基于双AD574数据采集板的软件设计.doc
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1、毕业设计(论文) 题 目:基于双AD574数据采集板的软件设计 TITLE:Software Design of Data Acquisition Board Based On Double AD574 二零一零年六月摘 要随着计算机技术的发展与普及,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的领域中,计算机测控技术正发挥着越来越重要的作用。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。它是计算机在监测、管理和控
2、制一个系统的过程中,取得原始数据的主要手段。本论文主要讲述是基于双AD574的数据采集程序设计,两个不同的模拟信号通过两个AD574分别进行A/D转换,得到的值通过经过单片机控制来处理和显示。前端电路要进行相应的处理,用的是OP07进行精确的放大,转化成量程范围内的电压值,再输入到AD574中,同时单片机控制AD574的转换和读写,并将得到的数据进行处理和显示。程序设计主要思路是根据其原理电路图来编写软件程序,将重点以流程图的形式并结合实际的电路进行分析。在 Keil软件调试,分析系统的调试过程出现的问题,总结出现的问题,提出相应的解决办法,最后将对该系统的整体的总结和拓展进行讲述。 该设计结
3、果是一个单独的采集模块,使用方便,快速。采集板的应用可在教学,实验,工业,林业,水利,矿山等各个部门,尤其是对于一些要求测量多个变量的设备很有使用价值,开拓了一个完整的数据采集系统,具有很广的发展前景。关键词:数据采集;AD574;串行显示 ABSTRACT With the development and popularization of computer technology, digital devices are gradually replacing analog equipment. In the wide range areas of process control and s
4、cientific research,computer monitoring and control technologies play an important role in it.However, most of the information is continuously emerging in physical form, such as temperature, pressure, displacement, speed and so on. This information is given way to the computer processing, so we must
5、know the continuous physical discrete and quantitative coding, which become digital.The process is data collection. It is the computer monitor, management and control the process of a system that obtain the original data. This thesis is based on about double AD574 data acquisition program design,tha
6、t is to say two different AD574 analog signal through two separate A/D conversion. The value obtained through a MCU to display and storage. Front-end circuit conducts the appropriate treatment, using the OP07 accurate amplification into a voltage value within the range, and then input to the AD574,
7、conversion and microprocessor of the AD574 controll reading and writing, and there will be the data storage and display. Main ideas of programs are based on the principle of circuit to write software programs, which will focus on the form of a flowchart of the circuit combined with practical analysi
8、s.The Keil Software debugging,which analyses system problems,then sum up the problems, and put forward the corresponding solution,at last,this thesis describe.a summary of the overall system and development. The design result is a single acquisition module,and it is easy to use fastly. Acquisition b
9、oard applications can be used to teaching, laboratory, industrial, forestry, water conservancy, mining and other departments, especially in some of the requirements for the measurement of multiple variables which are useful to develop a complete data acquisition system with wide development prospect
10、s.Key words: data acquisition; AD574; serial display 目 录绪 论10.1.数据采集的应用背景10.1.1 A / D模数转换器发展背景10.1.2本设计基于双A/D转换器研究意义和任务10.2 数据采集的发展的趋势20.2.1现代数据采集系统具有如下主要特点20.2.2 未来发展的数据采集特点2第一章 硬件系统的分析31.1 硬件的整体框图31.2核心硬件模块的思路梳理31.2.1 单片机与AD574接口电路31.2.2 显示模块电路61.3其他硬件电路模块的分析81.4本章小结8第二章 系统的软件设计92.1 软件的设计基础92.1.1
