设计一个电子系统吸取经验，为今后的自动化（电气工程）综合设计和毕业设计打下坚固的基础。 同时也是为了培养我们的动手能力，我们在即将毕业的前期积累宝贵的实践经验。为以后工作培养

4、良好的工作态度。以分组的形式，更是让的我们深入理解了团队合作的重要性。3 数据采集器的主要功能 我们的数据采集器采用的主要元件是AT89C51和ADC0808模数转换芯片。其主要功能是模拟采集信号，并对信号进行处理，最终显示出来采集结果。本次设计的要求是采集温度的信号。通过对电压信号的采集，按公式计算出对应的温度。 首先我们的模拟信号采用电位器产生，供给ADC0808，ADC0808有8路数据输入，也就是8路模拟电压信号。在AT89C51的控制下，实现按键转换要求通道的电压值。温度值 T(C)与电压 U(V)对应关系：T=15.4V。通过AT89C51的计算输出结果，显示在4位共阳极数码管上。

5、二. 硬件电路设计及描述1. 方案选择及设计思想 在查阅资料的时候，我们重点查阅了两个方案的资料。 方案一：在AT89C51的控制下，指定某通道将电压信号发生器产生的输入电压信号输入ADC0808转换器，转换成数值信号输入到AT89C51进行数据处理，然后输出并行信号，通过MAX232将并行信号转换成串行信号，再经过串口RS232输入到上位计算机。通过计算机显示出采集模拟稳定信号的数值。 方案二：在AT89C51的控制下，指定某通道将电位器产生的输入电压信号输入ADC0808转换器，转换成数值信号后输入AT89C51进行数据处理，然后输出并行信号。使用四位数码显示管来做独立的显示设备将输出信号

6、显示出来。两套方案的比较，在模拟信号部分，两套方案均产生0-5V的可调电压，方案一采用的是电压信号发生器，方案采用电位器产生可变电压（0-5v），我个人认为和小组成员都觉得用电位器较电压信号更加简单，具有很强的可操作性，可在后期工作中将电位器集成在电路板上，使模拟信号有良好的可移动性。在控制器和模数转换芯片上，两套方案均采用相同的设计思想。两套方案最大的区别在于显示电路上，方案一采用计算机作为上位机，将单片机输出的并行好通过通信芯片MAX232转换成串行信号后，显示在计算机上。方案二则采用独立的显示设备四位数码显示管。可以采用并行动态扫描的方式接入单片机直接读取并行信号。方案一中的需要设计单独

7、的通信模块，使得电路较方案二更加复杂，而且需要在计算机上编写相应的程序，工作量之大。不符合我们简单实用的设计思想。综上所述，我们选择了方案二。在本次课程设计中，根据设计要求，我们组的出发点是设计简单实用的数据采集器，将各个部分模块化，以此为设计思想，尽可能的简化电路设计，使其具有很强的可操作性和可移动性。方案二电路简单实用，成本低，完全符合我们的设计初衷。因此我们选择了方案二。2.设计方案的框图完成信号显示电路主控电路AT89C51采集电路AD0809 按键部分启动信号模拟信号3.工作原理 模拟信号有电位器产生0-5V的可调电压。上电以后，AT89C51输出启动信号给ADC0808，ADC08

8、08开始转换第一通道的模拟信号。转换完成以后发出完成信号给AT89C51，转换后的并行数据由P1口输入单片机，单片机接收数据后由程序按温度值 T(C)与电压 U(V)对应关系：T=15.4V完成换算，最后由P0口输出显示数据，由四位数码显示管显示。ADC0808内部自带8路数据选择器，由单片机控制片选信号，完成按键选择信号的功能。4.电路中主要芯片的引脚对应的功能4.1主控芯片AT89C51 AT89C51与AT89S52相仿，具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优

9、先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。 此外，AT89S52设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 VCC: 供电电压。GND：接地。PO口：PO口为一个8位漏极开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当PI口的管脚第一次写入1时，被定义为高祖输入。PO能够用于外部程

