16路數(shù)據(jù)采集器

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上課程設計（論文）任務及評語院（系）：電氣工程學院 教研室：測控技術與儀器學 號學生姓名專業(yè)班級課程設計（論文）題目多通道數(shù)據(jù)采集器課程設計（論文）任務設計內容1以AT89S51單片機為控制核心，對16路電壓信號進行采集；2設計相應信號采集電路和切換電路；3設計4位按鍵，用于實現(xiàn)手動與自動的切換；4采用6位數(shù)碼管進行顯示；設計要求1應用繪圖軟件畫出完整電路圖；2畫出程序流程圖，編寫較完整的應用程序；3盡可能降低設計的成本；4課程設計字數(shù)：4000字；5嚴禁使用芯片介紹；6嚴禁相互抄襲。技術參數(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

2、1%；3數(shù)碼管前1位顯示通道號，后3位顯示當前通道電壓值。指導教師評語及成績 平時： 論文質量： 答辯：成績： 指導教師簽字： 年 月 日 注：成績：平時20% 論文質量60% 答辯20% 以百分制計算專心-專注-專業(yè)摘要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將輸入的模擬信號轉化為單片機可識別的數(shù)字信號，經(jīng)單片機處理后將處理的數(shù)據(jù)輸出給相應的執(zhí)行部分。本設計的目的是對多路輸入的電壓信號進行監(jiān)測，控制。即將采集到的數(shù)據(jù)進行處理、傳輸、顯示。本設計是對16路電壓信號進行采集并顯示。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，采樣和信號轉換等工作。數(shù)據(jù)的管理

3、包括存儲等功能，數(shù)據(jù)處理就是從采集的原始數(shù)據(jù)中進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?shù)男问捷敵龀鰜?。本設計是將輸入的電壓通過A/D轉換，將模擬電壓信號轉換成數(shù)字信號，然后將數(shù)字信號傳給單片機。經(jīng)單片機分析處理后，將處理數(shù)據(jù)傳輸給顯示系統(tǒng)，即由數(shù)碼管顯示。關鍵詞：單片機；A/D轉換器；數(shù)碼管目錄第1章 緒論1.1簡介及應用 在工業(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上進行處理，由主機根據(jù)這些處理的結果，將控制信號傳輸給現(xiàn)場執(zhí)行模塊進行各種操作。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)廣泛應用于各個領域。國外

4、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，因而得到了迅速的發(fā)展。由于集成電路的制造技術不斷提高，數(shù)據(jù)采集技術已經(jīng)在軍事、航空電子、工業(yè)等領域得到了廣泛的應用。1.2設計概述本設計是以單片機為核心通過AD轉換器對16路電壓信號進行采集并轉換成數(shù)字信號，然后送入單片機，經(jīng)過單片機處理后由數(shù)碼管進行顯示。另外在系統(tǒng)中加入鍵盤用以實現(xiàn)人機交互完成手動和自動的切換。 第2章 課程設

5、計方案2.1 系統(tǒng)概述 本設計是通過對16路電壓信號的采集，全面鞏固A/D轉換器、單片機、鍵盤和顯示的應用。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)，進而對系統(tǒng)進行相應的調整。應用場合：需要對多路電壓信號采集分析的場合。2.2 系統(tǒng)構成 本設計主要由四部分構成：A/D轉換、單片機、鍵盤和顯示。設計構成圖如下A/D轉換單片機數(shù)碼管顯示鍵盤圖 2 系統(tǒng)組成AD轉換器的16個接口分別和外部16路電壓相連接，當任何一個接口的電壓信號進入轉換器后則開始轉換，輸入電壓信號經(jīng)過A/D轉換后成為數(shù)字信號。方案一是將16路電壓經(jīng)過一個多路模擬開關后，然后由輸出端傳給一個AD轉換器，再

6、由轉換器將數(shù)字信號傳給單片機。方案二是直接將16路電壓信號和一個16路AD轉換器相連接，然后輸出給單片機。 方案一考慮了經(jīng)濟方面的因素，但電路連接比方案二復雜，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轉換器的接口的浪費。方案二雖然采用的轉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。所以綜合考慮選用方案二。在轉換器轉換完成后，單片機的控制端給出信號使轉換器輸出通道打開，然后將數(shù)字信號送入單片機。再由單片機處理后并把數(shù)據(jù)轉化成BCD碼輸出給鎖存器，當鎖存器鎖存信號允許打開時由鎖存器驅動數(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

7、來顯示通道，其余三位則用來顯示數(shù)值。系統(tǒng)共設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：跳轉至上一個顯示、跳轉至下一個顯示、一直顯示當前位、跳轉至起始顯示，當單片機掃描到按鍵按下時則程序跳轉至相應的程序，由單片機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章 硬件設計3.1 A/D轉換轉換部分是16路電壓信號通過一個ADC0816進行模數(shù)轉換后，將輸出的八位數(shù)字量通過輸出端傳輸給AT89S51。因為A/D轉換器的工作頻率大約為500KHz，而由單片機ALE口輸出信號的頻率為2MHz，所以要將ALE的輸出通過一個四