11、Keil51编程软件的介绍92.1.2 Proteus仿真软件的介绍102.1.3 烧写程序软件介绍112.2程序的主要流程图122.2.1主流程图122.2.2 思路介绍132.3 初始化子程序142.3.1初始化init()的流程图142.3.2 思路介绍142.4 AD574启动和读数据子程序142.4.1 主要子程序的流程图142.4.2 编程的注意点162.5 单片机传送并处理数据的子程序172.5.1 数据处理的算法172.5.2 数据处理流程图172.6 显示模块的子程序192.7 中断服务子程序222.8本章小结22第三章 系统的调试233.1软件调试中的硬件检查233.1.1
12、 单片机能正常工作233.1.2 OP07输出有误差243.2软件的调试253.2.1函数中变量的定义问题253.2.2 编译时出现不可打印的错误提示263.3仿真调试中的的结果及数据分析273.3.1 输入可调的模拟信号273.3.2 输入是锯齿波的信号293.3.3 输入是正弦信号303.4系统的调试结果及数据分析323.5本章小结32第四章 系统的应用及展望334.1 系统的应用334.2 系统的展望33结 论35致 谢36参考文献37附录138附录239附录340东华理工大学毕业设计(论文) 绪论 1 绪 论 0.1 数据采集的应用背景 0.1.1 A / D模数转换器发展背景 谈到数
13、据采集就马上想到AD转换器,显然A/D转换器的种类很多分类方法也很多。 从AD转换器的工艺结构来看,早期采用分立元件或某些集成电路单元组装的组件型AD转换器已经被混合集成型或单片集成型AD转换器所取代。单片型AD转换器按照内部所采用的有源器件晶体管的结构类型的不同,又分为双极型、MOS型(主要是CM0S型)和双极MOS相容型三个类别。双极型ADC的优点是具有低噪声、大电流和电压兼容性,实践证明,有良好的稳定性。MOS型的优点是低成本,低功耗,与微处理机、存储器等兼容,存在较大的技术潜力1。 从AD转换器的工作原理来看,积分型ADC的主要特点是:精度较高,电路较简单,对元器件精度要求较低,易于集
14、成,成本低,噪声小,温漂也较小,这种ADC速度都比较低,适用于一般控制用仪器仪表,便于实现十进制数字输出。反馈比较型AD转换器内含一个由DA转换器构成的反馈回路,在实际应用时,转换器的输入端应连接采样,保持电路,转换速率较快,一般属于中速转换器。无反馈比较型AD转换器转换速率最高,高速ADC几乎都是无反馈比较型A/D转换器,这类转换器线路结构复杂,难以实现较高的位数2。 -型入AD转换器是近年来出现的新型AD转换器。它采用总和增量调制原理,并与现代数字信号处理技术相结合,实现了高精度的模数转换。如地震数据采集系统中已普遍采用-型24位A/D转换器,实现了高精度的数据采集1。正是有这样的一个不同
15、时期的发展情况,使得数据采集有了不断的发展,应用的前景也相当的广泛,如:神五,神六,神七的发射,显示我国在数据采集方面已达先进水平,因此,我们要充分运用这样的优势来为社会创造更有用的价值。 0.1.2 本设计基于双A/D转换器研究意义和任务 (1)本设计用到的双12位AD574模数转换的研究意义我们选用的是高速型的AD574芯片,该芯片几十个us时间就可实现据转换,精度也非常的高,缺点是价格有点贵,不过能有好的实验效果还是可以理解的,另外,该设计用的AD574是一种逐次逼近式的模数转换的器件,应用相当的广泛。因为该芯片的精度达到1/4096,可见比其他8位,10位的AD芯片精度高了很多。 转换
16、的时间也很快,大致25us时间进行转换,我们团队就是利用AD574有这样的优点,进行设计一个基于双AD574的数据采集板,这篇论文主要侧重于软件的设计及一些在调试过程中遇到的问题并加以分析和讨论。当然,这块采集板应用很广,可以采集温度的值,步进电机的转数值及一些物理上的应用,比如:磁滞回线试验中的磁感应强度B和激励磁场强度H的值。(2) 本设计的任务 我们之所以喜欢这个题目是因为数据采集是一个很实际的问题,可以同时采集多个变量,如:采集温度,流量,液面高度等,这些足以让学生有去做这个课题的想法。 下面谈谈我们设计的主要任务是设计一个数据采集板,具体要求如下: 实现多个不同的变量的数据采集,处理
17、并显示具体的值。 输入的模拟信号能有很大范围0V200V。 硬件上要性能稳定,尤其是在电源部分。软件上要能以好的程序实现数据采集的功能。 整体系统上要美观,小巧,使用方便,易于携带。0.2 数据采集的发展的趋势0.2.1 现代数据采集系统具有如下主要特点3(1)现代数据采集系统一般都由计算机控制,使得数据采集的质量和效率等大为提高,也节省了硬件投资。 (2)软件在数据采集系统的作用越来越大,这增加了系统设计的灵活性。 (3)数据采集与数据处理相互结合得日益紧密,形成数据采集与处理系统采集、处理到控制的全部工作。 (4)数据采集过程一般都具有“实时”特性,实时的标准是能满足实际需要;对于通用数据
18、采集系统一船希望有尽可能高的速度,以满足更多的应用环境。 (5)随着微电子技术的发展,电路集成度的提高,数据采集系统的体积越来越小,可取性越来越高,甚至出现了单片数据采集系统。 (6)总线在数据采集系统中有着广泛的应用,总线技术它对数据采集系统结构的发展起着重要作用。 0.2.2 未来发展的数据采集特点 除了继承以往的特点,未来数据采集将是在A/D转换器的位数,精度,速度。预测是A/D转换位数是24位以上,采集数据的速度几个ns时间,而且基本上都是集成在一个芯片上,只要加上电源和输入模拟值便可得到具体的数字值,然后经上位机的控制进行处理显示及存储起来,这种发展的趋势必能使数据采集更加快而且精确
19、度更高,使用更方便。 45东华理工大学毕业设计(论文) 硬件系统的分析 第一章 硬件系统的分析 在本章主要涉及到的是硬件系统的分析,即在软件编程中要用到的一些控制信号需要硬件的支持,比如:AD574的时序问题,这个是非常关键的一点,往往决定是否正确的实现数据采集的功能,因此,下面将介绍一下主要的模块。1.1 硬件的整体框图 这个硬件整体设计大致的思路是:单片机控制两个AD574的启动和转换,并读取数据显示,存储。也就是如下图1-1所示的:显示模块和存储模块。输入信号先要经过运算放大器来切换不同的量程,即可以实现从0到200V的电压的变化,显然,这是可以实现的,只是按上一个跳线帽即可实现不同量程
20、的切换,其电路图见附录1。模拟输入端1模拟输入端2 运算 放大 器1 运算 放大 器2 A D 5 7 4 A D 5 7 4 S T C 8 9 C 5 2 显示 模块 存储 模块DB DB控制控制 图1-1 整体框图 1.2 核心硬件模块的思路梳理1.2.1 单片机与AD574接口电路 1.2.1.1 AD574关键的引脚控制思路 A0是字节地址短周期控制端,与12/端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。须注意的是,12/端TTL电平不能直接+5V 或 0V 连接,否则调板就有问题16。表1-1 AD574控制信号表 CE R/ 12/ A0 工作状态 0 * * * * 不工作 * *
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