高精度AD采集系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計說明書

2023屆畢業(yè)設(shè)計說明書高精度多路A/D采集系統(tǒng)的設(shè)計院、部：電氣與信息工程學院學生姓名：指導教師：職稱講師專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣本0904完成時間：2023-5-25摘要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)的控制領(lǐng)域中，越來越多的模擬信號需要2數(shù)字量來顯示。需求的精度越來越高，采集通道越來多。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是模擬域與數(shù)字域之間必不可少的紐帶，它的存在具有非常重要的作用。本文主要介紹了基于單片機的高精度的多路A/D采集系統(tǒng)的設(shè)計。系統(tǒng)主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件設(shè)計包括單片機主控模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LCD液晶顯示模塊，鍵盤輸入模塊。數(shù)據(jù)采集的控制是采用了AT89S51單片機為核心來實現(xiàn)，11路模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)模擬量到12位二進制數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過單片機接收、處理、并用LCD液晶來顯示所采集的結(jié)果。此系統(tǒng)采樣精度為1/4096，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，液晶所顯示數(shù)據(jù)結(jié)果可以精確到小數(shù)點后7位。同時通過鍵盤作為人機交換接口，通過鍵盤來操作，來選擇TLC2543所連接11路中其中一通當前測試值。軟件設(shè)計采用C51編程，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等功能。關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換；高精度；單片機；液晶顯示

AbstractWiththeconstantlyimprovementofdataacquisitionsystem(DAS),whichhasbeensignificantlyappliedtothesefieldslikemilitary,avionics,aerospacetechnologyandindustryandsoon,thereevolutedasingle-chipmicrocomputerDASthathashighperformanceandhighreliability.Andthisexpertisehasbeenextensivelyappliedtothefieldofindustry.Sinceatthecontrolpointofthisfield,moreandmoreanalogsignalsneedbedisplayedindigitalquantity.Andthisprocessneedhigherandhigherdemandofprecisionandmoreandmoredemandsofacquisitionchannels.DASistheessentialconnectionbetweentheanalogdomainandthedigitaldomain.Thisthesiswillmainlyintroduceasystemdesignbasedonsingle-chipmicrocomputerDASofhighaccuracyandmulti-channelA/D.Thisdesignconsistsofhardwaredesignandsoftwaredesign,ofwhichthehardwaredesignincludesthesingle-chipmicrocomputercontrolmodule,A/Dconversionmodule,LCDmoduleandkeyboardinputmodule.AndthedataacquisitioncontrolprocessofitadoptsAT89S51asthecore,whereNo.11analogsignalconvertsinto12bitbinarydigitalquantitythroughtheA/DconverterTLC2543,andthenbereceived,processedanddisplayedonLCD.ThesefinaldataonLCDcouldbegiventosevendecimalplaceswiththesamplingaccuracyofitat1/4096.Andthekeyboardasman-machineexchangeinterface,selectsoneofthecurrenttestvaluesofNo.11connectedwithTLC2543.ThesoftwaredesignusesC51programmingtorealizethesefunctionsofthedataacquisitionsystem,theA/Dconversionsystem,datadisplay,datacommunication.Keyword:A/D；conversionprecision；MCU；LCDdisplay目錄TOC\o"1-3"\h\u51531緒論1153411.1課題研究的目的和意義1295991.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀292751.3課題研究的主要內(nèi)容372962方案論證與選擇486622.1系統(tǒng)設(shè)計方案論證4251042.2器件選擇683542.2.1A/D芯片的選擇6223682.2.2單片機的選擇7192562.2.3顯示屏的選擇764462.2.4按鍵的選擇8173653硬件系統(tǒng)設(shè)計9308813.1單片機系統(tǒng)9240243.1.1簡介AT89S529310523.1.2單片機最小系統(tǒng)原理圖109813.212864LCD應(yīng)用原理12212503.2.1概述12186413.2.2基本特性13282383.2.3模塊接口說明1357053.2.412864與單片機硬件連接圖1334383.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC254315290383.3.1TLC2543的引腳排列及說明15258753.3.2TLC2543的工作過程17305653.3.3接口時序 17215353.3.4TLC2543與單片機硬件連接圖19124343.4矩陣式鍵盤20313014系統(tǒng)軟件設(shè)計2169654.1簡介KeilUvision421114504.2程序設(shè)計2140604.2.1主程序 213414.2.2液晶驅(qū)動程序 22303294.2.3鍵盤掃描程序 25112194.2.4數(shù)據(jù)采集程序 25146235仿真與調(diào)試3015645.1Proteus介紹3024835.2采集系統(tǒng)仿真與分析3191405.3液晶顯示系統(tǒng)調(diào)試32312515.4設(shè)計總結(jié)334547致謝358830參考文獻 3612378附錄A原理圖 3712362附錄BPCB圖 3814048附錄C程序 391緒論1.1課題研究的目的和意義科學技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學技術(shù)的進步同時也帶動了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)上都發(fā)生了翻天覆地的變化。已經(jīng)進入了高速發(fā)展的信息時代的我們，測量技術(shù)已經(jīng)是當今社會的主流，被廣泛地深入到了應(yīng)用工程的各個領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用的關(guān)注度越來越高，并且由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的迅速發(fā)展，它在各種領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于模擬信號測量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)換為數(shù)字量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，例如：城市路燈故障檢測、供電線路防盜監(jiān)視、城市居民小區(qū)供熱檢測、大型倉庫溫度檢測、工業(yè)生產(chǎn)測控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫度測控、環(huán)保工程、故障監(jiān)控工程等。