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数据采集报告
对温度、光强数据采集系统的实现
摘要:
本数据采集系统是以AT89C52单片机为核心，通过ADC0809模数转换器模块对外围数据温度、光强两个参数同时进行采集，然后通过LCD1602液晶显示实时显示采集到的数据。
在基于Proteus的单片机的多路数据采集系统的仿真设计的准确无误的基础上，进行电路的焊接、调试，最终实现该数据采集系统的设计。
数字温度、光强显示计主要由温度检测电路、光强检测电路、ADC0809模数转换器、AT89C52单片机、LCD1602液晶等几部分组成。
温度检测电路主要由LM35与一个同相比例运算放大电路串联，光强检测电路由一个光敏电阻与一个电阻串联组成。
温度、光强两个模拟信号经过AD转换器转换为数字信号后送入单片机，处理后用LCD1602显示采集到的数据。
关键词：
AT89C52单片机AD0809模数转换器LM35LCD1602
一、引言
Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。
本文基于Proteus的单片机多通道数据显示系统的设计，由单片机对外界多路模拟量进行采集，由各路传感器提供数值，再通过AD转换进行模数转换，然后由液晶显示。
在Proteus准确的仿真设计下，进行电路的焊接、调试，最终实现该数据采集系统的实现。
二、设计方案
2.1、电路系统框图
确定该数据采集系统由温度检测模块、光强检测模块、主控模块、显示模块组成。
电路系统框图如图
（1）所示。
图
（1）
2.2、显示方案选择
方案1：
用LED显示。
这种方法尽管电路简单，成本低廉，但是显示的字符数据很有限，比如有些单位字符无法显示。
方案2：
用LCD显示。
这种方法显示更加直观，而且显示的字符更加广泛。
与较方案1比较，我们选择方案2.
2.3、测温元件方案的选择
方案1：
由于本电路是一个测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，再将随着被测温度变化的电压和电流采集过来，进行A/D转换之后，通过单片机进行处理，再进过LCD显示出来。
这种方案设计上较为复杂。
方案2：
LM35系列精密摄氏温度传感器是美国NS公司产品，LM35系列是精密集成电路温度传感器，其输出的电压特性线性地与摄氏温度成正比。
因此，LM35比按绝对温标校准的线性温度传感器优越得多。
LM35系列传感器生产制作时已经过校准，输出电压与摄氏温度一一对应，使用极为方便。
灵敏度为10.0mv/℃,精度在0.4℃至0.8℃（-55℃至+150℃温度范围内），重复性好，低输出阻抗，线性输出和内部精密度校准使其与读出或控制电路接口简单和方便，可单独电源和正负电源工作。
相比之下，我们选择LM35作为我们的温度检测。
2.4、光强检测方案
光敏电阻器是一种对光敏感的元件，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。
将它与一个电阻相串联，利用分压作用可以测出它两端的电压作为模拟信号输入。
2.5、温度检测电路模块设计
温度传感器用LM35，将LM35输出电压信号经过同相比例放大器放大。
因为为了减小误差，又考虑到ADC0809的电压范围是0V~+5V，将温度传感器的微弱的模拟信号放大到与A/D转换器满量程电压相应的电平值，以便充分利用A/D转换器的满量程分辨率。
因此把LM35与一个同相比例放大器相连。
2.6、显示电路模块设计
显示电路采用液晶LCD1602，它是一种字符型液晶模块，是一种采用5×7点阵图形来显示字符的16×2点阵液晶显示器。
其特点是：
亮度高、工作电压低、功耗小、易于集成、驱动简单、寿命长、耐冲击且性能稳定。
LCD1602与单片机接口采用串行方式控制。
2.7、分频电路设计
考虑到数据采集系统采样频率为0.5HZ,又因为AT89C52单片机的的ALE引脚的输出频率是内部时钟频率的1/6，因此用两个D触发器将ALE端的时钟频率四分频，作为AD0809的时钟信号。
三、硬件电路设计
3.1、理论计算
（1）同相比例运算放大电路的输出电压Vo的计算
由于由LM35采集回来的模拟信号电压很微弱，为了充分发挥A/D转换器的满量程分辨率，需要利用放大电路将微弱的输入信号进行放大，在设计当中我们将微弱信号放大了3.5倍。
计算公式如下：
Vo=
3.2、模块电路及元件参数
（1）、电源指示灯
图
（2）
（2）、温度检测电路（温度传感器LM35和同相比例放大器）
图（3）
（3）、光强检测电路
图（4）
（4）、分频电路
图（5）
（5）、液晶显示电路
图（6）
3.3、ADC0809与AT89C52接口设计
（1）、ADC0809的各个引脚及功能
图（7）
1~5、26~28，IN0～IN7：
8路模拟量输入端。
14~15、8、17~21，D0~D7：
8位数字量输出端。
23~25，ADDA、ADDB、ADDC：
3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
22，ALE：
地址锁存允许信号，输入，高电平有效，对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。
6，START：
A／D转换启动信号，输入高电平有效，START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持低电平。
本信号有时简写为ST.
