多路数据采集系统.docx

1、多路数据采集系统多路数据采集系统第一章 设计目的、要求及意义 数据采集系统用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号，该系统目的是便于对某些物理量进行监视。数据采集系统的好坏取决于他的精度和速度.设计时，应在保证精度的情况下尽可能的提高速度以满足实时采样、实时处理、实时控制的要求。在科学研究中应用该系统可以获得大量动态;是研究瞬间物理过程的重要手段;亦是获取科学奥秘的重要手段之一。本文采用新颖的方法完成设计,用到的集成芯片主要有8051单片机、ADC0808等。ADC0808主要作用是对八路模拟信号进行选择采集,并将其转化为再送至主控制器(8051单片机)，采集完毕后,再由主八位数字信号,控

2、制器将信号传输到数码管显示出来。 本系统以单片机为核心，设计一个3路数据采集系统，采用3路模拟量输入设计，工作范围是0-5V。要求对输入的3个通道的模拟量进行巡回采样，并将采集的信号数据经A/D转换后以10进制数在LED 显示器上显示，并能通过按键切换所选通道的采样数据。 经过这次课程设计进一步的去培养学生的工程设计能力和工程设计思想，同样把书本的知识应用到实际当中去，考察了学生的实际操作能力和理论知识与实际应用相结合的能力。为将来进入工厂中进行生产奠定好一个良好的基础。 1 第二章 系统总体方案选择与说明 为了充分利用学校的有效资源，我们仅仅对本课题做一个简单的设计，并且在网上下载Protu

3、es软件，运行后进行初步的仿真实验。 三路模拟信号数值测量显示电路由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0808完成，0808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，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2S宽高电平脉冲时，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。单片机的P0、P2端口作四位LED数码管显示控制，P1端口作A/D转换数据读入用，P3端口用作ADC080

4、8的A/D转换控制。数据处理则只由AT89C51来完成，从P2，P3端口读入数据，通过P0及P2端口将数据传给LED显示。 当然，还有很多的电阻器等等一些防止电路出现故障的外围设备这里不做详细的解说。该方案简单具有低价格，程序少的，运算得快的优点。 2 第三章 系统方框图与工作原理 3.1 系统框图 选用ADC0808的0,1,2通道，分别输入0V,5V直流电压，来模拟要采集的信号，将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号传送给AT89C51的P1口，然后通过AT89C51芯片进过数据处理和分析通过P0和P2口送给数码管显示。同时AT89C51芯片控制着ADC0808的通道地址。系统框图如图

5、3.1。图3.1 系统框图 3.2 系统工作原理 系统通过检测P2.4-P2.6的高低电平，通过AT89C51改变ADC0808通道地址，实现能在任意时间切换不同通道的要求。ADC0808转换成二进制数后，立即送给单片机，然后单片通过相应的数据处理和分析，通过P0口把处理后的结果输送给LED数码管显示ADC0808装换后的结果，同时在LED数码管上显示当前的工作通道编号。 3 第四章 各单元硬件设计说明 4.1 A/D转换单元 多路数据采集系统，通过多路模拟开关控制多路之间的切换，实现单片A,D芯片对多路数据信号的逐个采集。 模数转换的核心是模数转换器(ADC)，即A,D芯片。它将输入的模拟信

6、号进行量化，即把连续的模拟信号转换为计算机能处理的离散数字信号。因此，数据采集系统的性能在很大程度上取决于A,D芯片的性能。A,D芯片的主要参考指标是:量化误差、零位偏置误差、增益误差和非线性误差等。其设计如图4.1。 图4.1 A/D转换单元设计图 4 4.2 数据处理单元 数据处理单元是以芯片AT89C51为核心。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。故只用片内存储器就足够装下我们所编的程序，故无需扩展外部ROM。改芯片有4个端口P0)P1)P2)P3。P0口单片机内部无上拉电阻，但其是双向I/O口。其它三个端口内部有上拉电阻，故

7、其驱动功率大，但它们是准双向I/O口，只有当端口为高电平时，才能输入。因为本系统使用的是内部程序存储器，所以EA端必须接高电平。单片机使用内部时钟电路，晶振使用12MHZ，机器周期为1S。其具体设计如图4.2所示。 + 图4.2 数据处理单元电路图 5 4.3 ADC0808说明 ADC0808 由一个8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8 个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。ADC0809 各脚功能