20世紀50年代開始出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，1956年美國的軍事領(lǐng)域首次據(jù)采集系統(tǒng)中的測試系統(tǒng)被運用，此測試系統(tǒng)你需要任何測試相關(guān)文件，同時所有測試設(shè)備都可以在不熟啦的操作人員手里進行全自動化。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有運行速度高，靈活性強的特點，因此完全取代了傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務(wù)的情況。到了60年代后期，許多國內(nèi)外國家都先后出現(xiàn)成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)，而且這些設(shè)備系統(tǒng)都為專用。20世紀70年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將微型機、采集器、儀表同計算機溶為一體，這一成就空前的突破。無論是從性能還是處理速度上，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完全超越了傳統(tǒng)的自動檢測儀和專用采集系統(tǒng)。從而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又一次革命性改變。從70年代之后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在發(fā)展過程中逐漸出現(xiàn)了兩類，一為實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一為工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。20世紀80年代由于計算機的漸漸被普及，A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展進行又一次的飛躍，通用的A/D數(shù)據(jù)采集和自動測試系統(tǒng)產(chǎn)生了。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要同樣分為兩類，一類系統(tǒng)主要適用于實驗室的以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計算機組成，而且在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應(yīng)用范圍。第二類則在工業(yè)現(xiàn)場被廣泛應(yīng)用，這類主要以數(shù)據(jù)采集器、標準總線和計算機技術(shù)構(gòu)成。20世紀80年代后期，隨著數(shù)據(jù)采集發(fā)展，A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將單片機、計算機以及集成電路的結(jié)合一起，同時利用用軟件管理，將系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成數(shù)倍增加，數(shù)據(jù)處理能力加強。20世紀90年代至今，在凡事國際上技術(shù)先進的國家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無論是在軍事領(lǐng)域，還是航空航天的電子設(shè)備及宇航技術(shù)，或者是一般工業(yè)領(lǐng)域中都是密不可分的一本分。隨著集成電路制造技術(shù)的不斷提高，開始出現(xiàn)了單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），此類系統(tǒng)性能高、可靠性強。隨著此類技術(shù)不斷的提高，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)領(lǐng)域，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于此階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的模塊式結(jié)構(gòu)，人們根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的模塊變動，并結(jié)合相應(yīng)系統(tǒng)編程修改系統(tǒng)，迅速組成一個新的系統(tǒng)。盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展取得了很大的進步，而且一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成僅僅只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡，把數(shù)據(jù)采集卡插在微機的擴展槽內(nèi)并輔以應(yīng)用軟件，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會對基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而雙單片機又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c同時進行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這就使得以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。1.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為信息科學的重要分支之一,它要研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等各項問題。它主要是對傳感器接受的模擬信號的測量與處理,以微型計算機等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合性應(yīng)用技術(shù)。A/D數(shù)據(jù)采集也是從單個到多個模擬信號獲取信息的一個過程，簡單講就是獲取模擬信息。隨著微型計算機技術(shù)的不斷飛速發(fā)展,A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成為生活中日益重要的檢測和監(jiān)控技術(shù),被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時監(jiān)控多項測試的場合。A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是工業(yè)控制系統(tǒng)中非常關(guān)鍵,使用功能獨立的單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)測控系統(tǒng)，而且A/D數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個工業(yè)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號通過A/D芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進行分析、處理、傳輸、存儲和顯示。從20世紀中期開始，在過去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的迅速發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了飛躍的進步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集。在我國，很多領(lǐng)域都用到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如地震監(jiān)控系統(tǒng)TDE-124C、TDE-224C，如航空航天太空檢測。同時，近年來，我國又成功研制了動態(tài)范圍大、兼容性更強、線性度更高、低功耗可靠性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。是我國在這一領(lǐng)域有突破性進展。該數(shù)據(jù)采集首先是電信號模擬放大后，然后將A/D數(shù)字化，A/D采用同時采樣，保持采樣，將采樣數(shù)據(jù)經(jīng)DSP數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字信號。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備了24位A/D轉(zhuǎn)化位數(shù)，精度非常高，同時采樣率也是非?？旆謩e有50HZ、100HZ、200HZ。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不斷的發(fā)展，新一代機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應(yīng)用也在快速地發(fā)展。