数据采集器的设计实验报告.docx
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数据采集器的设计实验报告
数据采集器的设计实验报告
————————————————————————————————作者：
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单片机项目实践报告
数据采集器的设计
班级:
计应102
姓名:
潘琴
学号：
1008143233
一、项目名称：
数据采集器的设计
二、项目目的：
了解A/D转换的基本概念、并行A/D转换芯片ADC0809的内部结构、与单片机的接口方式，在此基础上完成数据采集器的设计与调试。
以及SPI总线的串行A/D转换芯片TLC549、串行D/A转换器件TLC5615，完成数字电压表、信号发生器的设计。
最后是用单片机的定时器/计数器实现频率与周期的测量,将被测信号的周期或频率在液晶屏上显示出来。
三、项目过程：
1、数据采集器的设计
1、1、ADC0808/0809的内部结构
STARTCLK
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
EOC
A
B
C
ALE
Vcc
GND
D0
D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
Vref（+）Vref（—）OE
图1、ADC0808/0809内部逻辑结构
1、2、数据采集器的设计过程
在Proteus环境下,用ADC0808设计一个数据采集器，通过串行口与上位机相连，如果串行口收到了上位机的采集命令（0x41），就将8路模拟量转换为数字量，通过串行口以ASCII码的形式发送给上位机.
1、2、1、硬件电路
如图所示,ADC0808的时钟信号CLK由Proteus的虚拟信号源提供,时钟频率的设置为600kHz;8路模拟量中IN0接Vcc,IN7接地，其他6路通过电位器分压获得；单片机串行口的数据收发线与虚拟终端连接.需要说明的是Proteus中ADC0808的数据线，OUT1表示最高位，OUT8表示最低位.
1、2、2、程序设计
程序的流程如图所示，主程序首先完成对串行口和外部中断的初始化，并等待上位机的采集命令，一旦收到采集命令，就启动对IN0的转换。
转换完成，ADC0808通过EOC向单片机发出中断请求,单片机响应中断，读取转换结果，并将其保存到数组adbuf中。
然后启动下一通道的转换，当8路模拟量全部采集完成时，主程序再将存放在数组adbuf中的8路数字量转换为ASCII码,通过串行口发送出去，为了能在虚拟终端上得到清楚的显示格式，相邻两路数字量之间输出空格码,每行显示8个数字量后，输出回车、换行码。
数据采集器的程序：
＃includeh〉
＃include〈absacc.h〉
#defineuintunsignedint
＃defineucharunsignedchar
ucharidataadbuf[8];//存放A/D转换结果
uintaddr;//IN0～IN7的通道地址
ucharn；//通道计数
voidinit_serial（void）
｛SCON=0x50;//0101，00008位数据位，无奇偶校验
TMOD=0x20;//定时器T1工作于方式2
PCON=PCON＆0x7f；//SMOD=0
TH1=—3；//装入时间常数，波特率为9600
TL1=-3;
TR1=1；｝/启动定时器T1
voidsend（uchardat）
{SBUF=dat；
while（TI==0）；
TI=0；｝
voidint0（void）interrupt0
｛adbuf[n］=XBYTE［addr]；//读取并保存当前转换结果
addr++；//指向下一通道的地址
n++;//计数器加工厂
if（n〈8）
XBYTE[addr］=0;//启动对一一通道的转换
else
EX0=0；｝
voidgetadc（void）
｛n=0；
addr=0x7ff8；//指向IN0通道的地址
XBYTE［addr]=0;//启动对当前通道的转换
EX0=1；//允许外部中断0中断
while（n〈8）;｝//等待8路模拟量转换完成
voidmain（）
｛uchari;
init_serial（）；//初始化串行口
IT0=1;//外部中断0下降沿触发
EA=1；//开中断
while
（1）
｛while（RI==0）;//等待接收完一个字符
RI=0;//清除接收标志
i=SBUF；//读取收到的字符
if（i==0x41）
｛getadc（）；//依次完成对8个通道模拟量的转换
for（i=0;i<8；i++）
{send（adbuf［i］/100+0x30）;//发送百位的ASCLL码
adbuf［i]=adbuf[i]%100；
send（adbuf[i］/10+0x30）;//发送十位的ASCLL码
send（adbuf［i]%10+0x30）;//发送个位的ASCLL码
send（0x20）；//发送空格码
send（0x20）；}
send（0x0d）;//发送回车、换行
send（0x0a）；}
｝
｝
1、2、3、调试方法与步骤
在Keil下建立项目，输入源程序，编译后进入调试方式全速运行,在虚拟终端的窗口中输入大写字母“A"，此时8路模拟量转换结果会在一行中显示出来，依次为IN0、IN1、…、IN7,由于IN0接+5V，IN7接地，因此对应的显示值为255和000,而IN1~IN6的值由电位器RV1中心抽头的位置确定,调节RV1，然后在虚拟终端的窗口中输入大写字母“A”，IN1~IN6的值将随之变化.