8、如下: D7-D0:8 位数字量输出引脚。 IN0-IN7:8 位模拟量输入引脚。 +5V 工作电压。 VCC:GND:地。 REF(+):参考电压正端。 REF(-):参考电压负端。 START:A/D 转换启动信号输入端。 ALE:地址锁存允许信号输入端。 (以上两种信号用于启动A/D 转换)EOC:转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE:输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK:时钟信号输入端(一般为500KHz)。 6 4.4 LED显示器 本LED显示器可自动轮流显示8路输入模拟电压的数字值，最小分辨精度为0.02V，最大显示数值为255(

9、输入为5V时)，模拟输入最大值为5V。 表一 LED数码显示器的字形(段)码 显示字形 字形码(共阳极) 字形码(共阴极) 0 C0H 3FH 1 F9H 06H 2 A4H 5BH 3 B0H 4FH 4 99H 66H 5 92H 6DH 6 82H 7DH 7 F8H 07H 8 80H 7FH 9 90H 6FH 7 第五章 软件设计与说明 5.1 程序流程图 系统程序流程图如图5.1所示。 图5.1 系统程序流程图 5.2 软件说明 由流程图可知，系统程序可分成初始化程序、DEAL1、DEAL2、DEAL3)WAIT)判值大小)显示等程序。下面分别说明。 8 5.2.1 初始化程序

10、初始化程序如下: START: MOV LED_0,#00H MOV LED_1,#00H MOV LED_2,#00H MOV LED_3,#00H MOV DPTR,#TABLE ;送段码表首地址 MOV A,#86H MOV 34H,A CLR P3.4 CLR P3.5 CLR P3.6 ;选择ADC0808的通道0 CLR P2.4 可以看出初始化程序包括对LED数码管全部清零，将P2.4置0，使数码管开机显示第一路数据。 5.2.2 DEAL程序 DEAL1: CLR P2.7 ;蜂鸣 LCALL DELAY CLR P3.4 ;选择通道0，显示第一路数据 CLR P3.5 CLR

11、 P3.6 MOV A,#86H ;显示1. MOV 34H,A 9 LJMP WAIT DEAL2: CLR P2.7 ;蜂鸣 SETB P2.7 LCALL DELAY SETB P2.4 ;选择通道1，显示第二路数据 SETB P3.4 CLR P3.5 CLR P3.6 MOV A,#0DBH ; 显示2. MOV 34H,A LJMP WAIT DEAL3: SETB P2.7 ;蜂鸣 CLR P2.7 LCALL DELAY SETB P2.4 ;选择通道2，显示第三路数据 CLR P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6 MOV A,#0CFH ;显示3. MOV 34H,

12、A LJMP WAIT 这三段程序基本相似，均是先通过P2.7口使蜂鸣器产生蜂鸣，然后通过改变P3.4,P3.5,P3.6来选择通道0,1,2，然后再通过显示器显示是哪一路信号。 10 5.2.3 DISP、 DISP0子程序 DISP: MOV A,LED_0 ;数码百十个位显示子程序 MOVC A,A+DPTR CLR P2.3 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.3 MOV A,LED_1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.2 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.2 MOV A,LED_2 MOVC A,A+DPTR CLR P2.1

13、MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.1 RET DISP0: CLR P2.0 ;通道路数数码显示子程序 MOV A,34H MOV P0,A LCALL DELAY 11 SETB P2.0 RET 显示程序嵌套了延时子程序，包含了数码管编码表。四位数码管采用动态扫描显示，当位选信号为低电平时选中，数码管然后给其位选，关闭段选，延时5ms，然后选中下一个数码管，再给位选，再关闭段选，再延时5ms如此往复循环实现动态扫描 5.2.4 延时程序 DELAY: MOV R6,#10 ;1t 延时5毫秒 D1: MOV R7,#250 ;1t DJNZ R7,$ ;2t DJN

14、Z R6,D1 ;2t RET ;2t 时间T的计算:T=1+(1+2*250+2)+2*1s=5033s 第六章 调试结果与说明 6.1 调试仿真说明 由于硬件的局限，本系统通过软件进行调试，采用Protues及Keil软件进行调试。首先按照设计好的硬件电路进行连接。然后逐步调试各项功能。通过反复调试，发现并排除软件与硬件存在的各类问题，以达到系统设计的要求。 12 6.2调试结果 6.2.1 刚开机状态 如图6.1所示。 图6.1 开机显示图 6.2.2 按钮切换调试 按下第二路数据采集按钮后，如图6.2。 图6.2 第二路数据显示 13 , 按下第三路数据采集按钮后，如图6.3 图6.3