這類機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達500K/S,同步時間為+/-250ns，可以利用方式組成高達1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。1.3課題研究的主要內(nèi)容多路采集系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于各種模擬信號測量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)換為數(shù)字量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，考慮到許多工業(yè)環(huán)境中對多點模擬信號進行監(jiān)控。同時要求采集到數(shù)據(jù)的準確度要求非常高，所以高精度多路A/D采集系統(tǒng)是不可少的采集系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用TLC2543負采集十一路數(shù)據(jù)，TLC2543是精度為12位，有11路采集數(shù)據(jù)通道的AD轉(zhuǎn)換芯片。單片機是負責處理接受過來的數(shù)字量的處理及最后處理結(jié)果送給液晶顯示。單片機功能強大、抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點,使得基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.該系統(tǒng)采用的是AT89S52單片機，能夠滿足設(shè)計要求。顯示為LCD12864顯示屏，顯示功能強大，且操作界面通俗易懂，方便。為滿足按鍵需求，采用采用矩陣式鍵盤。通過鍵盤操作來確定顯示11路通道中任一通道的模擬信號值。本論文研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：（1）硬件設(shè)計系統(tǒng)是以單片機為控制器，設(shè)計好單片機最小系統(tǒng)，包括振蕩電路、復位電路、下載及電源電路，同時液晶顯示電路也非常重要。同樣還有TLC2543數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設(shè)計。（2）軟件設(shè)計軟件設(shè)計同樣是系統(tǒng)的非常關(guān)鍵的一步，其的作用為將做好的實物實現(xiàn)設(shè)計需要所達到的要求。軟件設(shè)計主要包括主控制程序、鍵掃程序、液晶顯示驅(qū)動程序、TLC2543數(shù)據(jù)采集程序、以及數(shù)據(jù)處理程序、最后還有顯示程序。（3）調(diào)試與仿真調(diào)試是做設(shè)計重要環(huán)節(jié)，本次設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分采用仿真，而液晶顯示，以及單片機控制主程序，通過實物調(diào)試來實現(xiàn)。2方案論證與選擇2.1系統(tǒng)設(shè)計方案論證數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。70年代初，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。改變的原因是因為計算機技術(shù)的提高一級集成電路的發(fā)展，是微處理器誕生了。于是微處理器控制的采集系統(tǒng)代替了原來由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)。系統(tǒng)通過編程來驅(qū)動為控制器，采樣數(shù)據(jù)通過A/D芯片進行邏輯操作處理，讓系統(tǒng)更加靈活。只要硬件不出問題系統(tǒng)將一直正常運行。是系統(tǒng)成本降低。在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量，而A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，它需要考慮的指標有：分辨率、轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換誤差等等。而單片機是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計方案有很多種，但是基本分為三類，分別是以DSP、單片機、ARM為核心的的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（1）基于DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首先都是是對模擬信號進行采集，都需要把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后利用DSP數(shù)字信號進行處理。隨著DSP的集成度越來越高，功能越來越強大，但是它的根本作用仍然是連接模擬世界和數(shù)字世界的橋?；贒SP的數(shù)據(jù)采集方案都是高速系統(tǒng)。DSP作為數(shù)據(jù)采集的控制核心。處理數(shù)據(jù)的結(jié)果，則通過USB傳送給PC機進行顯示。其大體框架如圖1所示。（2）基于單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案基于單片機為核心的高進度數(shù)據(jù)采集，單片機是采用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造。在單芯片上，可編程Flash可以靈巧的在系統(tǒng)上運用，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在控制領(lǐng)域中廣泛利用。此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由信號調(diào)理電路，電子模擬開關(guān)，采樣保持電路，A/D,單片機、顯示接界面等組成。大體系統(tǒng)框圖如圖2所示。（3）基于ARM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案ARM系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域為：Internet設(shè)備、高檔工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動等多種多媒體和高端嵌入式應(yīng)用，ARM處理器帶高檔應(yīng)用中占有很大的市場空間。基于ARM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計，是以嵌入微處理器（ARM）為處理芯片，液晶屏顯示，鍵盤操控，以Linux為操作系統(tǒng)。同時可通過485進行數(shù)據(jù)傳送給遠端。同樣可以通過CAN或TCP/IP連接PC，其框架圖如圖3.圖1DSP采集系統(tǒng)框圖圖2單片機系統(tǒng)框圖圖3ARM系統(tǒng)框圖以上三種方案都有各自的特色及優(yōu)良點，DSP處理速度快，是專門的數(shù)字處理器，運算能力非常強大。在高端領(lǐng)域DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到廣泛運用。但是監(jiān)控比較困難，需要上位機進行協(xié)助。同時也要通過上位機進行顯示，操作復雜。同樣ARM處理器功能強大，且可帶操作系統(tǒng)，現(xiàn)以ARM為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，無論從運用范圍還是性能上都是高端。而且ARM為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以進行遠程傳送數(shù)據(jù)，同樣可以與PC聯(lián)合控制。也可在此基礎(chǔ)上增加其它強大功能。對于功能強大的ARM，只是用在數(shù)據(jù)采集上是一種資源浪費，加上ARM的價位比較高，且應(yīng)用領(lǐng)域相對高端，指令復雜，而且管腳多且復雜。單片機在控制和工業(yè)領(lǐng)域中運用廣泛，而且單片機結(jié)構(gòu)簡單，編程方便，價格便宜，能自主驅(qū)動顯示界面。在性能上處理速度上比不上DSP，功能上不如ARM強大，但是對于此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都是合適的。經(jīng)過比較本方案二，以單片機為核心設(shè)計高精度多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2.2器件選擇2.2.1A/D芯片的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來說，可以分為8位、10位、12位和16位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價格也就越貴。A/D轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。數(shù)據(jù)的采集可以通過A/D轉(zhuǎn)換與V/F轉(zhuǎn)換。