8、分頻電路。分頻電路的組成如圖3.1。其中U6的CP端接單片機的ALE。電路是采用兩個74LS74進行四分頻，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)輸出端和單片機的P0口連接，轉換后的數(shù)據(jù)由AD輸出后從P0口進入單片機。轉換器的地址控制端即ADD A-ADD D和單片機的P1.4-P1.7連接，單片機的四個輸出口輸出的數(shù)據(jù)改變時相應的AD轉換器的不同的通道會打開使外部信號進入轉換器，然后把輸入的數(shù)據(jù)進行AD轉換。轉換器的STAR

9、T用來控制轉換的開啟，轉換開啟是手單片機的P3.5控制的，當P3.5輸出一個高電平時會使轉換器啟動。當數(shù)據(jù)轉換完成后要輸出，但輸出允許控制位要受單片機控制的P3.6控制，只有當OE允許時AD轉換器才會把數(shù)據(jù)輸出給單片機。圖 3.2 RETZ R7,$01于本人初涉單片機也無法確保 AD轉換器和單片機連接圖3.2 單片機系統(tǒng)圖3.3為振蕩器和復位電路的電路圖。單片機工作時是需要時鐘電路的，雖然單片機內部有時鐘電路，但自己本身不會工作，必須要在外部給予振蕩源。單片機的復位是靠外部復位電路來實現(xiàn)的，復位可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動。在復位電路中通過按下SW鍵10ms以上的時

10、間便可以使單片機可靠的復位,當RET從高電平變?yōu)榈碗娖胶髥纹瑱C會從0000H地址開始執(zhí)行程序。圖 3.3 晶振和復位電路圖3.4為單片機芯片及引腳圖。其中P0口因為單片機內部沒有上拉電阻所以當使用時在外部需要外接上拉電阻。P1.0-P1.3外接四個鍵盤，通過鍵盤掃描程序對各個鍵盤的狀態(tài)進行掃描。P1.4-P1.7接AD中的四個通道選取的引腳用來控制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，轉換后的數(shù)據(jù)才能由轉換器進入單片機。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動數(shù)碼管顯示。P3口接外部電路相應的控制位，其中P3.0和P3.1接譯碼

11、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接轉換器的ALE和START端控制轉換器的啟動，P3.6接轉換器的輸出允控制端用來控制轉換數(shù)據(jù)的輸出。單片機通過從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)碼管兩部分組成。單片機P2口輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器所存并驅動后面的數(shù)碼管，則相應的字符便會得到顯示。鎖存器74LS273為上升沿所存，當單片機的控制信號給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，驅動數(shù)碼管。當需要顯示下一個字符時則控制端再次給以一個

12、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 軟件設計4.1 程序設計流程圖開始調用采集信號程序設置循環(huán)參數(shù)16轉BCD碼并保存調用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入口進入轉換器，同時單片機控制地址輸入信號使要選擇的轉換通路打開，然后控制信號啟動AD轉換。當轉換結束后，單

13、片機控制輸出允許打開，則轉換數(shù)據(jù)進入單片機。單片機處理后將得到的數(shù)轉化成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入。當16路電壓信號全部顯示一遍后跳轉至起始地址，從新開始進行16路電壓的顯示。16路電壓的循環(huán)顯示則由程序中的判斷語句執(zhí)行。每次執(zhí)行完一次顯示后進行一次判斷，不滿16是則順序往下執(zhí)行，到達16時程序跳轉至開始，重新開始新一輪的轉換和顯示。第5章 課程設計總結本設計主要根據(jù)目前基于對電壓信號采集而設計的，采用了自動化的結構形式，實現(xiàn)對多路電壓的自動檢測和顯示。系統(tǒng)以單片機

14、AT89S51為核心部件，單片機系統(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的控制和顯示程序以達到對16路電壓信號采集的目的。本設計的主要特點是：適用性強，用戶只需對界面參數(shù)進行觀察來判斷系統(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，操作非常簡單。設計存在的不足：本設計只能對小范圍的電壓信號進行監(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雜的場合，本設計在功能實現(xiàn)上就會帶來一定的困難。 參考文獻1

15、梅麗鳳.單片機原理及接口技術.北京：清華大學出版社，20092 李群芳，黃 建.單片微型計算機與接口技術. 北京：電子工業(yè)出版社，20023 楊 博,李宛洲. 基于單片機的新型多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).儀表技術與傳感器，20064 周立功.單片機實驗與實踐. 北京：北京航空航天大學出版社，20045 武慶生,仇梅.單片機原理與應用.電子科技大學出版，19986 朱定華.單片機原理與接口技術.電子工業(yè)出版社，20017 劉瑞新.單片機原理及應用教程.機械工業(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

16、P3.5LCALL DEL AD轉換需要大概10-50us設置一個延遲SETB P3.6CLR P3.5 CLR P3.6AD轉換通道0的轉換程序CLR P1.4 CLR P1.5CLR P1.6CLR P1.7SETB P3.5 LCALL DEL SETB P3.6CLR P3.5CLR P3.6AD轉換通道1的轉換程序LOOP:CLR 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.

17、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 LOOP2JNB P1.3