15、 第三路数据显示 6.2.3 改变输入，输出状态情况 分别把RV1,RV2，RV3从0变到最大，输出显示情况分别如图6.4，图6.5，图6.6。 图6.4 改变RV1后的状态 14 图6.5 改变RV2后的状态 图6.6 改变RV3后的状态 15 第七章 使用说明 开机后通过按下按钮开关来改变输出显示所采集的信号。按下第一路数据开关后，将采集第一路数据信息;按下第二路数据开关后，将采集第二路数据信息;按下第三路数据开关后，将采集第三路数据信息。通过调节RV1，RV2，RV3的大小可以模拟输入的信号的改变。 第八章 总 结 经过这此单片机课程设计,我学会了很多东西。 比如，对汇编语言的理解就已经

16、有了一个更进一步的理解，同时也对那些我们已经学过的各种计算机语言进行了一个简单的对比。在经过大一的语言课程设计和大三的电子电路课程设计以及此次单片机课程设计。使我养成了模块化工程设计方法的习惯，在设计功能模块时候，得先确定是什么功能模块，并绐模块读取地址或数据和存储地址或传出变量。只要这样，在需要时候进行调用或中断就可以了。 经过这次经历，我不仅加深了对单片机理论的理解，还熟悉和掌握了单片机的许多基础设计语言和模拟单片机软件程序，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。创新，是要我们学会将理论很好地联系实际，并不断地去开动自己的大脑，

17、从为人类造福为意愿出发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。16 使之不断地战胜自己，超越前人。这个设计过程中，我遇到过许多次失败的考验，就比如，自己对实际生活中的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，更应该引起我们重视的是创作的这一整个过程。 这次课程设计让我受益匪浅，无论从知识上还是其他的各个方面。上课的时候的学习从来没有见过真正的单片机，只是从理论的角度去理解枯燥乏味。但在实习中见过甚至使用了单片机及其系统，能够理论联系实际的学习，开阔了眼界，提高了单片机知识的理解和水平。在这次课程设计中又让我体会到了合作与团结的力量，当

18、遇到不会或是设计不出来的地方，我们就会在QQ群里讨论或者是同学之间相互帮助。团结就是力量，无论在现在的学习中还是在以后的工作中，团结都是至关重要的，有了团结会有更多的理念、更多的思维、更多的情感。 单片机是很重要的一门课程，老师和一些工作的朋友都曾说过，如果学好一门单片机，就凭这个技术这门手艺找一个好工作也不成问题。尽管我们在课堂学到的内容很有限，但在以后的学习中单片机还需要好好的深入研究和学习，学好了单片机也就多了一项生存的本钱。最后感谢老师对我们的精心指导和帮助，感谢同学们对我的帮助。 17 参考文献 1. 刘大茂主编.单片机原理与应用.上海:上海交通大学出版社，2001 2. 沈红卫主编

19、. 单片机原理及接口技术.北京:北京航空航天大学出版社，2002 3. 王迎旭主编.单片机原理及应用.北京:机械工业出版社，2004 4. 苏凯等主编.MCS-51系列单片机系统原理与设计. 北京:冶金工业出版社，2003 5. 周向红主编. 51系列单片机应用与实践教程.北京:北京航空航天大学出版社，2008 6. 李全利、迟荣强.单片机原理及接口技术.高等教育社.2004 7. 孙和平、杨宁、白晶.单片微机原理与接口技术. 北京:冶金工业出版社 2003 18 附 录 附录A 系统原理图19 附录B 程序清单 LED_0 EQU 30H ;存放4个数码管的段码 LED_1 EQU 31H

20、LED_2 EQU 32H LED_3 EQU 33H ADC EQU 35H ;存放转换后的数据 ST BIT P3.2 OE BIT P3.0 EOC BIT P3.1 ORG 00H START: MOV LED_0,#00H MOV LED_1,#00H MOV LED_2,#00H MOV LED_3,#00H MOV DPTR,#TABLE ;送段码表首地址 MOV A,#86H MOV 34H,A CLR P3.4 CLR P3.5 CLR P3.6 ;选择ADC0808的通道0 CLR P2.4 WAIT: CLR ST SETB ST 20 CLR ST ;启动转换 JNB