同樣從轉(zhuǎn)換方式上來分析，A/D轉(zhuǎn)換又分為積分和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器等；從接口形式上又分為并行和串行。還有一種將電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號的方式叫V/F轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換方式是通過然測出頻率再通過算法計算出出物理量，這種只適合少信號場合。(1)逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器：它是一種采用最多的一種A/D轉(zhuǎn)換方法，它是是由D/A轉(zhuǎn)換器從高位到低位依次增加轉(zhuǎn)換位數(shù)產(chǎn)生不同電壓值與輸入電壓值比較進行實現(xiàn)。其特點速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間在幾微秒到幾百微秒之間。(2)雙積分A/D轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的A/D轉(zhuǎn)換器，模擬電壓和參考電壓進行兩次積分，變換成與電壓均值成正比的時間間隔，利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出時間間隔。優(yōu)點是抗干擾能力強，精度比較高，缺點是速度很慢，適用于對轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。(3)計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換特點簡單，但速度比較慢，特別是模擬電壓較高時，轉(zhuǎn)換速度更慢。鑒于上面三種方案，在精度、抗干擾能力、價格、轉(zhuǎn)換速度等多種標準考量下，在本設(shè)計選用的是開關(guān)電容逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器——TLC2543。TLC2543具有以下特性：1）12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器；

2）在工作溫度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時間；

3）11個模擬輸入通道；

4）3路內(nèi)置自測試方式；

5）采樣率為66kbps；

6）線性誤差±1LSBmax；

7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC；

8）具有單、雙極性輸出；

9）可編程的MSB或LSB前導。2.2.2單片機的選擇單片微型計算機簡稱為單片機，常用縮寫MCU表示，是典型的嵌入式微控制器（MicrocontrollerUnit），單片機同時又稱單片微控制器，它是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運算能力的CPU、RAM、ROM、輸入輸出I/O口、定時計數(shù)器、SCI、顯示器驅(qū)動電路等電路集成到一塊單片機上，構(gòu)成一個最小卻很完善的計算機系統(tǒng)。這些電路通過編程代碼來控制，能準確快速的完成設(shè)計者先前規(guī)定的任務(wù)。總之單片機的特點可以歸納為以下幾個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這主要的幾個方面。單片機可分、為4位、8位、16位及32位單片機。它們被應(yīng)用在不同領(lǐng)域里，8位單片機由于功能強大，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領(lǐng)域。在中、小規(guī)模應(yīng)用場合，8位單片機仍占主流地位，在單片機應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。隨著移動通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進入人們的生活，為了滿足需求，32位單片機應(yīng)用也得到了長足發(fā)展。經(jīng)思考本設(shè)計系統(tǒng)選用的是AT89S52，此單片機性為8位單片機，能強大，在價格，運行速度，處理速度上都滿足需求。2.2.3顯示屏的選擇（1）數(shù)碼管顯示LED數(shù)碼顯示管是一種由發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它由8個LED顯示管，其中7個用于顯示字符，1個用來顯示小數(shù)點，稱為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。LED數(shù)碼顯示分為動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。不管那種驅(qū)動顯示都需要占用許多IO口。（2）液晶顯示LCD12864液晶顯示屏是一種顯示功能比較強大的顯示屏。LCD12864液晶顯示屏是一種帶有中文字庫的屏，同時也是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64,內(nèi)置8192個16*16點漢字，和128個16*8點ASCII字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字.也可完成圖形顯示.價格便宜同樣是該模塊的顯著特點。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無論從硬件或者軟件上都要簡便的多，且此模塊的價格與其它相同類型的顯示屏都要低。然而對于本設(shè)計的中有多路數(shù)據(jù)要顯示，且精度高，一般數(shù)碼管顯示不能滿足設(shè)計需求，且數(shù)碼管顯示功能低，不方便表達，達不到人機交換界面交換的作用，而液晶顯示，能經(jīng)過文字、數(shù)字，顯示方便且易懂。所以本設(shè)計采用LCD12864作為顯示界面。2.2.4按鍵的選擇鍵盤是一種常見的輸入設(shè)備，用戶可以向計算機輸入數(shù)據(jù)或命令。根據(jù)案件的識別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識別的鍵盤成為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。1）獨立按鍵接口在單片機中，如果所需的按鍵較少，可采用獨立式鍵盤。每只按鍵接單片機的一條I/O線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。。按鍵分別于單片機的I/O線上。無按鍵按下時，所接I/O線上均輸入高電平。當某按鍵按下時，與其相連的I/O線將得到低電平輸入。2）矩陣式按鍵接口在單片機中需要的按鍵較多時，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20只按鍵接口，如采用按鍵獨立方式，需要20個I/O口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要8個I/O口。綜上所述，在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有多個，獨立式鍵盤滿足不了系統(tǒng)功能所需，所以采取矩陣式按鍵接口方式。3硬件系統(tǒng)設(shè)計3.1單片機系統(tǒng)3.1.1簡介AT89S52AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位MCU，在系統(tǒng)可編程Flash存儲器為8K。Atmel公司采用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，能與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，可編程Flash可以靈巧的在系統(tǒng)上運用，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。使AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具體結(jié)構(gòu)包括中央處理器CPU、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器、內(nèi)部程序存儲器、定時器/計數(shù)器、并行I/O口、串行口、中斷控制電路、時鐘電路、位處理器和內(nèi)部總線。另外，單片機支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。它一共有40個引腳，其引腳圖，如圖4所示圖4AT89S52的引腳圖引腳可分為四類。接入單片機的工作電源有四個電源引腳。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。兩個時鐘引腳XTAL1、XTAL2連接時鐘電路。P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機的輸入/輸出（I\O）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，RST引腳連接復位電路。