数据采集系统的设计与制作

湖北理工学院毕业设计（论文）I摘要本论文介绍了一种基于单片机的简易数字电压表的设计。该设计主要由三个模块组成：A/D转换模块，数据处理模块及显示模块。A/D转换主要由芯片ADC0809来完成，它负责把采集到的模拟量转换为相应的数字量在传送到数据处理模块。数据处理则由芯片STC89C52来完成，其负责把ADC0809传送来的数字量经过一定的数据处理，产生相应的显示码送到显示模块进行显示；此外,它还控制着ADC0809芯片工作。该系统的数字电压表电路简单，所用的元件较少，成本低，且测量精度和可靠性较高。此数字电压表可以测量0-5V的0-7路模拟直流输入电压值，并通过一个四位一体的7段数码管显示出来。关键词单片机；数字电压表；A/D转换；STC89C52湖北理工学院毕业设计（论文）IIABSTRACTThispaperwhichintroducesakindofsimpledigitalvoltmeterisbasedonsingle-chipmicrocontrollerdesign.Thecircuitofthevoltagemeterismainlyconsistedofthreemouldpieces:A/Dconvertingmouldpiece,A/DconvertingismainlycompletedbytheADC0809,itconvertsthecollectedanalogdataintothedigitaldataandtransmitstheoutcometothemanifestationcontrollingmouldpiece.DataprocessingismainlycompletedbytheSTC89C52chip,itprocessesthedataproducedbytheADC0809chipandgeneratestherightmanifestationcodes,alsotransmitsthecodestothemanifestationcontrollingmouldpiece.Also,theSTC89C52chipcontrolstheADC0809chiptowork.Thevoltmeterfeaturesinsimpleelectricalcircuit,loweruseofelements,lowcost,moreover,itsmeasuringprecisionandreliability.Thevoltmeteriscapableofmeasuringvoltageinputsfromzerotosevenrouterangingfrom0to5volt,anddisplayingthemeasurementsthoughadigitalcodetubeof7piecesofLED.KeywordsSingle-chipmicrocontroller;Digitalvoltmeter;A/Dconverter;STC89C52湖北理工学院毕业设计（论文）III目录摘要1绪论...............................................................11.1研究背景及其意义.............................................11.2该课题研究的主要内容.........................................11.3系统总体设计方案的确定........................................22数据采集显示系统的硬件设计.........................................32.1单片机最小系统................................................32.1.1单片机概述..............................................32.1.2单片机引脚介绍..........................................32.1.3时钟电路................................................52.1.4复位电路................................................52.2数据采集电路..................................................72.2.1ADC0809的介绍..........................................72.2.2ADC0809工作过程........................................82.3显示电路.....................................................102.4按键电路及总体硬件电路的确定................................113数据采集显示系统的软件设计........................................133.1系统主程序设计..............................................133.2显示子程序设计...............................................153.3按键子程序设计..............................................163.4A/D转换子程序设计...........................................174仿真与制作........................................................194.1系统的仿真..................................................194.1.1系统原理图的绘制.......................................194.1.2程序调试...............................................214.1.3显示结果及误差分析.....................................214.2实物制作....................................................23湖北理工学院毕业设计（论文）IV4.2.1材料准备...............................................244.2.2制作过程...............................................254.3本系统优化分析..............................................27总结..............................................................28致谢..............................................................29参考文献.........................................................30附录一..............................................................31附录二..............................................................35湖北理工学院毕业设计（论文）11绪论1.1研究背景及其意义数据采集显示系统起始于20世纪50年代，随着其不断的应用和发展，受到了人们越来越广泛的关注，尤其是单片机数据采集显示系统技术发展，在各个领域中得到了广泛应用。上个世纪中后期，微型计算机有了长足的发展，数据采集系统与采集器和各种仪表仪器有了更紧密的联系。为此通过改良后数据采集系统不仅有着优良的性能，更是超越了传统的专用数据采集系统和单纯的自动检测仪表，并获得较快的发展。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相对于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。1.2该课题研究的主要内容数据采集技术是信息科学的重要分支之一,它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等问题。它是对传感器信号的测量与处理,以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集是从若干个对象中获取信号信息的过程。数据采集监测技术越来越成为一门重要的检测技术,并随着微型计算机技术的普及和快速发展,主要在工农业等场合需要同时监控压力、温度以及压力等领域得到广泛应用。数据采集系统是各个工业控制以及生产中必不可缺的环节之一,并应用该系统的一些相对独立的单片机系统功能来实现其性能,这是测控系统不可或缺的组成部分,整个性能的优劣将受到数据采集的性能特点直接影响，足可见数据采集系统的重要性。湖北理工学院毕业设计（论文）2在温度、压力、流量的计算机控制系统中，必须进行数据采集，因此本设计采用MCS-51单片机作为控制器核心设计数据采集显示系统，采集的模拟信号可以是0-5V的8路电压，并在四位LED数码管上轮流显示或者单路显示，测量最小分辨率为0.019V，测量误差约为+-0.02V。具有自动检测功能、零点调整功能、具有抗干扰措施。利用MCS-51系列单片机设计简易数字电压表测量0～5v的8路输入电压值，并在四位LED数码管上轮流显示或单路选择显示。测量误差约为±0.02V。1.3系统总体设计方案的确定根据设计要求，可以选择型号为STC89C52RC的单片机为系统核心控制器件，A/D转换采用ADC0809实现，各引脚分别与单片机的P1口和P3口相连，电压显示采用4位一体的共阴极LED数码管显示，LED数码管的段码输入由并行端口P0产生，位码输入由并行端口P2低四位产生。硬件电路设计由6个部分组成：A/D转换电路，STC89C52单片机系统，LED显示系统、时钟电路、复位电路以及测量电压输入电路。硬件电路设计框图如图2-1所示。图1-1系统总体硬件设计框图时钟电路复位电路A/D转换电路测量电压输入显示系统STC89C52P1P3P0P2湖北理工学院毕业设计（论文）32数据采集显示系统的硬件设计单片机数据采集显示系统的硬件电路由时钟电路、复位电路、A/D转换器电路、单片机处理系统、及显示控制系统等组成。在各个硬件正确工作的前提下，通过单片机用软件程序的方式控制整个系统有条不紊的工作，从而达到预期的设计目的。2.1单片机最小系统2.1.1单片机概述单片机是一种集成的电路芯片块将各种微处理器和具有随机存取数据能力的数据存储器，以及各种电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位单片机、8位单片机、16位单片机