21、EOC,$ ;等待转换结束 SETB OE ;允许输出 MOV ADC,P1 ;暂存转换结果 CLR OE ;关闭输出 MOV A,ADC ;将AD转换结果转换成BCD码 MOV B,#100 DIV AB MOV LED_2,A MOV A,B MOV B,#10 DIV AB MOV LED_1,A MOV LED_0,B LCALL DISP ;显示AD转换结果 LCALL DISP0 JNB P2.6,DEAL3 JNB P2.5,DEAL2 JNB P2.4,DEAL1 LJMP WAIT DEAL1: CLR P2.7 LCALL DELAY CLR P3.4 CLR P3.5 2

22、1 CLR P3.6 MOV A,#86H MOV 34H,A LJMP WAIT DEAL2: CLR P2.7 SETB P2.7 LCALL DELAY SETB P2.4 SETB P3.4 CLR P3.5 CLR P3.6 MOV A,#0DBH MOV 34H,A LJMP WAIT DEAL3: SETB P2.7 CLR P2.7 LCALL DELAY SETB P2.4 CLR P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6 MOV A,#0CFH MOV 34H,A LJMP WAIT 22 DISP: MOV A,LED_0 ;数码显示子程序 MOVC A,A+DPT

23、R CLR P2.3 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.3 MOV A,LED_1 MOVC A,A+DPTR CLR P2.2 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.2 MOV A,LED_2 MOVC A,A+DPTR CLR P2.1 MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.1 RET DISP0: CLR P2.0 ;数码显示子程序 MOV A,34H MOV P0,A LCALL DELAY SETB P2.0 23 DELAY: MOV R6,#10 ;延时5毫秒 D1: MOV R7,#250 DJNZ R7,$ DJ

24、NZ R6,D1 RET TABLE: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH END 24 下面是三个励志小故事，不需要的朋友可以下载后编辑删除谢谢 你可以哭泣，但不要忘了奔跑 25 2012年，我背着大包小包踏上了去往北京的火车，开启了北漂生涯。彼时，天气阴沉，不知何时会掉下雨滴，就像我未知的前方一样，让人担忧。 去北京的决定是突然而果决的，我在宿舍纠结了一天，然后在太阳逃离窗口的时候打电话告诉父母，我要到首都闯一闯。消息发出去之后，并没有预料之中的强烈反对，父亲只给我回了一个字:好。 就这样看似毫无忧虑的我，欣喜地踏上了北上的路。有些事

25、情只有真正迈出第一步的时候，才会迎来恐惧。当我踏上北上的列车时，才惊觉对于北京，除了天安门、央视大楼这些着名建筑，我知之甚少。俗话说无知者无畏，可于我而言，这句话并不适用，因为在坐上火车那一刻，我就开始对未来胆战心惊，毫无底气。 火车开动之后，我的心情变得更加复杂而紧张，甚至一度心生退意。人类果然是一个无解的方程式，看似无畏的勇气背后不知藏下了多少怯懦和犹豫。 旁座的姐姐见我一人，开始和我有一搭没一搭地聊起了天。几分钟后，我们竟如同许久未见的好友一般，开始聊起了各自的生活。 我说出了自己的恐惧与未见，期冀从她那里得到些许安慰和鼓励。出乎意料地，她并没有说一些心灵鸡汤般的哲理语句，反而给我讲了一

26、个故事，一个让我在很长一段时间都印象深刻，每次想起便会荷尔蒙再度升高的故事，一个她自己的故事。 26 那是一段并不愉快的经历，整段经历是蜿蜒前行的。 高考中，她因为做错了三道大题，成为家里的罪人。朋友极尽嘲笑，亲戚们也开始暴露自己毒舌的属性，父母当时并没有过多指责，因为他们正在跟自己的兄弟姐妹们为了祖母的遗产争得死去活来。那被人类歌颂的血缘、亲情，在所有的利益面前瞬间分崩离析。那时的她，像极了一个被遗弃的孩子。或是为了远离当时一片狼藉的场面，家境拮据的她，怀着可能被众叛亲离的勇气，报考了一个三本院校。 当她怀揣着自己暑假赚的6000块钱踏进学校的时候，她以为一切喧闹终将与自己隔绝。但是事实上，