3.1.2單片機最小系統(tǒng)原理圖單片機最小系統(tǒng)主要包括振蕩電路、復位電路、下載接口以及電源部分設(shè)計。（1）振蕩電路單片機XTAL1、XTAL2這兩引腳連接振蕩電路，振蕩電路是由兩電容C5、C4以及一個晶振頻率為12MHz的石英晶體構(gòu)成。此電路所形成的振蕩脈沖頻率為12MHz，時鐘周期為1us。（2）復位電路單片機的RST引腳連接復位電路，此系統(tǒng)設(shè)計的復位電路為按鍵電平復位。復位電路由按鈕S1、22uF電容C3以及200歐姆R4和1000歐姆R6構(gòu)成。當復位按鈕按下，RST引腳電平變化，單片機進行復位操作。（3）下載電路下載接口為單片機下載程序所用，下載接口單片機的P1.5、P1.6、P1.7以及RST引腳。電源電路變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樵O(shè)計者需要的電壓。然后過二極管電路之后，產(chǎn)生的電流方向單一，但電流還是不斷變化。電流到了這一步還需要進一步處理，將交流電變成脈動的直流電壓的整流電路是不可缺少的。得到的脈動的直流電壓還是具有含有紋波，所以我們再設(shè)計了濾波電路，從而得到我們所需平滑的直流電壓。濾波就是把整流器輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，接近穩(wěn)恒的直流電。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動，因而在整流、濾波電路之后還需要接非常重要的穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是防止電壓波動，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。220V交流電通過變壓器變?yōu)?2V的交流電，12V交流電通過四個二極管的全橋整流后變?yōu)?2V直流電，然后經(jīng)過電解電容（470μF）進行一級濾波，以去除直流電里面的雜波，防止干擾。12V直流電出來后再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器LM7812穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的12V電源，再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的5V電源，其中7805的Vin腳是輸入腳，接12V直流電源正極，GND是接地腳，接5V直流電源負極，Vout為輸出腳，它和接地腳的電壓就是+5V了。5V電源出來再經(jīng)過電解電容的二級濾波，使5V電源更加穩(wěn)定可靠。同時在5V穩(wěn)壓電源加上一個10K的電阻和一個紅色發(fā)光二極管，當上電后，紅色發(fā)光二極管點亮，表示電源工作正常。電源原理圖如圖5所示。圖5電源電路原理圖電源是系統(tǒng)非常重要的一部分，系統(tǒng)的工作電源都影響著各種芯片的工作狀況。這里的AT89S52和LCD12864的工作電壓為5V，TLC2543的工作電壓也為5V，同時其基準電壓也設(shè)定為5V，綜合起來次系統(tǒng)的電壓應(yīng)為5V直流電壓。將電源電路轉(zhuǎn)變的的5V電壓接入系統(tǒng)的電源接口電路，給系統(tǒng)供電。電源接口電路如圖6所示。其中P1的為外部電源與系統(tǒng)的單元接口，PKG1為開關(guān)，開關(guān)按下引腳1、3連通。用于控制系統(tǒng)電源。D1為指示燈。圖6電源接口原理圖同時單片機P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳都接上拉電阻，來提高電路驅(qū)動能力。圖7為單片機最小系統(tǒng)部分原理圖。圖7單片機部分原理圖3.212864LCD應(yīng)用原理3.2.1概述顯示器是人與機器溝通的重要界面，科技不斷進步，各種顯示技術(shù)不斷的誕生，近來液晶（LCD）顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無輻射危險，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢。在工業(yè)控制中液晶顯示器運用非常廣，而且顯示界面清晰易懂。本設(shè)計采用的12864LCD液晶顯示屏，LCD12864液晶顯示屏是一種帶有中文字庫的屏，同時也是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點陣的漢字.也可完成圖形顯示.價格便宜同樣是該模塊的顯著特點。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無論從硬件或者軟件上都要簡便的多，且此模塊的價格與其它相同類型的顯示屏都要低。3.2.2基本特性LCD12864可以顯示漢字，同樣可以顯示圖片。隨著技術(shù)越來越成熟，LCD12864顯示屏具有以下基本特性：（1）低工作電壓：+3.0--+5.5V（2）分辨率:128×64顯示點（3）內(nèi)置字庫，擁有8192個16×16點陣漢字（4）內(nèi)置點陣字符128個（5）時鐘頻率：2MHZ（6）視角方向：6點（7）顯示方式：STN、半透、正顯（8）驅(qū)動方式：DUTY方式，IAS方式（9）通訊方式：可選串行或并口（10）背光方式：高亮白色LED于側(cè)部，功耗僅低（11）內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓（12）無需片選信號，簡化軟件設(shè)計（13）工作溫度:0℃-+55℃3.2.3模塊接口說明12864LCD液晶顯示屏具有20個引腳，20個引腳中，8個引腳三態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，4個引腳為控制引腳。其具體引腳說明如表12864與單片機硬件連接圖12864的DB0-DB7的三態(tài)數(shù)據(jù)線與單片機的P0口相連，四根控制線與單片機的P3口的前3位腳連接，同時改變變阻器來調(diào)節(jié)顯示亮度。其連接原理圖如圖8。同時P3.0、P3.1、P3.5為液晶控制pin腳。通過改變引腳狀態(tài)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及控制。表1模塊的引腳定義與說明管腳號管腳名稱電平管腳功能描述1VSS0V電源地2VCC3.0+5V電源正3V0-對比度（亮度）調(diào)整4RS(CS）H/LRS=“1”,表示顯示數(shù)據(jù)RS=“0”,表示顯示指令5R/W(SID)H/LR/W=“1”,E=“1”,數(shù)據(jù)被讀到DB7——DB0R/W=“0”,E=“1→0”,DB7——DB0的數(shù)據(jù)寫到IR或DR6E(SCLK)H/L使能信號7DB0H/L數(shù)據(jù)線8DB1H/L數(shù)據(jù)線9DB2H/L數(shù)據(jù)線10DB3H/L數(shù)據(jù)線11DB4H/L數(shù)據(jù)線12DB5H/L數(shù)據(jù)線13DB6H/L數(shù)據(jù)線14DB7H/L數(shù)據(jù)線15PSBH/L1：并口方式，0：串口方式16NC-空腳17/RESETH/L復位端，低電平有效18VOUT-LCD的驅(qū)動電壓19AVDD背光源正端（+5V）20KVSS背光源負端圖812864LCD連接原理圖3.3模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543在我們所測控的信號中均事是連續(xù)變化的物理量，而要對這些信號進行處理,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機能接受的數(shù)字量。按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為3種：雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D轉(zhuǎn)換器。而該系統(tǒng)選用的是TLC2543，下面就具體的介紹一下TLC2543的工作原理。3.3.1TLC2543的引腳排列及說明TLC2543有兩種封裝形式：插針和貼片，這兩種封裝的引腳排列如圖9引腳說明見表2。圖9TLC2543的封裝3.3.2TLC2543的工作過程TLC2543的工作過程分為兩個周期：I/O周期和轉(zhuǎn)換周期。I/O周期I/O周期由外部提供的I/OCLOCK時鐘頻率定義，通過選定的數(shù)據(jù)長度決定了是延續(xù)時鐘周期，有3種延續(xù)時鐘周期分別為8、12或16個。器件開始采樣后有兩種操作。，首先，在時鐘頻率的前8個脈沖的上升沿，以MSB前導方式從數(shù)據(jù)輸出T端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。這8位數(shù)據(jù)中前4位為采樣模擬模擬通道地址，通過控制通道模擬多路器，將從11個模擬輸入信號值中一通道的值送到采樣保持電路，該電路從第4個時鐘脈沖的下降沿開始對所選信號進行采樣，直到最后一個時鐘脈沖的下降沿。TLC2543的I/O周期的時鐘脈沖個數(shù)和輸出數(shù)據(jù)長度(位數(shù))有關(guān)，是通過輸入數(shù)據(jù)的D3、D2位選擇為8、12或16。