10、序数据存储器，他可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，PO作为原码输入口，当FIASH进行校验时，PO输出原码，此时PO外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的八位双向I/O口，P1口缓冲器能接受输出4TTL门电流。P1口管教写入1时，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受。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8为双向I/O口，P2口缓冲器可接受，输出4个TTL门电流，当P2口被写1时，其管脚内部上拉电阻被拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉

11、低，并输出电流，这是由于内部上拉的缘故，P2口作为外部程序存储器或16位地址外部存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址1时，他利用内部上拉优势，当对外部8位存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接受高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚时八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，他们被内部上拉为高电平，并用做输入，作为输入由于外部下拉位低电平，P3口将输出电流这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，P3口同时为闪烁编程和编程校验接受一些控制信号。 RST：复位输入。

12、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。 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡频率的1/6.因此它可用作对外部输出地脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用做外部数据存储器时，将跳一个ALE脉冲。而想禁止ALE脉冲的输出可在SFR8EH地址上置0.此时ALE只有执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 PSEN：外部程序存储器的选通信号，再由外部程

13、序存储器取值期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部存储器时，这两次有效地/PSEN信号将不出现。EA/VPP:当EA低电平时，则在此期间外部存储器（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保持高电平时，此间内部程序存储器，在FLASH编程器件，此引脚也用于施加12v编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器输出。5.原理图及连接关系 5.1数据输入模块 本次采集器设计的输入的模拟信号比较简单，采用滑动变阻器，外接+5V电压作为输入模拟信号，标示为RV1分

14、别接入模数转换芯片ADC0808的IN0-IN7（26,27,28，1,2,3,4，5号管脚）。完全符合输入模拟信号0-5V的调节范围，有效可靠的模拟电压信号。 5.2模数转换模块模拟信号通过输入端IN0IN7：8路模拟量输入端。ADDA,ADDB,ADDC三个是数据选择控制端输入片选信号与P3.1,P3.2,P3.3连在一起，由A，B，C和IN0-IN7构成3-8数据器，通过AT89C51中的按键程序控制片选信号。START是 AD转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0808复位，下降沿启动A/D转换）。ALE是地址锁存允许信号，输入，高电平有效。将A

15、LE和START连在一起与P3.4相连，在A/D转换完成后正脉冲的处于高电平，即可控制地址锁存器。该脉冲依靠编写的单片机中断程序模拟一个正脉冲控制。OE端口是数据输出允许信号，由单片机输入高电平控制。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。OUT1-OUT8是A/D转换的输出数字端口，与P1口相连。连接方式是OUT1-OUT2和P1.7-P1.0。12和16号管脚是接基准电压分别接VCC和GND。另外10号端口是时钟频率大小不得超过640KHZ。本次设计中我们采用终端输出脉冲来模拟这个时钟脉冲，但是效果不好，所以采用外接500KHZ的信号。5.3 主控电路 这是单

16、片机部分的复位电路和时钟脉冲电路。复位电路采用电平复位的方式，晶振的频率为11.0592MHZ。连接方式如图分别连到单片机的19，18,9好脚。这是AT89C51单片机主控部分的接法，其中P3.1到P3.7与A/D转换芯片相连，做控制口。在A/D部分已经详细介绍了连法。P2.0-P2.3是四位数码显示管的控制端。P2.5和P2.6是按键的控制端。P0.0-P0.7是显示的数据输出端与四位数码管的A-G相连。 这个是简单的按键部分，P2.4按键选通转换那一路，执行的方式是按一下显示下一路，按0-7路的方式循环。5.4显示模块温度显示部分，我们使用的是四位数码管（共阳极），其中标示的是P0.0-P

17、0.7和A-DP的连接方式，是数据输出端。P2.0-P2.3与1-4相连，做控制端口，控制那一位显示。RP1是排阻，阻值单个是1K。因为PO口是用来做数据端的，必须串上拉电阻。通道标号显示部分，通过4511与P3.1-P3.3连接译码，驱动数码管（共阴极）显示通道标号。6.元件清单 本次课程设计所用元件清单如下：元器件名称数量（个）ADC08081AT89C51145111单个数码显示管174HC24511K排阻11K滑动变阻器810uF电容133P电容2按键开关2510电阻110K电阻112M晶振14位一体数码显示管1三软件设计流程 1.系统模块层次图按键模块显示模块主控制器A/D模块模拟信