27、天真的想法只维系了几天，便不攻自破。专业老师并不看好这个寡言少语的孩子，因为在她看来，法律专业除了要掌握专业知识之外，利索的嘴皮子也是一名律师出人头地不可缺少的法宝，而这个孩子，显然并没有这方面的天赋。 糟糕的情况在不断地蔓延，那段时期，她如同造物者手中的失败品，什么都做不好，注意力像手中的沙子一般怎么握都握不住。课文理解不了，丧失阅读能力，法律条款、单词统统在跟她作对，连最简单的问题都会堵住她的嘴。考试更不用提了，考前总是睡不好觉，刚迈进考场全身就开始发抖，像个从来没有上过战场的士兵一样。 她一直溺在泪水中，从未上岸，深度抑郁，一度心生退学的想法。她深夜给母亲打去电话，想要获取安慰，家人说当

28、初你自己做的决定，于是她只好自己硬撑着。为了防止自己再胡思乱想，她报了八门选修课，把自己的时间填得满满的。为了应付每科超过6000字的论文，她总是第一个跑到食堂去打饭，背日语，27 背法语，做英语听力，背法律常识虽不至于像匡衡一样凿壁偷光，但是只要有光的地方，她都待过。 一个追着阳光跑的人，是永远不会输在路上的。 在不停歇的灌输之下，大脑勉强接受了来自外界的压迫。虽不能到达天才的地步，但是起码恢复了正常的记忆功能。四年的大学生涯也在马不停蹄中准备落下帷幕，为了能够拿到好的工作机会，她到处参加比赛，只是为了让自己在与聘用单位较量时能够多一点筹码。与此同时，她还要忙毕业论文。在有限的时间内打一场不

29、能失败的战争，是那时她的唯一目标。上天果然不会亏待努力的人，她的毕业论文很惊艳，老师甚至生出了让她留校任教的打算，不过还是被她拒绝了，因为她已经进入了当地最着名的一家律师事务所。 在刚进入事务所的时候，她过去光鲜的外衣再次黯然失色。为了能够追赶同事的步伐，她过上了每天哒哒哒飞速敲打键盘的生活。为了跟进一个案子，她常常整夜都在做准备，等到一切就绪时，晨光也恰好如期而至。如今，她已经成为北京最着名28 的律师事务所的招牌律师之一。这次她本可坐飞机回京，只是因为贪恋沿途的风景才会与我相遇。 在最难熬的时光要学会一路狂奔，不要多想，也不要把希望寄托在别人身上，人生来便是要努力的，你可以哭泣，但是不要忘

30、了奔跑。她拍着我的肩膀，身上散发着莲花的香味，清新而让人愉悦。 终点站很快到达，天空依然阴沉着，不知下一秒云上染墨，雨滴降落，还是阳光冲破云雾，普照大地。 当我与她告别，重新背着沉重的行李，阔步向前，我知道等待我的不一定是美好的未来，但是只有拼一拼，才足够对得起自己。 每个人都有一个蜕变的过程，这个过程只能自己咬着牙度过，熬过了便化茧成蝶，熬不过，便像蒲公英一样，被生活的风吹着走。 一辈子走好一条路 有两个西班牙人，一个叫布兰科，一个叫奥特加。虽然他们同龄，又是邻居，但家境却相差很远。布兰科的父亲是一个富商，住别墅，开豪车。而奥特加的父亲却是一个摆地摊的，住棚屋，靠步行。 从小，布兰科的父亲就

31、这样对儿子说:“孩子，长大后你想干什么都行，如果你想当律师，我就让我的私人律师教你当一名好律师，他可是出名的大律师;你如果想当医生，我就让我的私人医生教你医术，他可是我们这里医术最高的医生;如果你想当29 演员，我就将你送去最好的艺术学校学习，找最好的编剧和导演来给你量身定做角色，永远让你当主角;如果你想当商人，那么我就教你怎样做生意，要知道，你老爸可不是一个小商人，而是一个大商人，只要你肯学，我会将我的经商经验全都传授给你!” 奥特加的父亲则总是这样对儿子说:“孩子，由于爸爸的能力有限，家境不好，给不了你太多的帮助，所以我除了能教你怎样摆地摊外，再也教不了你任何东西了。你除了跟我去学摆地摊，其他的就是想也是白想啊