若工作于12或16位時，在前8個時鐘脈沖之后，DATAINPUT無效。其次，在DATAOUT端串行輸出8位、12或16位數(shù)據(jù)。當保持為低時，第一個數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿。若轉(zhuǎn)換由控制，則第一個輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在的下降沿。而得到的數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第一個輸出數(shù)據(jù)之后的每一個后續(xù)位均有后續(xù)的I/O時鐘下降沿輸出。(2)轉(zhuǎn)換周期在I/O周期的最后一個下降沿之后，EOC引腳變低，芯片進行采樣值保持不，同樣轉(zhuǎn)換周期開始，內(nèi)部轉(zhuǎn)換器對所采樣值利用逐次逼近A/D進行轉(zhuǎn)換，其工作與時鐘頻率同步的內(nèi)部時鐘控制。當數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后EOC將變高，而轉(zhuǎn)換得到的二進制結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，當下一個I/O周期輸出開始后通過數(shù)據(jù)線進行數(shù)據(jù)輸出，我們就可以得到采樣的結(jié)果。TLC2543將I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進行，這樣大大減小了外部輸入數(shù)字噪聲對轉(zhuǎn)換精度的影想。3.3.3接口時序TLC2543可以選擇使用12或16個時鐘周期。TLC2543的時序比較簡單，首先將片選信號插在每次轉(zhuǎn)換之前。同時在轉(zhuǎn)換開始處變換一次電平后一直保持，直到時序結(jié)束。圖10顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入的時序，圖11顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個時鐘周期，僅在每次轉(zhuǎn)換序列開始處插入一次時序。表2TLC2543引腳說明引腳號名稱I/O說明1～9,11,12AIN0～AIN10I模擬量輸入口。11路接口，連接外部輸入信號，通過內(nèi)部多路器選通15I片選端。片選信號，信號從高到低，內(nèi)部計數(shù)器復位，反之則在設(shè)定的時間內(nèi)禁止數(shù)據(jù)輸出和脈沖輸入。17DATAINPUTI串行數(shù)據(jù)輸入端。16DATAOUTOA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端。19EOCO轉(zhuǎn)換結(jié)束端。EOC為高電平表示轉(zhuǎn)換結(jié)束可以輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。為低表示正在轉(zhuǎn)換。10GND

地。18I/OCLOCKI輸入/輸出時鐘端。時鐘脈沖14REF+I正基準電壓端。13REF-I負基準電壓端。20Vcc

電源。圖10時鐘時序傳送圖(使用，MSB在前)圖11時鐘時序傳送圖(不使用，MSB在前)3.3.4TLC2543與單片機硬件連接圖TLC2543與單片機連接方式比較簡單，主要是控制TLC2543的DATAINPUT、DATAOUT、CS、EOC、CLK.。這些pin腳接單片機P2口，具體連接圖如圖12所示。圖中SDO為采集數(shù)據(jù)串口輸出，SDI為串口控制輸入，CLK為時鐘信號，EOC為轉(zhuǎn)換狀態(tài)標志,、REF為基準電壓5v。INT0到INT10為模擬信號輸入采集口?？刂品绞綍r序圖如圖10和圖11所示。圖12TLC2543電路連接圖3.4矩陣式鍵盤單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要判別是否有鍵按下子程序、按鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個部分組成。矩陣式鍵盤有16個按鍵，如此多的按鍵使操作方便、簡單。同時也減少了軟件設(shè)計上的許多問題。圖13為矩陣式鍵盤接口原理圖，系統(tǒng)將按鍵連接單片機P1口，通過鍵盤操作，單片機從P1口得到感應(yīng)，處理相應(yīng)事件。圖13矩陣式按鍵接口圖4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1簡介KeilUvision4Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（UVISION）將這些組合在一起。Keil有以下幾個特點：全功能的源代碼編輯器；1)器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置；2)項目管理器創(chuàng)建和維護項目；3)集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用；4)真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調(diào)試器；所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對話框形式的；高級GDI(AGDI)接口用來在目標硬件上進行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進行通信4.2程序設(shè)計本軟件系統(tǒng)有主程序，三個主要子程序，三個子程序分別為液晶顯示驅(qū)動程序子程序，鍵盤掃描子程序，TLC2543數(shù)據(jù)采集以及采集數(shù)據(jù)處理程序。4.2.1主程序主程序?qū)ο到y(tǒng)進行初始化，主要是調(diào)用顯示程序顯示開機畫面，顯示所有通道，然后調(diào)用鍵盤掃描程序Keys_Scan()，使用鍵盤操作，查看所需通道的模擬信號值，鍵盤操作后，傳送該通道參數(shù)調(diào)用TLC2543驅(qū)動程序，并將得到數(shù)據(jù)進行處理，送到顯示緩沖數(shù)組，調(diào)用顯示函數(shù)。其流程圖見圖14:圖14主程序流程圖4.2.2液晶驅(qū)動程序該驅(qū)動程序主要通過控制命令來驅(qū)動顯示屏，整個驅(qū)動程序包括液晶初始化模式函數(shù)，判忙函數(shù)，寫命令函數(shù)，寫顯示數(shù)據(jù)函數(shù)，以及液晶漢字基本顯示函數(shù)。初始化函數(shù)為初始化液晶，判忙為判斷液晶是否為忙的狀態(tài)，寫命令主要是液晶進行命令控制，顯示數(shù)據(jù)函數(shù)為所需顯示數(shù)據(jù)的函數(shù)。流程圖如15.圖15液晶驅(qū)動流程圖具體函數(shù)如下：/****************判忙********************/ voidcheckbusy() { rs=0; rw=1; en=1; P0=0xff; //類似于鍵掃少了此句非常容出錯 while(1) { en=1; if(P0<0x80)break; en=0; } en=0; } /****************寫指令********************/ voidwritecommand(ucharcommand) { checkbusy(); rs=0; rw=0; en=1; P0=command; //下降沿時指令數(shù)據(jù)寫入液晶 en=0; }/*****************寫數(shù)據(jù)********************/ voidwritedata(uchardata0) { checkbusy(); rs=1; rw=0; en=1; P0=data0; //下降沿時顯示數(shù)據(jù)寫入液晶 en=0; }/****************液晶工作模式設(shè)置************/ voidlcdset() { writecommand(0x30); //基本指令集, writecommand(0x01); //清屏DDRAM地址歸零 writecommand(0x02); //地址歸為 writecommand(0x0c); //顯示開，光標關(guān)，反白關(guān) writecommand(0x06); //DDRAM地址加一 }/****************液晶顯示*******************/ voiddisplay(ucharyy,ucharxx,uchar*p) //中文字符串以國標漢字代碼存放，該代碼與液晶顯示代碼相同 ，一個漢字兩個字節(jié) { switch(yy) {case1:writecommand(0x7f+xx);break; case2:writecommand(0x8f+xx);break; case3:writecommand(0x87+xx);break; case4:writecommand(0x97+xx);break; default:break; } while(*p) //字符串一\0結(jié)尾 writedata(*p++); //writedata(*p);P++; }4.2.3鍵盤掃描程序該程序是先將行選好，然后再選定列就可以確定到具體的哪一個按鍵。