7，EOC：
A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
9，OE：
数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量，用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。
OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。
10，CLK：
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ，EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。
使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。
12、16，REF（+）、REF（-）：
基准电压。
11，Vcc：
电源，单一＋5V。
13，GND：
地
（2）、ADC0809的工作原理
当通道选择地址有效时，ALE高电平信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号START紧随ALE之后（或与ALE同时）出现。
START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，ADC0809下降沿时启动芯片，开始AD转换，转换期间START始终为低电平。
ADC上升沿出现后的2μs8个时钟周期内（不定），EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。
微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出高电平OE信号，打开三态门，读取转换结果。
根据方案的选择，该数据采集系统由单片机AT89C51及其外围的晶振电路和电源指示电路、温度检测电路、光强检测电路、ADC0809、同相比例运算放大电路、LCD1602液晶显示模块几部分组成，其电路的总图见附录。
（3）、ADC0809与AT89C52接口设计图
图（8）
四、软件设计
4.1系统主程序流程图
图（9）
程序流程图说明：
程序开始首先进行1602液晶屏幕清屏操作、1602液晶显示初始设置（1.显示模式设置为16*22.指针自加一3.初始化指针位置在第一行第一列）、书写格式说明，然后进入中断函数初始化设置。
程序进入while循环，打开中断，选择ADC0809的模拟信号输入通道，当ADD_A=0，ADD_B=0,ADD_C=0时，选择通道IN0，进行温度数据采集，当ADD_A=1，ADD_B=0,ADD_C=0，选择通道IN1，进行光照数据采集，最终通过ADC0809将模拟信号转换数字信号，通过数据转换，让数据通过LCD1602显示。
4.2、系统C语言程序（见附录）
五、系统调试与测试
将电路焊接结束，用万用表检测芯片的引脚及线与线之间是否有无误。
再检测各个模块电路是否能正常工作。
在检测无误的情况下，下载所编写的程序，看显示所测得的数据是否满足所达到的要求。
看采样频率是否到达0.5HZ，温度的测量精度是否为1摄氏度，光强的精度是否达到0.5%。
如果显示数据结果不对，再不断调试所编写的程序，直到达到设计要求。
5.1、测试条件
单一电源+5V、同相放大电路电压
5.2、测试仪器
数字万用表、双踪示波器、双路稳压电源
5.3、测试数据
测试数据见下表：
表中温度电压是万用表测得的LM35随温度变化的电压经同相比例放大器放大后的电压，光强电压是光敏电阻随光照强度变化的电压。
（1）温度测试数据：
电压/V
0.17
0.68
1.19
1.7
2.21
2.72
3.23
3.57
温度/C
5
20
35
50
65
80
95
105
（2）光强测试数据：
电压/V
0.26
0.63
1.05
1.26
1.89
2.31
2.73
3.15
光强/%
5.0
15.5
25.0
35.0
45.5
55.5
65.0
75.5
由以上测得数据看出，测得的温度精度为1摄氏度，光照精度0.5%。
满足设计要求。
六、结束语
通过基于51单片机的对外围电路的温度、光照的数据采集，学到了许多新的知识，为后面学习打下了良好的基础。
附录：
1、系统主程序
#include
#include
sbitADD_A=P3^5;
sbitADD_B=P3^6;
sbitADD_C=P3^7;
sbitSTART=P3^1;
sbitOE=P3^0;
#defineADP1
#defineDP0
unsignedchari=5;
unsignedcharAD_result,display,cnt=0;
voidSLE_channel（unsignedcharchannel）;
voiddelayms（unsignedcharxms）;
voidtimer1_init（void）;
unsignedcharADC_get_data（void）;
voidLight（unsignedcharL_data）;
unsignedcharsi_she_wu_ru（unsignedcharpre_data）;
voidmain（void）
