温度采集实验报告.docx

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温度采集实验报告

课程名称：

计算机控制系统综合实践

必做课题：

西门子PLC控制系统设计

—MPCE离心泵与三级液位监控系统

选做课题一：

数据采集系统的设计

—通道号15

班级：

XXXXXXX

姓名：

XXXX

学号：

XXXXXXX

指导老师：

XXXXXXXXXX

XXXX年XX月

一设计目的

1、掌握采集和数据处理的基本功能和软、硬件基本原理。

2、掌握数据采集系统的基本设计方法。

二设计内容

某加热炉系统需要对32个温度检测点进行数据的巡回检测，请你根据下述芯片完成该32个温度巡回检测的硬件电路设计，并进行数据采集系统主程序及子程序的编写。

单片机程序则可在Keil软件下编写后再烧进单片机里面。

在Produse仿真环境下为实现32路温度模拟，采用电压分流来作为温度信号，因为温度信号传送实际上就是电信号的传送。

要求第一路温度信号采集以学号最后两位为选通通道号。

1.硬件方案设计

设计原理如下图所示，32温度信号通过多路开关和采样保持器采样并保持，然后送入AD模数转换器进行数模转换。

转换结束送入单片机存储。

温度信号

采样开关

采样保持器

AD模数转换

单片机存储

（1）多路开关选择CD4051.其引脚功能见下图。

CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。

其真值表见表1。

“INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。

此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。

例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。

输入状态

接通通道

INH

C

B

A

0

0

0

0

“0”

0

0

0

1

“1”

0

0

1

0

“2”

0

0

1

1

“3”

0

1

0

0

“4”

0

1

0

1

“5”

0

1

1

0

“6”

0

1

1

1

“7”

1

均不接通

表一

CD4051引脚图

（2）采样保持器选用LF398.它是一种模拟信号存储器，在逻辑指令控制下，对输入的模拟量进行采样和寄存。

图5-3是该器件的引脚图。

各引脚端的功能如下：

①和④端分别为VCC和VEE电源端。

电源电压范围为±5V～±15V。

②端为失调调零端。

当输入Vi=0，且在逻辑输入为1采样使，可调节②端使Vo=0。

③端为模拟量输入端。

⑤端为输出端。

⑥端为接采样保持电容CH端。

⑦端为逻辑基准端（接地）。

⑧端为逻辑输入控制端。

该端电平为

“1”时采样，为“0”时保持。

备注：

仿真时由于该器件不可仿真，所以直接用

直流信号采样保持的信号。

（3）数模转换器选用AD574.AD574是一种高性能的12位逐次逼近式A/D转换器，

内部有时钟脉冲源和基准电压源。

内部结构如下图：

各引脚功能如下：

控制逻辑如下

STS:

状态输出信号，“1”－正在转换；“0”－转换结束

备注：

仿真中使用1674,1674的封装和使用与AD574完全相同。

（4）单片机选用8051，使用介绍略。

（5）辅助器件138译码器的使用。

74LS138芯片是常用的3-8线译码器。

真值表：

上表中x表示为任意输入状态，在片选使用状态下输入中8线始终只有1线为0，此74HC138芯片在单片机系统中极大限度的起到了扩展IO资源的作用，只要用单片机的2个io引脚资源就能控制8个输出，而且程序的编制也容易实现。

（6）硬件电路连接图如下：

单片机上电运行后，通过P1口的输出控制138译码器（图中的U9）选通第三块CD4051开关模块，同时通过P2口控制CD4051，选择其上的第7通道，即选通了第15号通道。

电压模拟温度信号就可以被1674模数转换模块采样，同时1674在单片机的控制下进行AD转换。

转换结束后通过P1口存入单片机。

先存低4位，再存高8为。

至此一路采集结束。

单片机控制选择下一通道，依次循环。

2．采集系统的主程序及子程序设计框图；

3.程序源代码

ORG0000H

SJMPMAIN

ORG0030H;

MAIN:

MOVP2,#06;选择15通道开始采集（AD4051开关的第7道）

MOVP1,#03;选中第15通道所在的开关模块

NOP;

NOP;

NOP;

NOP;

NOP;

NOP;

NOP;

NOP;

NOP;

NOP;

MOVP2,#07;选择16通道

MOVP1,#04;

L0:

MOVR0,#31H;数据存储首地址

MOVR5,#04;用于开关模块选择的计数

MOVR6,#00;第一个开关模块

L1:

MOVP2,#00;

MOVP1,R6;第一个开关模块

MOVR3,#08;用于通道选择的计数

MOVR4,#00;选择第一个通道

L2:

MOVP2,R4;

CLRP3.1;R/C----”0”

CLRP3.0;A0-----”0”

MOVR1,#0FFH;

MOVX@R1,A;启动A/D转换

W:

SETBP3.1;R/C---”1”准备读取数据

SETBP3.0;A0---”1”准备读取低4位数据

MOVR1,#0FFH;

MOVXA,@R1;读低4位

MOV@R0,A;存低4位

CLRP3.0;

MOVXA,@R1;读高8位

DECR0;高8位地址

MOV@R0,A;存高8位

INCR0;

INCR0;

INCR0;下一通道存储地址

INCR4;选择下一通道

DJNZR3,L2;

MOVP1,#04;

INCR6;选择下一开关模块

DJNZR5,L1;

SJMPL0;32路循环

END

备注：

1至16通道存储在50H到6FH，17至32通道存储在30H到4FH。

三设计总结

1.误差分析

仿真用的1674采用单极性接法，即模拟量采样范围为0至10V（10VIN通道）或0至20V（20VIN通道）。

当接10VIN通道时：

量化单位q=10/（2^12-1）=2.442mv

转换结果如下

模拟输入/V

理论结果

实际结果

实际对应理论模拟

0

000

000

000

0.5

0CC

0BF

0.466

1

199

17F

0.935

2

333

2FD

1.868

5

7FF

77A

4.674

10

FFF

EF3

9.345

10.5

FB2

9.812

11

FFF

10.00

当接20VIN通道时：

量化单位q=20/（2^12-1）=4.884mv

转换结果如下

模拟输入/V

理论结果

实际结果

实际对应理论模拟

0

000

000

000

0.5

033

063

0.484

1

0CC

0C6

0.967

2

199

18C

1.934

10

7FF

7BA

9.661

15

BFF

B97

14.491

20

FFF

F75

19.326

20.5

FD7

19.805

21

FFF

20.000

由上表知转换结果偏小，但误差小于1%。

原因主要是由于仿真的1674的满量程调节不可用。

至使0至10V的量程变为0至11V。

0至20V的量程变为0至21V。

2.设计任存在有待改进的地方。

AD1674与单片机数据传输时中间可加上锁存器，以保持采样数据的稳定。

3.通过此次设计使自己对数据采样的原理，AD转换，单片机的使用有了进一步的理解和掌握。