《單片機(jī)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)論文》

1、目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc391499264 1.功能描述 PAGEREF _Toc391499264 h 3 HYPERLINK l _Toc391499265 2 方案設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499265 h 3 HYPERLINK l _Toc391499266 2.1 系統(tǒng)分析 PAGEREF _Toc391499266 h 3 HYPERLINK l _Toc391499267 2.2 器件選擇 PAGEREF _Toc391499267 h 4 HYPERLINK l _Toc391499268 2.2.1 微處理器 PAGE

2、REF _Toc391499268 h 4 HYPERLINK l _Toc391499269 2.2.2 顯示器 PAGEREF _Toc391499269 h 4 HYPERLINK l _Toc391499270 2.2.3 按鍵 PAGEREF _Toc391499270 h 4 HYPERLINK l _Toc391499271 2.2.4 鬧鈴 PAGEREF _Toc391499271 h 4 HYPERLINK l _Toc391499272 3、硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499272 h 5 HYPERLINK l _Toc391499273 3.1 最小系

3、統(tǒng)設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499273 h 5 HYPERLINK l _Toc391499274 3.2 顯示電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499274 h 6 HYPERLINK l _Toc391499275 3.3 按鍵電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499275 h 6 HYPERLINK l _Toc391499276 3.4 聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499276 h 7 HYPERLINK l _Toc391499277 多通道數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499277 h 7 HYPERLINK l _To

4、c391499278 4、軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499278 h 8 HYPERLINK l _Toc391499279 4.1 操作功能設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc391499279 h 8 HYPERLINK l _Toc391499280 程序編制思想 PAGEREF _Toc391499280 h 8 HYPERLINK l _Toc391499281 4.3 主程序 PAGEREF _Toc391499281 h 9 HYPERLINK l _Toc391499282 5 程序調(diào)試 PAGEREF _Toc391499282 h 16 HYPERLINK l _T

5、oc391499283 6 技術(shù)小結(jié) PAGEREF _Toc391499283 h 17 HYPERLINK l _Toc391499284 7多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用說明 PAGEREF _Toc391499284 h 18 HYPERLINK l _Toc391499285 8心得體會(huì) PAGEREF _Toc391499285 h 19 HYPERLINK l _Toc391499286 9參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc391499286 h 20 HYPERLINK l _Toc391499287 附錄1：電路原理圖 PAGEREF _Toc391499287 h 21 HYPE

6、RLINK l _Toc391499288 附錄2：程序參考清單 PAGEREF _Toc391499288 h 22設(shè)計(jì)報(bào)告1.功能描述利用單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。具有如下功能：1采集的數(shù)據(jù)為0-5V電壓信號(hào)；2通過按鍵選擇任意通道的數(shù)據(jù)顯示或輪流顯示；3可以設(shè)定報(bào)警上下限。自行擴(kuò)展功能，如音樂鈴聲，通訊功能等。2 方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)分析根據(jù)系統(tǒng)功能要求，可將系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)分成五大局部：單片機(jī)控制中心、按鍵接口、多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)碼管顯示和報(bào)警播放音樂，如下列圖為系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖。其中，單片機(jī)控制中心是核心。MCU根據(jù)按鍵輸入，可切換不同的模式或設(shè)置不同的參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)

7、多通道數(shù)據(jù)的采集。報(bào)警播放音樂可設(shè)置最高或最低溫度報(bào)警值。 圖 2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2.2 器件選擇 微處理器市場上微處理器種類很多。這里，選取微處理器從多方面考：本錢低、性能高、能夠滿足功能要求等等。這里，選取STC89C52芯片。因?yàn)槠涔δ芘c普通51芯片相同，其價(jià)格非常低廉、程序空間大、資源較豐富、在線下載非常方便。同時(shí)，使用該芯片，編程上亦可采用所熟悉的KEIL軟件，使課程設(shè)計(jì)非常簡單。 顯示器常見的顯示器件LED數(shù)碼管和LCD液晶器件。LED數(shù)碼管能夠顯示數(shù)字和局部字符，價(jià)格廉價(jià)，硬件電路、軟件編程均非常簡單，而且使用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)可節(jié)省大量硬件本錢。LCD液晶顯示器件，顯示字跡清晰、

8、能夠顯示數(shù)字、字符，本實(shí)驗(yàn)主要是用于顯示所采集的電壓與溫度的顯示。系統(tǒng)顯示主要還是數(shù)字，根據(jù)這兩種顯示器件的特性，選取LED數(shù)碼管器件。由于系統(tǒng)要求顯示所采集的通道數(shù)據(jù)，采用四位數(shù)碼管顯示即可。 按鍵按鍵是用來變換顯示模式以及設(shè)置傳送上位機(jī)信息等功能的。這里采用普通按鍵即可，選用原那么：以最少的按鍵，實(shí)現(xiàn)盡可能多的功能。所以這里，設(shè)置兩個(gè)按鍵：模式鍵、傳送鍵。 鬧鈴選用最常見，亦最常用的聲音提示方式蜂鳴器，用于報(bào)警音樂定時(shí)播放。3、硬件電路設(shè)計(jì)3.1 最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖3.1 最小系統(tǒng)電路3.2 顯示電路設(shè)計(jì)圖3.2 數(shù)碼管顯示電路3.3 聲音報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖3.3 蜂鳴器連接電路3.4 按鍵電路設(shè)

