数据采集系统课程设计报告.doc

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南昌工程学院

电子技术课程设计报告

数据采集系统

院系：

电气与电子工程系

班级：

05电子信息工程1班

姓名：

胡争

学号：

2005100096

指导教师：

余良国

完成时间：

2008年9月16-9月28号

南昌工程学院

课程设计（论文）任务书

I、课程设计（论文）题目：

数据采集系统

II、课程设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

1、系统可对8路模拟信号进行巡回检测，每个通道连续采样6次，采样周期为5秒。

2、利用单片机进行设计，AD574A作AD转换，多路转换开关选用CD4051。

3、画出详细的硬件连接图

4、给出程序设计思路,画出各程序的流程图

5、给出所有程序清单并加上必要注释

6、尽可能降低设计成本

III、课程设计（论文）工作内容及完成时间：

9月16日：

讲课设内容,安排任务

9月16日-18日：

查资料,确定方案,设计方案论证

9月19日-22日：

系统硬件设计，画出详细的硬件连接图

9月23日-26日：

系统软件设计，给出程序设计思路,画出软件流程图，给出所有程序清单并加上必要注释

27月28日：

完成设计说明书

Ⅳ主要参考资料：

[1]吴黎明.单片机原理及应用技术[M].北京:

科学出版社,2005;

[2]陈粤初等.单片机应用系统设计与实践[M].北京:

北京航空航天大学出版社,1992;

[3]张开生,郭国法.MCS-51单片机温度控制系统的设计[J]微计算机信息,2005年07期;

[4]黄祯祥,邓怀雄,郭延文,周书.基于MCS-51单片机的温度控制系统[J]现代电子技术,2005年06期;

电气系05电子信息（本）专业类1班

学生：

胡争

日期：

自2008年9月16日至2008年9月28日

指导教师：

余良国

助理指导教师（并指出所负责的部分）：

教研室主任：

附注:

任务书应该附在已完成的课程设计说明书首页。

目录：

一、课题介绍

1、课题简介

2、功能及系统要求

二、设计环境

三、各芯片模块介绍

1、功能分析

2、AD574A模/数转换芯片介绍

3、CD4051多路模拟开关介绍

4、LF398反馈型采样/保持放大器介绍

5、74LS373八D锁存器介绍

四、系统电路图设计

五、程序设计

1、程序流程图设计

2、程序设计

六、课程设计总结

七、致谢

八、主要参考文献

一、课题介绍

1、课题简介

设计一个8路模拟信号数据采集系统。

2、功能及系统要求

（1）系统可对8路模拟信号进行巡回检测，每个通道连续采样6次，采样周期为5秒。

（2）利用单片机进行设计，AD574A作AD转换，多路转换开关选用CD4051。

二、设计环境

电路设计用Protel99SE来完成，程序编写用Keil来完成。

Protel99SE是Protel公司在80年代末推出的EDA软件。

它包含了电原理图绘制、模拟电路与数字电路混合信号仿真、多层印制电路板设计（包含印制电路板自动布线）、可编程逻辑器件设计、图表生成、电子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server（客户/服务器）体系结构，同时还兼容一些其它设计软件的文件格式，如ORCAD，PSPICE，EXCEL等，其多层印制线路板的自动布线可实现高密度PCB的100％布通率。

三、各芯片模块介绍

1、功能分析

自动巡回检测就是以一定的周期自动地进行检查和测量。

AD574的分辨率（0.025%），转换误差（0.05%），转换时间（25us）和输出电压的范围都能很好的满足要求，故选用AD574。

CD4051导通电阻为200欧，由于采样/保持器的输入电阻一般在10兆欧以上，所以输入电压在CD4051上的压降仅为0.002%左右，故多路模拟开关选用CD4051。

LF398采样速度快，保持性能好，非线性度为+（-）0.01%，故采样/保持器选用LF398。

2、AD574A模/数转换芯片介绍

AD574A是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：

分辨率：

12位

非线性误差：

小于±1/2LBS或±1LBS

转换速率：

25us

模拟电压输入范围：

0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V两档四种

电源电压：

±15V和5V

数据输出格式：

12位/8位

芯片工作模式：

全速工作模式和单一工作模式

其内部结构及引脚结构如下图所示：

[1].Pin1（+V）——+5V电源输入端。

[2].Pin2（12/8非）——数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是12位或8位输出。