如果在虚拟终端的窗口无任何显示，首先应检查串行口的初始化是否正确、虚拟终端的波特率是否与串行口一致、串行口能否收到采集命令“A"。
如果串行口能收到采集命令，应检查外部中断的初始化是否正确、启动信号START、转换结束信号EOC、输出允许信号OE的连接是否正确，ADC0808的时钟CLOCK设置不正确，也将无法完成A/D转换。
如果程序能够将IN0~IN7的转换结果存入数组adbuf,应重点检查串行口数据发送函数send（）。
2、数字电压表的设计
2、1、8位串行A/D转换器TLC549
REF+
REF—
AIN
CS
CLK
DO
TLC549内部结构
2、2、数字电压表的设计过程
利用TCL549转换器设计一个简易数字电压表，用4位LED显示器将被测电压显示出来，测量范围为0。
000～5.000V（电路连接：
将ACS、ACLK、ADO分别与P10～P12相连）.
2、2、1、硬件电路
如图所示，将TLC549的CS、CLK、DO接到单片机的三条I/O口线，REF+、REF-直接接到Vcc、GND，模拟输入AIN接电位器的中心抽头，调节电位器即或改变被测输入电压值.
2、2、2程序设计
程序首先读取A/D转换结果存入adin，其值在0～255之间，对应的电压值u=adin/255＊5000（mV），然后将u转换为4位BCD码送显示缓存，并调用显示程序将显示出来，小数点固定在最高位.数字电压表的设计程序：
#includeh>
#defineucharunsignedchar
＃defineulongunshgnedlong
ucharcodesegtab[]=
{0xc0,0xf9，0xa4，0xb0，0x99,0x92,0x82,0xf8，0x80，0x90，
0x88，0x83，0xc6,0xa1，0x86，0x8e,0x89，0x8c,0xff};
uchardbuf［4]=｛0，0，0,0};
sbitAD_CS=P1^0;
sbitAD_CLK=P1^1；
sbitAD_DAT=P1^2;
bdataucharadin;
sbitadin0=adin^0;
voiddelay（void）
{uchari;
for（i=0;i<20;i++）；｝
uchargetad（void）//A/D转换程序
｛uchari;
AD_CS=0；//令CS为低选中TLC549
delay（）;//延时
for（i=0；i<8;i++）//循环读取8位A/D转换结果
{AD_CLK=0;//令CLK引脚为低
adin=adin<〈1;//先读取高位,后读取低位
adin=AD_DAT;//读取数据线的一位数据
AD_CLK=1;}//令CLK恢复为高位
AD_CS=1;
returnadin；｝
voiddisp（void）
{uchari，n，bsel;
bsel=0xfe;//首先点亮最低位
for（n=0；n〈4;n++）
{P2=bsel；//位选口
P0=segtab[dbuf[n］］;//将显示缓存的数据转换为字段码显示
if（n==3）P0=P0&0x7f；//点亮最高位的小数点
bsel=（bsel<〈1）+1；//准备显示下一位
for（i=1；i〈200；i++）;//延时
P0=0xff;｝//熄灭所有字段
｝
voidmain（）
｛ulongu；
uchari；
while
（1）
｛u=（ulong）getad（）*5000/255；//将转换结果换成电压值
for（i=0;i<3；i++）//转换为4位BCD码送显示缓存
{dbuf[i］=u％10;
u=u/10;｝
dbuf[3］=u;
disp（）；｝//显示电压值
｝
2、2、3、调试方法
在Keil下建立项目，输入源程序，编译后进入高度方式全速运行，数码管将以“X.XXX”的格式显示当前测量的电压值,调节电位器，数码管上的电压值将随之而变化.
如果数码管没有显示,应首先检查显示及显示函数。
注意，将电压值u转换成BCD码送显示缓存如果出问题,也会影响显示结果。
如果数码管能正常显示,但显示的电压值与实际值不同，一般A/D转换程序有问题,可重点检查getad（）函数,如果电位器W的中心抽头从最低调到最高，该函数返回的A/D转换结果也相应地由0x00变化到0xFF，说明A/D转换是对的，应检查语句“u=（ulong）getad（）＊5000/255;”以及随后的BCD码转换程序.