9、計(jì)圖 按鍵電路圖3.5 PCF89C51多通道數(shù)據(jù)采集4、軟件設(shè)計(jì)4.1 操作功能設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)功能描述，可以將功能大致分成四類：多通道數(shù)據(jù)播放采集功能、脈沖波形輸出功能、報(bào)警溫度設(shè)置功能和音樂功能，上位機(jī)信息傳送功能。系統(tǒng)設(shè)有四個(gè)數(shù)碼管，四個(gè)按鍵。采用模式式人機(jī)對(duì)話，便于操作。所以可分成多種菜單，功能鍵切換模式，UP或DOWN鍵可以設(shè)置報(bào)警上下限溫度值。模式設(shè)計(jì)如下：模式1：溫度攝氏度如：，為攝氏度模式2：電位電壓顯示：顯示格式為：伏如模式3：電壓顯示：顯示格式為：.伏如，模式4：輸入電壓顯示：顯示格式為：.伏如模式5：脈沖波形輸出：顯示格式為：NF.分鐘如NF.34,為鬧鈴時(shí)間分鐘設(shè)為34分

10、模式6：調(diào)節(jié)警報(bào)下限：顯示格式為：如為當(dāng)前報(bào)警溫度下限,在此種模式下，UP鍵設(shè)為用來增加報(bào)警溫度下限值、DOWN鍵用來減小報(bào)警溫度下限值。模式7：調(diào)節(jié)警報(bào)上限：顯示格式為：AA.BB攝氏如50.00為當(dāng)前報(bào)警溫度上限，在此種模式下，UP鍵設(shè)為用來增加報(bào)警溫度上限值、DOWN鍵用來減小報(bào)警溫度上限值。模式8：播放音樂：使用蜂鳴器播放音樂。程序編制思想數(shù)碼管采用動(dòng)態(tài)掃描原理。所以系統(tǒng)需使用單片機(jī)定時(shí)器資源。定時(shí)時(shí)間可設(shè)為5ms，即4位數(shù)碼管，每5ms掃描一位數(shù)碼管，20ms循環(huán)一次。另一方面，按鍵接普通IO口，所以按鍵管理程序所涉及到的識(shí)鍵、譯鍵均需采用軟件掃描的方法。這里選用查詢掃描控制方式。所

11、以，程序編制思想為：使用定時(shí)器0完成數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描，并在主程序中循環(huán)查詢按鍵是否被按下。查詢到相應(yīng)的按鍵時(shí)，如模式鍵，那么執(zhí)行相應(yīng)的操作，如切換模式。切換模式的方法，主要是通過程序定義一個(gè)變量，變量不同的值表示不同的模式。在進(jìn)行切換模式后，跳到相應(yīng)模式的處理函數(shù)，并更新數(shù)碼管顯示內(nèi)容。另外，系統(tǒng)有播放音樂功能，所以，切換到播放音樂模式，播放美妙動(dòng)聽的音樂。4.3 主程序程序流程圖主要根據(jù)學(xué)生的思路來繪制這里只給出數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描所涉及的流程圖。圖4.3 電位電壓顯示模塊圖4.4 輸入電壓顯示模塊圖4.5 DA轉(zhuǎn)換波形顯示模塊圖4.6 溫度警報(bào)上限調(diào)節(jié)模塊圖4.7 溫度警報(bào)下限調(diào)節(jié)模塊圖4.8 音

12、樂播放模塊5 程序調(diào)試在程序編制當(dāng)中易出現(xiàn)問題：定時(shí)器中斷的用法、動(dòng)態(tài)掃描的過程、按鍵與顯示的對(duì)應(yīng)，按鍵的消抖動(dòng)等。問題1：在按模式按鍵進(jìn)行切換模式時(shí)，遇到按一次，模式切換屢次的問題解決思路：在按按鍵時(shí)，在IO口由高電平變?yōu)榈碗娖郊暗碗娖阶優(yōu)楦唠娖降倪^程中，會(huì)電平抖動(dòng)現(xiàn)象，為了不讓抖動(dòng)對(duì)按鍵判斷產(chǎn)生干擾，需延時(shí)一段時(shí)間，再判斷按鍵是否按下，并且當(dāng)按鍵一直處于低電平時(shí)在原處循環(huán)，直到電平為高那么退出循環(huán)。問題2：在讀取溫度值時(shí)，讀到的是一個(gè)0255之間的值，并不是我想要的溫度值解決思路：使用PCF89C51讀取溫度值時(shí)，使用IIC協(xié)議讀取時(shí)返回一個(gè)unsigned char 的數(shù)值，最大為255