其流程圖如圖16所示圖16鍵掃流程圖4.2.4數(shù)據(jù)采集程序數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計，采集系統(tǒng)部分包括輸入通道數(shù)組ad_chunnel_select[]和數(shù)據(jù)采集函數(shù)ad_tlc2543_work(ucharchunnel_select)，數(shù)據(jù)處理函數(shù)ad_data_deal(ucharad_value)，其流程圖如圖17，數(shù)據(jù)顯示函數(shù)ad_data_disp()。流程圖如圖18。圖17數(shù)據(jù)采集部分流程圖圖18數(shù)據(jù)處理流程圖具體函數(shù)如下：charshuchu[8];#defineREF5//基準電壓sbitAD_EOC=P1^0;//轉(zhuǎn)換結(jié)束端sbitAD_IO_CLOCK=P1^1;//時鐘信號sbitAD_DATA_IN=P1^2;//輸入端sbitAD_DATA_OUT=P1^3;//轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端sbitAD_CS_2543=P1^4;//片選/*******TLC2543AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序****************************//************************所有通道都是16bits、MSBfristunipolar*************************************************///選擇模型通道的方式對應(yīng)控制命令值staticconstucharad_chunnel_select[]={0x0c,//ad_chunnel00select0x1c,//ad_chunnel01select0x2c,//ad_chunnel02select0x3c,//ad_chunnel03select0x4c,//ad_chunnel04select0x5c,//ad_chunnel05select0x6c,//ad_chunnel06select0x7c,//ad_chunnel07select0x8c,//ad_chunnel08select0x9c,//ad_chunnel09select0xac,//ad_chunnel10select};voidDelayX1ms(uintcount){uintj;while(count--!=0){for(j=0;j<80;j++);}}/*********TLC2543讀出上次AD轉(zhuǎn)換值，開始下一次轉(zhuǎn)**************************/ntad_tlc2543_work(ucharCON_WORD)//CON_WORD為選擇的通道，為0--10{uintad=0;uchari;CON_WORD<<=4;AD_IO_CLOCK=0;AD_CS_2543=0;AD_EOC=1;for(i=0;i<12;i++){if(AD_DATA_OUT==1)//讀取DATAOUTad=ad|0x01;//依次輸出，高位在先if(CON_WORD&0x80)//讀取控制字到INPUTAD_DATA_IN=1;//由高位到低位輸入elseAD_DATA_IN=0;AD_IO_CLOCK=1;//高電平讀入與輸出數(shù)據(jù)DelayX1ms(1);AD_IO_CLOCK=0;//低電平準備數(shù)據(jù)DelayX1ms(1);CON_WORD<<=1;//寫入的控制字ad<<=1;//讀出的數(shù)據(jù)}AD_CS_2543=1;ad>>=1;//ad在循環(huán)中多移一位return(ad);//結(jié)束循環(huán)移回}/*********TLC2543讀出AD數(shù)值，進行數(shù)據(jù)處理**************************/voidad_data_deal(uintad_value){floatvalue;//int0為表示得到數(shù)據(jù)的整數(shù)部分，a為整數(shù)的位數(shù)，b為小數(shù)的位數(shù)ulongint1; //value為轉(zhuǎn)化處理得到的數(shù)據(jù)，value0為得到數(shù)據(jù)的小數(shù)部分value=(float)ad_value/(float)4096.0*REF; //ref為基準電壓，int1=value*10000000; //顯示6wei小數(shù)shuchu[0]=int1/10000000%10;shuchu[1]=int1/1000000%10;shuchu[2]=int1/100000%10;shuchu[3]=int1/10000%10;shuchu[4]=int1/1000%10;shuchu[5]=int1/100%10;shuchu[6]=int1/10%10;shuchu[7]=int1/1%10;}5仿真與調(diào)試5.1Proteus介紹Proteus作為世界上著名的仿真軟件，從開始的原理圖布圖設(shè)計調(diào)試、接著進行代碼調(diào)編寫調(diào)試，軟件還可以單片機與外單片機圍電路一起仿真，這些做完后可以切換到PCB設(shè)計仿真，真正實現(xiàn)了產(chǎn)品的完整設(shè)計。就目前而言proteus是唯一一款將電路仿真。PCB設(shè)計、模型仿真三和一的設(shè)計平臺。其處理器模型支持8051、AVR、ARM、8086和MSP430等，2023年又增加了Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種強功能編譯器。Proteus也是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具?？梢苑抡娓鞣N常用的MCU及其外圍電路（如LCD，RAM，ROM，鍵盤馬達，LED，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件）。Proteus可提供的仿真元器件資源非常豐富。具有30多個元件庫，這些庫中包括了常用的數(shù)字、模擬、交流、直流等類型的元器件。Proteus同樣可提供各種仿真儀表資源：信號發(fā)生器、SPI、I2C、模式發(fā)生器、電壓表、交直流電流表、示波器、邏輯分析儀、終端。從理論上講仿真中任何一種儀器可以在一個電路中隨便的調(diào)用。除了可提供現(xiàn)實存在的儀器外，圖形顯示功能也在在其中，軟件可以將仿真系統(tǒng)電路上變化的信號，并且以圖形的方式實時準確地顯示出來，其作用類似示波器，但功能更強大。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，理想的環(huán)境，這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響，減小誤差。通過PROTEUS繪制好原理圖后，調(diào)入我們通過編譯器編譯好的目標代碼文件：一般為*.HEX，調(diào)入后單擊開始按鈕，MCU將根據(jù)編寫的代碼進行相關(guān)操作?？吹椒浅＠硐牖哪M的實物運行狀態(tài)和過程。同樣proteus也是學習的重要工具，在課堂上它將單片機形象化，完全可以看到像實物一樣實物演示實驗效果。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運行結(jié)果等。課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。5.2采集系統(tǒng)仿真與分析由于由于數(shù)據(jù)采集模塊是單獨模塊，故這里采用proteus進行仿真，在仿真原理圖中采用8位數(shù)碼管顯示，可根據(jù)要求顯示幾位數(shù)字，為了方便這里采用的是5V的標準電壓，此仿真原理圖中數(shù)碼管占用P0和P2口，則TLC2543的連接口線為P1口。其仿真原理圖如圖19。圖19仿真原理圖TLC2543的數(shù)據(jù)采集，與數(shù)據(jù)處理函數(shù)與實際的實物采用液晶系統(tǒng)的顯示是相同，在采集完數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到數(shù)據(jù)顯示數(shù)組中，在實物中調(diào)用的是液晶顯示函數(shù)，而在仿真則調(diào)用數(shù)碼管顯示函數(shù)。兩個系統(tǒng)是相通的。只是顯示的方式不同，仿真結(jié)果完全符合要求。根據(jù)仿真采集得到數(shù)據(jù)當用仿真采集的得到數(shù)據(jù)實際值設(shè)定為5v，仿真得到顯示值如圖19，由于TLC2543的精度為12位，則最小精度值變換值為1/4096=0.0002441406，改變設(shè)定值3個采樣信號值，進行仿真，仿真結(jié)果如表3所示。表3測量數(shù)據(jù)表項目實際值（V）測量值（V）誤差（%）154.99877920.02441622.52.48796940.2406330.60.59874780.2087對數(shù)據(jù)進行誤差分析所測試出來的結(jié)果與實際的設(shè)定值相差不是很大，誤差都是在1%以內(nèi)，在接受的范圍之內(nèi)。出現(xiàn)誤差的原因可能是仿真軟件，也可能芯片原因，或者外部干涉，或電路線路，同時數(shù)據(jù)處理后顯示的精度只是為小數(shù)的后7位，所以在數(shù)據(jù)處理中也造成了顯示結(jié)果出現(xiàn)誤差。