[3].Pin3（CS非）——片选端。

[4].Pin4（A0）——字节地址短周期控制端。

与端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。

须注意的是，端TTL电平不能直接+5V或0V连接。

[5].Pin5（R/C非）——读转换数据控制端。

[6].Pin6（CE）——使能端。

[7].Pin7（V+）——正电源输入端，输入+15V电源。

[8].Pin8（REFOUT）——10V基准电源电压输出端。

[9].Pin9（AGND）——模拟地端。

[10].Pin10（REFIN）——基准电源电压输入端。

[11].Pin（V-）——负电源输入端，输入-15V电源。

[12].Pin1（V+）——正电源输入端，输入+15V电源。

[13].Pin13（10VIN）——10V量程模拟电压输入端。

[14].Pin14（20VIN）——20V量程模拟电压输入端。

[15].Pin15（DGND）——数字地端。

[16].Pin16—Pin27（DB0—DB11）——12条数据总线。

通过这12条数据总线向外输出A/D转换数据。

[17].Pin28（STS）——工作状态指示信号端，当STS=1时，表示转换器正处于转换状态，当STS=0时，声明A/D转换结束，通过此信号可以判别A/D转换器的工作状态，作为单片机的中断或查询信号之用。

CE、CS非、R/C非、12/8非、A0各控制信号的组合作用，列于表如下（×表示1或0都可以）：

10VIN，20VIN，BIPOFF：

模拟电压信号输入端。

单极性应用时，将BIPOFF接0V，双极性时接10V。

量程可以是10V，也可以是20V。

输入信号在10V范围内变化时，将输入信号接至10VIN；在20V范围内变化时，接至20VIN。

模拟输入信号的几种接法如表3-3所示，相应电路如图3-18所示。

AD574A的输入信号连接方法如下图所示：

12位A/D转换器AD574A与PC总线的接口有多种方式。

既可以与PC总线的16位数据总线直接相连，构成简单的12位数据采集系统；也可以只占用PC总线的低8位数据总线，将转换后的12位数字量分两次读入主机，以节省硬件投入。

同样，在A/D转换器与PC总线之间的数据传送上也可以使用程序查询、软件定时或中断控制等多种方法。

由于AD574A的转换速度很高，一般多采用查询或定时方式。

3、CD4051多路模拟开关介绍

在多通道数据采集系统中，另一重要器件是模拟多路开关，或简称为多路开关。

它用来把多个被测点伤变送器的输出量，逐个分时地接到S/H器或A/D转换器的输入端，完成从多到一的功能。

差动多路开关同时切换两个开关，可完成差动信号的转换。

一到多开关主要用于输出通道的转换，在有的文献中也称为“反多路开关”。

有时也把多到一和一到多开关为别叫做“多路调制器”和“多路解调器”。

目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有不同的功能和用途。

如集成电路芯片CD4051（双向、单端、8路）、CD4052（单向、双端、4路）、AD7506（单向、单端、16路）等。

所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。

双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。

CC4051是单8通道数字控制模拟开关，有三个二进制控制输入端A0、A1、A2和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。

幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰－峰值至20V的模拟信号。

例如，若VDD＝＋5V，VSS＝0，VEE＝－13.5V，则0～5V的数字信号可控制－13.5～4.5V的模拟信号。

这些开关电路在整个VDD－VSS和VDD－VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。

当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。

三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。

CD4051提供了16引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4种封装形式。

推荐工作条件：

电源电压范围…………3V～15V

输入电压范围…………0V～VDD

工作温度范围

M类…………－55℃～125℃

E类………….－40℃～85℃

极限值：

电源电压…...－0.5V～18V

输入电压……－0.5V~VDD+0.5V

输入电流…………….±10mA

储存温度…………－65℃～150℃

引出端符号：

A0～A2地址端

I0/O0～I7/O7输入输出端

INH禁止端

O/I公共输出/输入端

VDD正电源

VEE模拟信号地

Vss数字信号地

8路模拟开关的结构原理如下图所示：

它包括电平转换、译码器/驱动器和开关电路三个组成部分。

电平转换单元可实现CMOS到TTL逻辑电平的转换。

因此，其输入电平范围宽，数字量的峰-峰值可达20V。

其译码器/驱动器具有16条引脚的双列直插式封装，引脚功能与使用方法如下：

①供电引脚VEE、VDD、VSS：

一般情况下VEE和VSS接地，VDD接5V~20V。

②数字控制通道选择输入端C、B、A：

为编码数字控制信号。

当CBA=000~111B时，可产生8选1译码控制信号，使8个通道中的唯一一路开关接通。

③禁止控制端INH：

为数字控制信号。

当INH=“1”时，所有的通道开关均被断开，当ING=“0”时，根据CBA的值，允许所选的一路开关接通。

使用该控制端可以方便地实现多路开关的扩展应用。

④多到一/一道多输入端引脚IN/OUT0~7、OUT/IN：

当用作多到一开关时，使用IN0~7和OUT功能；当用作一到多开关时，使用OUT0~7和IN功能，从而完成双向单边任务。

使能禁止端INH，可以很方便地进行通道数的扩展。

逻辑图：

CD405