多路数据采集系统设计报告

1目录第1章绪论设计目的及要求.....................................21.1绪论....................................................21.2设计目的...............................................21.3设计要求...............................................2第2章系统总体方案选择与说明..............................32.1硬件设计框图..........................................32.2软件设计框图.............................................4第3章数据采集系统概述、工作原理及其说明..............53.1数据采集系统概述.........................................53.2工作原理及其说明.........................................5第4章各单元硬件设计及说明...................................74.1单片机的时钟源...........................................74.2ADC0809（模数转换芯片）............................104.3程序存储器和数据存储器电路设计..........................11第5章软件设计与说明.......................................125.1设计条件................................................125.3模块程序设计...........................................15第6章调试步骤及使用说明..................................21第7章设计总结.............................................22参考文献.....................................................23附录......................................................24A、系统电路原理图：.........................................24B、程序.....................................................25电气信息学院课程设计评分表...................................312第1章绪论设计目的及要求1.1绪论随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集，监视和记录，为提高产品质量，降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益也越高。本设计采用ATMEGA16单片机作为数据采集系统的控制核心，系统分为数据采集模块、A/D转换模块、系统控制模块、键盘模块、显示模块等几部分。1.2设计目的利用单片机为核心设计一个多路数据采集系统，要求每个通道的信号经A/D转换后以10进制数在LED显示器上显示，并能够通过键盘操作切换显示不同通道的采样值。1.3设计要求本课题要求利用单片机为核心设计一个八路数据采集系统，要求每个通道的信号经A/D转换后以10进制数在LED显示器上显示，并能够通过键盘操作切换显示不同通道的采样值。本系统中包括8路模拟量输入，范围0-5V。要求对8个通道的模拟量进行巡回采样，再将采集的数据进行工程量化转换后在LED显示器上显示，并能通过按键切换所选通道的采样数据。3第2章系统总体方案选择与说明2.1硬件设计框图典型数据采集系统配置如图2.1所示，有的已实现集成化，多个传感器的预处理电路输出接入多路模拟开关，然后经过取样/保持电路和A/D转换后进入CPU系统。图2.2典型数据采集系统配置图（1）传感器是经典的利用各种原理将被测物理量转化为电信号。（2）预处理模块是将模拟信号进行调整、放大，在模拟电路方便实现的基础上对信号进行自动补偿、自动校正，抑制温漂的模块。（3）数据采集A/D模块将模拟信号进行采样、量化，转化为数字信号.（4）计算机可能为PC机、单片机或其他专用处理器，具有数据存储、记忆与信息处理功能，具有判断、决策处理功能。生产工艺现场传感器1传感器2传感器R...预处理系统多路模拟开关...A/D转换器计算机或其他微处理器42.2软件设计框图图2.2软件设计框图信号选择单通道/八通道循环A/D转换并送到70H~77H单元选择被测通道，并确定存储地址指定内容送到显示器A/D转换值存入78H~7AH单元通道选择信号随动显示循环显示A/D转换值存入78H~7AH单元A/D转换并送到70H~77H单元移动指针指向下通道存储地址选择被测通道，并确定存储地址指定内容送到显示器开始5第3章数据采集系统概述、工作原理及其说明3.1数据采集系统概述数据采集是信息科学的一个主要组词成部分，信息技术的核心是信息获取，通信和计算机技术，常被称为3C技术，其中信息获取是基础和前提。数据采集是获取信息的主要手段，它随着科学技术的进步而得到迅速发展。目前各种各样的数据采集系统已得到广泛应用，新型数据采集系统仍不断涌现。随着科学技术的发展与普及，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领域中，计算机控制技术正发挥着越来越主要的作用，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。数据采集系统是计算机与外部世界联系的桥梁。数据采集技术是信息科学的主要组成部分，它是以传感器技术、信号检测与处理、电子学、计算机技术等方面技术为基础而形成的一个综合应用技术学科，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术有广阔的发展前景。3.2工作原理及其说明1、采用80C52单片机和ADC0809构成一个八路数据采集系统。2、能够顺利采集各个通道的信号。3、采集信号的动态范围：0～5V。4、每个通道采样速率：100sps。5、在面包板上完成电路，将采集的数据送入单片机70H～77H存储单元。66、编写相应的单片机采集程序到达规定的性能：8路输入模拟信号数值显示电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。A/D转换由集成电路0809完成。0809具有8路模拟输入端口，地址线（23~25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。第22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；6脚为测试控制，当输入一个2微秒宽脉冲时，就开始A/D转换；7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换数据结束时，7脚输出高电平；9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从端口输出；10脚为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振信号再通过74hc193二分频得到。单片机的P1、P3端口作4位LED数码管显示控制，P0端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作A/D转换控制。7第4章各单元硬件设计及说明4.1单片机的时钟源4.1.1单片机时钟源电容C1、C2和晶振(6MHz)组成8031的外部时钟源电路（如图4.1.1），将C1、C2和晶振组成的回路称为LC并联谐振回路，晶振起电感的作用，谐振频率由晶振的频率所决定，8031单片机的晶振可以选1．2MHz~12MHz。电容C1、C2的取值一般在20Pf~100pF之间(在60pF~70pF时，频率比较稳定)。图4.1.1单片机时钟源采用80C52单片机作为数据处理及显示芯片，80C52的芯片管脚图如下：图3.180C52单片机引脚图8各管脚说明：VCC（40）：供电电源GND（20）:接地P0（32~39）口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1（1~8）口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，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收。P2（21~28）口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3（10~17）口：P3口管脚是8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，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口作为AT89C51的一些特殊功能口，管脚备选功能9表4.180C52单片机P3口引脚功能端口引脚第二功能P3.0RXD(串行输入口)P3.1TXD（串行输出口）P3.20INT(外部中断0)P3.31INT（外部中断1）P3.4T0（定时器0）P3.5T1（定时器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器都选通）RST（9）：复位输入。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。PSEN（29）：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。EA/VPP（31）：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（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端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1（18）：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2（19）：来自反向振荡器的输出。电容C1、C2和晶振(6MHz)组成8031的外部时钟源电路，将C1、C2和晶振组成的回路称为LC并联谐振回路，晶振起电感的作用，谐振频率由晶振的频率所决定，8031单片机的晶振可以选1．2MHz~12MHz。电容C1、C2的取值一般在20Pf~100pF之间(在60pF~70pF时，频率比较稳定)。104.2ADC0809（模数转换芯片）本系统采用ADC0809来转换模拟信号，其管脚图如下：ADC0908引脚功能说明：图4.2ADC0809引脚图ADC0809引脚功能说明IN0～IN7（1～5,26～28）：8路模拟量输入端。2-1～2-8（8.14.15.17.18.19.20.21）