{
LCD_CLR_screen（）;//液晶清屏操作
lcd_1602_init（）;//初始化液晶，2x165x7
LCD_1602_printf（1,1,"L（%）T（C）%d"）;//辅助提示符
timer1_init（）;//定时器0的初始化
while
（1）//loop
{
}
}
//------------delay
voiddelayms（unsignedcharxms）//延时函数
{
unsignedintx,y;
for（x=xms;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
//------------温度转换函数
unsignedcharsi_she_wu_ru（unsignedcharpre_data）
{
unsignedcharchar_temp,temp;
floatfloat_temp;
char_temp=pre_data*0.55;
float_temp=pre_data*0.55;//温度函数
if（（float_temp-char_temp）>=0.5）//四舍五入处理
{
temp=char_temp+1;
}
else
{
temp=char_temp;
}
returntemp;
}
//------------光强转换函数
voidLight（unsignedcharL_data）
{
unsignedinttemp=5;
unsignedchartemp_yu,temp_mo;
temp=102-（unsignedchar）（L_data/2.15）;//光强函数
temp=temp*10;
temp_mo=（temp/10）;//取光强的整数部分
temp_yu=（temp%10）;//取光强的小数部分
if（（temp_yu>=0）&&（temp_yu<5））//精度处理部分1:
（0-5）改为02:
（6-9）改为5
{
temp_yu=0;
}
else
{
temp_yu=5;
}
LCD_1602_print_number（2,1,2,（unsignedint）temp_mo）;//显示整数部分数字
LCD_1602_print_char（2,3,'.'）;//显示小数点
LCD_1602_print_number（2,4,1,（unsignedint）temp_yu）;//显示小数部分数字
}
//------------ADC通道选择函数
voidSLE_channel（unsignedcharchannel）
{
switch（channel）
{
case5:
//通道5为温度通道
{
ADD_A=1;
ADD_B=0;
ADD_C=1;
break;
}
case6:
//通道6为光强通道
{
ADD_A=0;
ADD_B=1;
ADD_C=1;
break;
}
default:
//非法通道时，选择温度通道
{
ADD_A=1;
ADD_B=0;
ADD_C=1;
break;
}
}
}
//------------ADC0809开启转换函数
voidADC_start（void）
{
START=0;
START=1;//开启转换
delayms
（1）;
START=0;
}
//-----------读取AD转换的结果
unsignedcharADC_get_data（void）
{
unsignedcharAD_data;
delayms
（1）;//转换时间
OE=1;//输出使能
AD_data=AD;//获取ADC的转换结果
OE=0;//输出禁止
returnAD_data;//返回转换结果
}
//-------------定时器初始化函数
voidtimer1_init（void）
{
TMOD=0x01;//16位工作模式
TH0=（65536-50000）>>8;//定时时间为50ms
TL0=（65536-50000）;
EA=1;//开总中断
ET0=1;//开定时器中断
TR0=1;//启动定时器
}
//--------------定时中断函数
voidtimer0（）interrupt1
{//进中断先关闭总中断
EA=0;
TH0=（65536-50000）>>8;//重装初值
TL0=（65536-50000）;
//-----------中断处理函数在此书写
cnt++;//统计进入中断的次数
if（cnt>=40）
{
cnt=0;//2秒后，清进中断的次数
if（i>=7）//往返取通道5，6
i=5;
SLE_channel（i）;//选择模拟量的输入通道
ADC_start（）;//开启AD转换
AD_result=ADC_get_data（）;//获取结果
display=si_she_wu_ru（AD_result）;//温度精度处理
switch（i）//选择显示通道
{
case5:
{
LCD_1602_print_number（2,8,3,（unsignedint）display）;
break;
}
case6:
{
Light（AD_result）;
break;
}
}
i++;
}
//-----------禁止在此书写
EA=1;
}
2、电路图：
.
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