13、，最小為0，而設(shè)定的溫度是20攝氏度到80攝氏度之間。假設(shè)返回值與溫度值是線性關(guān)系實(shí)際上不是，這里假設(shè)為有線性關(guān)系，方便計(jì)算，建立線性方程，求得關(guān)系系數(shù)為0.235294，將讀到的數(shù)與相關(guān)系數(shù)相乘加20，即得到想要顯示的溫度值。6 技術(shù)小結(jié)單片機(jī)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要技術(shù)應(yīng)包括：單片機(jī)最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)碼管顯示技術(shù)、按鍵檢測技術(shù)、系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、軟硬件調(diào)試等技術(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)：單片機(jī)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含的功能有采集05V的電壓信號(hào)，通過按鍵選擇任意通道的數(shù)據(jù)顯示，設(shè)置警報(bào)上下限以及音樂播放等功能。將功能細(xì)分為8種模式：溫度顯示模式、電位顯示模式、電壓顯示模式、輸入電壓顯示模式、脈沖波形顯示模式、調(diào)

14、節(jié)警報(bào)上限模式、調(diào)節(jié)警報(bào)下限模式及播放音樂模式。選擇不同的模式來實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)單片機(jī)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮到要在數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)顯示采集到的數(shù)據(jù)、溫度報(bào)警的設(shè)置以及要使用PCF89C51芯片來采集幾種信號(hào)等，硬件電路應(yīng)能提供3.3V5V的電壓來正常驅(qū)動(dòng)蜂鳴器等設(shè)備，用USB轉(zhuǎn)串口線來提供系統(tǒng)所要的運(yùn)行電壓。軟件設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)單片機(jī)多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件層時(shí)，要依據(jù)不同的按鍵實(shí)現(xiàn)不同的功能，本系統(tǒng)采用了按鍵查詢的方法來實(shí)現(xiàn)按鍵檢測功能，既簡單易實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際的測試中表現(xiàn)也很穩(wěn)定。在用數(shù)碼管顯示多通道采集的溫度、電壓等信號(hào)時(shí)，因?yàn)槭菍?shí)時(shí)采集動(dòng)態(tài)顯示的，所以在設(shè)

15、計(jì)數(shù)碼管顯示時(shí)，將采集到的數(shù)經(jīng)過相應(yīng)的計(jì)算及轉(zhuǎn)換后，賦給P0，在定時(shí)器0中快速循環(huán)選擇不同的數(shù)碼管段碼，即可動(dòng)態(tài)顯示溫度、電壓等信號(hào)。7多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的使用說明1功能使用：溫度顯示：讀取通過PCF89C51采集的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為2050攝氏度的溫度，在數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)顯示電位電壓顯示：讀取通過PCF89C51采集的數(shù)據(jù)并準(zhǔn)換為05伏的電壓，在數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)顯示電壓顯示：讀取通過PCF89C51采集的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為電壓，在數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)顯示輸入電壓顯示：讀取通過PCF89C51采集的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為05V的電壓，在數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)顯示脈沖波形輸出：通過PCF89C51將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，在示波器上輸出脈沖波形

16、警報(bào)設(shè)置：通過調(diào)整溫度警報(bào)的上下限值，當(dāng)溫度到達(dá)警報(bào)值時(shí)，蜂鳴器警報(bào)播放音樂：播放單片機(jī)上的音樂2操作說明：進(jìn)入系統(tǒng)，在第一個(gè)數(shù)碼管上顯示“0”，按KEY鍵，模式值循環(huán)變換，當(dāng)調(diào)整到要進(jìn)入的模式時(shí)，按下ENTER鍵，即可進(jìn)入該模式。在一種模式下，要進(jìn)入另一種模式時(shí)，直接按KEY鍵，即可循環(huán)選擇模式，之后的過程同上。在調(diào)節(jié)警報(bào)溫度值模式下，按UP鍵，設(shè)定值增加，按DOWN鍵，設(shè)定值減小，顯示值即為設(shè)定值。8心得體會(huì)通過這一周的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了許多有關(guān)51單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管理的東西，實(shí)際動(dòng)手能力也得到了很大的提高，對(duì)51單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程有了進(jìn)一步的了解，通過團(tuán)隊(duì)合作，協(xié)商分析工程，提高了我的團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和能力。在本次課程設(shè)計(jì)中我也遇到了許多的困難，比方用有源蜂鳴器來播放音樂，IIC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，以及對(duì)系統(tǒng)總體構(gòu)思不完整等問題。在以后的學(xué)習(xí)中希望能夠?qū)?1單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更