18、号2. 程序流程图 开始 If(K！)调用数据处理子程序 初始化 开始A/D转换调用显示子程序 否 地址+ 是地址小于8 结束3 程序源代码#include#include#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;sbit K1=P24;sbit P07=P07;uchar

19、t1=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;uchar a,b;/void delay1(); void display(uint temp1);/*延时1 */void delay1(void) for(a=248;a0;a-); for(b=248;b0;b-);/*延时2*/void delay2() int i; for(i=5000;i0;i-);/*A/D转换程序*/uchar AD()uchar dat;if(!EOC) START=1; START=0; while(!EOC); START=1; START=0;

20、dat=input; return dat;/*加地址，选择模拟通道*/void get_add(uchar add) CC=add/4; BB=add%4/2; AA=add%2; delay2();/*动态扫描程序*/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(); P2=0xf2; P0=t1cc; delay1(); P2=0xf4; P0=t1bb

21、&0X7F; delay1(); P2=0xf8; P0=t1aa; delay1();/*电压显示转温度显示函数*/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) while(!K1); tt+;tt=tt%8; /*中断时钟脉冲*/void timer() i

22、nterrupt 1 CLK=CLK;四. 测试 在仿真成功以后，我们开始进行对电路板开始布线，并检查元器件时候有损坏。完成了检查工作之后，便开始焊接元件。在电路焊接完成后，在没有加电的情况下对电路进行测试，对照电路原理图检查电路中是否有虚焊和漏焊。在完成了上述基本的检查之后，给电路上电，对各个部分的电路进行了检查。1 模拟信号的测试 模拟信号采用的是8个电位器，电源接0-5V，输出的电压经过电压表的测试与设计要求中的相符合。当电位器值满时，理论电压为5V，用电压表测出值为4.98V。与所要求的值误差不大。2 单片机电路测试 在接上电源以后，首先对整个电路的核心部位AT89C51进行了测试，他

23、的稳定是至关重要的，因为他控制着整个电路板的运行。AT89C51的电压输入点测试电压为3.44V，说明其驱动的电压是正常的。3 数据采集电路的测试 给系统接上电源以后，对本次设计的核心内容进行了测试。电位器构成的可调电压输入ADC0808中，经过单片机控制采集并进行处理后显示在数码管上。在接电源以前先将已经写好的程序烧入单片机中。当调节电位器的阻值时，温度由0到76.6变化。说明我们的数据采集器已经完成了采集数据的功能。五. 总结本次课程设计用AT89C51和ADC0808以及四位数码显示管为主要元件，设计出了简单，实用的数据采集器。本文详细介绍了各个芯片的功能和特点，以及介绍了各芯片之间的连

24、接方式。还编写了实现数据采集器的相应程序。本数据采集器最大的优点是结构简单，成本低，且具有很强的可移植性。为数据采集系统提供了一个可靠的解决方案。 经过本次课程设计，使我深深的体会到了理论应用在实际中的存在相当多的问题。要把所学的知识融会贯通也不是一件容易的事情。比如尽管通过Proteus仿真出结果，但是仿真和实际电子元器件依然存在很大的差距。要学会如何矫正这些误差，实现系统的功能着实不容易。在焊接元件的时候一不小心也容易出差错。为后期造成很大的困难，因为等焊接完成后，在密密麻麻的线上查找错误很困难。 这次课程设计也让我学到了很多东西，比如对Proteus和keil的使用。学会如何制作仿真图，调用库元件。掌握了如何使用示波器以及其他电子设备。可以使用keil编写简单的程序。对我以后的工作和学习都有巨大的影响。 六. 参考文献 1.康华光.电子技术基础.高等教育出版社，2006.1。 2.萧家源.电子仪表原理与应用.科学出版社，2004。 3.陈尚松 等.电子测量与仪器.电子工业出版社，2004。 4.于海生 等.计算机控制技术.机械工业出版社，2007.5。 5.彭伟 编著.单片机C语言程序设计实训100例.北京：电子工业出版社，2009.6。专心-专注-专业