5.3液晶顯示系統(tǒng)調(diào)試將寫好的代碼編譯好，然后下載到進單片機系統(tǒng)，復位系統(tǒng)，開始系統(tǒng)初始化，顯示開機畫面后，直接進入通道選擇畫面，畫面如圖20,使用按鍵顯示選擇那個畫面，使用1-6號鍵確定選擇TLC2543那一通道的模擬信號值。然后按確定鍵，進入信號值顯示畫面。在在顯示過程中包括，TLC2543模擬信號采集，數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)顯示等過程。其顯示結(jié)果畫面如圖21。若要返回去顯示別的通信號值，按返回鍵，液晶重新進入圖20界面。圖20液晶通道選擇界面使用鍵盤選擇通道，然后按確定鍵，進入信號值顯示畫面。在在顯示過程中包括，TLC2543模擬信號采集，數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)顯示等過程。其顯示結(jié)果畫面如圖20，圖中顯示結(jié)果為0是因為此系統(tǒng)中沒有TLC2543數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)模塊，故返回的結(jié)果為0，但是在上面的仿真中已經(jīng)說明TLC2543數(shù)據(jù)采集模塊的采集功能。若要返回去顯示別的通信號值，按返回鍵，液晶重新進入圖19界面。然后進行別的通道操作。圖21信號值顯示畫面矩陣式鍵盤操作簡單明了，很方便。下圖22為矩陣式鍵盤上面有1-9的數(shù)字，以及最下面排的“確定”，“上一頁”，“上一頁”，“退出”鍵。圖22矩陣式鍵盤將仿真與調(diào)試結(jié)合起來，兩次結(jié)果都是非常成功，仿真主要目的是測試仿真數(shù)據(jù)采集模塊的其功能。而液晶顯示系統(tǒng)的調(diào)試為界面顯示，最后兩者結(jié)合，可以簡單方便的將操作各個環(huán)節(jié)，容易滿足需求，從而可得到多通道，且精度為12位的模擬信號值。5.4設(shè)計總結(jié)本設(shè)計從開題到結(jié)束，經(jīng)過一段比較長的時間,從方案確定，查閱A/D重要的知識，了解各種A/D芯片。到對單片機各種知識的加深。都投入大量精力。硬件電路是設(shè)計的關(guān)鍵，從開始的單片機最小系統(tǒng)設(shè)計，后面的液晶模塊電路的接口連接，這部分電路要非常熟悉液晶模塊的哥引腳定義及其用法。在A/D數(shù)據(jù)采集部分，TLC2543是關(guān)鍵芯片，首先了解其功能，熟悉其各個引腳。設(shè)計出于單片機連接電路。電路設(shè)計的每一步都需要認真對待。容不得半點差錯。軟件設(shè)計，主要是程序代碼的調(diào)試，其中關(guān)鍵是液晶的顯示驅(qū)動函數(shù)，以及AD數(shù)據(jù)采集函數(shù)。界面顯示函數(shù)和鍵掃函數(shù)同樣是設(shè)計不可分開的一部分。將硬件和軟件結(jié)合進行仿真和調(diào)試，調(diào)試過程中出現(xiàn)了顯示結(jié)果不正確，顯示界面錯誤等一系列錯誤。但是同不斷改善最終仿真正確，調(diào)試成功。在這次設(shè)計中，體會到基礎(chǔ)是非常關(guān)鍵，如果你沒有這些基礎(chǔ)，你的一切都是天馬行空。同時在遇到任何困難都要靜心，仔細分析問題所在。通過設(shè)計我學到了很多也懂得了很多。結(jié)束語無論是硬件設(shè)計，還是軟件設(shè)計，或者最后的仿真與調(diào)試。從設(shè)計系統(tǒng)的硬件來說單片機是最關(guān)鍵的一部分，單片機外圍基本電路也是比較復雜。然后液晶顯示與單片連接部分。同樣需要仔細琢磨。最后是數(shù)據(jù)采集部分與單片機連接電路。這些都是非常關(guān)鍵，不能出現(xiàn)任何差錯。在編程的過程中，不管是液晶顯示程序，還是查找液晶字庫。以及液晶的驅(qū)動程序，還有最重要的一部分就是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分數(shù)據(jù)采集。本設(shè)計采用的是TLC2543，采集的數(shù)據(jù)是串口輸出，接著就是將采樣到的數(shù)據(jù)進行處理，送顯示。沒一次都是需要不斷的嘗試。不斷的修改才得到。最后進行整體的調(diào)試，以及數(shù)據(jù)采集部分仿真。最終到達了設(shè)計要求，對采集的數(shù)據(jù)進行誤差分析。對于本次設(shè)計，顯示界面簡單，明了清晰，操作方便。系統(tǒng)可以同時對11路模擬信號進行監(jiān)控，通過操作去選擇11路模擬信號的測量值。而且系統(tǒng)采樣精度為12位，精度是非常高。同樣顯示精度為小數(shù)后7位。信號只要發(fā)生很小變化，都能有感應(yīng)。此設(shè)計可以應(yīng)用與各項工業(yè)監(jiān)控、社區(qū)安防、實驗監(jiān)控等領(lǐng)域。致謝本設(shè)計是一個綜合型設(shè)計，它涉及硬件設(shè)計、單片機C51高級C語言編程和電子專業(yè)的知識。經(jīng)過多次試驗、多次修改，克服了很多困難，最后終于調(diào)試成功，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集的基本功能，能夠?qū)崟r的多路將多路數(shù)據(jù)送入單片機的外部顯示和存儲采樣數(shù)據(jù)。而且選用了體積小、功能全的12位TLC2543作為A/D轉(zhuǎn)換器同時采用C51對系統(tǒng)編程，使系統(tǒng)具有易實現(xiàn)、易編程、可移植、體積小、功耗低等優(yōu)點,本設(shè)計電路結(jié)構(gòu)簡單，顯示和操作界面清晰明了，且采集的數(shù)據(jù)精度高，能采集通道數(shù)多。所以具有良好的推廣與廣泛的應(yīng)用價值。本系統(tǒng)可應(yīng)用于實驗室監(jiān)控或工業(yè)現(xiàn)場控制等多種場合的多路數(shù)據(jù)實時采集。本次設(shè)計是在我的導師的全程帶領(lǐng)和指導下完成的。感謝老師對我的關(guān)懷和細心指導。老師不僅為我提供一個良好的工作環(huán)境和齊全的工具設(shè)備，使我能夠更好的完成設(shè)計，還幫我解決掉了很多設(shè)計中遇到的困難。同時在文檔整理中還提供了寶貴的意見。在與老師的討論中，使我獲得了很多豐富的寶貴的經(jīng)驗。指導老師那兢兢業(yè)業(yè)的治學態(tài)度、敏銳創(chuàng)新的科學思維和身體力行的工作作風是我收獲的最大財富。同時也感謝在此次設(shè)計中熱心幫忙的同學，由于你們的幫主使我更有效的做好了這次設(shè)計。最后感謝湖南工學院四年來對我的培養(yǎng)，使我學到了很多的知識，這是本次打下設(shè)計成功的基礎(chǔ)。參考文獻[1]康華光.模似電子技術(shù)基礎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附錄BPCB圖圖B1附錄C程序#include"jian.h"voidmain(void)//主函數(shù){lcdset();while(1){display(1,2,"湖南工學院");display(2,1,"電氣本零四班譚劍");delay(1000);table();}}#include"jian.h"voidtable(void){uchark,pd;pd=0;if(pd==0){pd1:lcdset();while(1){ display(1,2,"通道一通道二");display(2,2,"通道三通道四"); display(3,2,"通道五通道六"); display(4,6,"下一頁"); k=keyscan(); switch(k) { case0x81:writecommand(0x01); //一 while(1) {display(2,3,"是否通道一？Y/N"); k=keyscan(); switch(k) {case0x11:writecommand(0x01); while(1) { ad_data_deal(d_tlc2543_work(0)); ad_data_disp(); k=keyscan(); if(k==0x18) gotopd1 ; } case0x18:gotopd1 ; } } case0x82:writecommand(0x01); //二 while(1) {display(2,3,"是否通道二？Y/N"); k=keyscan(); switch(k) {case0x11:writecommand(0x01); while(1) { ad_data_deal(ad_tlc2543_work(ad_tlc2543_work(1))); ad_data_disp(); k=keyscan(); if(k==0x18) gotopd1 ; }; case0x18:gotopd1 ; } } case0x84:writecommand(0x01); // while(1) {display(2,3,"是否通道三？Y/N"); k=keyscan(); switch(k) {case0x11:writecommand(0x01); while(1) { ad_data_deal(ad_tlc2543_work(2)); ad_data_disp(); k=keyscan(); if(k==0x18) gotopd1 ; }; case0x1