3、信号发生器的设计
3、1、串行D/A转换器TLC5615
REFIN
AGND
Vcc
CS
SCLK
DIN
DOUT
OUT
TLC5615内部结构
3、2、用TLC5615设计信号发生器的过程
3、2、1、在Proteus环境下,用TLC5615设计一个锯齿波发生器。
（1）、硬件电路
如图所示，将TLC5615的SCLK、CS、DOUT分别与单片机的P1。
0、P1。
1、P1.2相连,基准电压接+5V。
（2）、程序设计
为了产生锯齿波,可定义一个用于计数的字符变量n，其值由0开始加1，每次加1后就将其输出，由TLC5615转换为相应的电压值，当n为255时,再加1又回到0，这样就实现了一个周期的转换.程序如下：
#include〈reg51.h〉
＃includeh〉
＃defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitSCLK=P1^0；//时钟输入
sbitCS=P1^1；//片选信号
sbitDIN=P1^2;//串行数据输入
voiddatout（uintdat）//向TL5615输出16位数据
{uchari；
CS=1;//初始化片选信号为高
SCLK=0;//初始化时钟为低
CS=0;//选中TL5615
for（i=0;i<16;i++）
｛dat=dat<<1；//将最高位移入进位位CY
DIN=CY；//将数据送到DIN引脚
SCLK=1;//SCLK产生上升沿
SCLK=0;}//SCLK恢复为低
CS=1;}//片选信号恢复为高
voidmain（void）
｛uchari=0；
while
（1）
{i=i++;
datout（i〈〈2）;}
｝
在Keil下建立项目，输入源程序，编译后进入调试方式全速运行，示波器显示的波形如图所示。
1、在Proteus环境下，设计一个正弦波发生器。
＃include
＃include〈intrins。
h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitSCLK=P1^0；
sbitCS=P1^1;
sbitDIN=P1^2;
ucharcodewavetab［60]=｛
0x80,0x8D,0x9A，0xA7,0xB4,0xBF,0xCB,0xD5,
0xDF，0xE7，0xEE，0xF4，0xF9,0xFD，0xFF，0xFF，
0xFF，0xFD,0xF9，0xF4,0xEE，0xE7,0xDF,0xD5,
0xCB,0xC0，0xB4，0xA7，0x9A，0x8D，0x80，0x72,
0x65,0x58，0x4C，0x40,0x34,0x2A,0x21，0x18，
0x11,0x0B,0x06，0x02，0x00,0x00,0x00，0x02，
0x06，0x0A,0x10,0x18，0x20，0x2A，0x34,0x3F,
0x4B,0x58，0x65,0x72}；
voiddatout（uintdat）
{uchari；
CS=1；//初始化片选信号为高
SCLK=0;//初始化时钟为低
CS=0；//选中TL5615
for（i=0；i〈16；i++）
{dat=dat<<1;//将最高位移入进位位CY
DIN=CY;//将数据送到DIN引脚
SCLK=1;//SCLK产生上升沿
SCLK=0；}//SCLK恢复为低
CS=1；}//片选信号恢复为高｝
voidmain（void）
｛uinti=0;
for（i=0；i<60；i++）//从波表读取数字量输出
datout（wavetab［i］<<2）;
}
运行程序，Proteus的虚拟示波器将观察到如图所示的波形.
4、频率与周期的测量
4、1、频率的测量
4、1、1、频率测量的过程
（1）、硬件电路
在Proteus环境下，设计的频率计电路如图所示，将定时器T0设置在定时方式2，定时时间为250us,满4000次中断正好1s，定时器T1工作于计数方式1，其初值为0。
在启动定时器T0开始定时后，随即送到T1（P3.5）引脚的被测脉冲进行计数，当T0定时满1s后，立即停止T1计数，关闭定时器T0，T1的计数值即为被测信号的频率。
（2）、程序设计
频率测量模块的程序：
#include〈reg52.h>
＃includeh>
＃defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
externvoidinit_lcd（void）；
externvoiddisp_str（ucharx，uchary，uchar*p）；
sbitFS=P3^5；//被测信号FS输入端
bitRDY=0；//测量完成标志
uintmsn；//定时中断计数
uintcount（void）//测量FS的频率
{RDY=0;
TMOD=0X5a;//T0:
定时方式2,T1：
计数方式1；
TH0=TL0=—250;//T0定时时间为250us
msn=4000；//4000次中断正好1s
TH1=TL1=0X00；//T1工作于计数方式，初值为0
ET0=1;//允许T0中断
EA=1；//开中断
while（FS==1）；//等待被测信号变低
while（FS==0）;//等待被测信号变高
TR0=1；//T0开始定时
TR1=1；//T1开始计数
while（RDY==0）；//等待1s
TR1=0；//关闭T1、T0
TR0=0；
return（TH1＊256+TL1）;//返回计数值
}
voidtimer0（void）interrupt1using1
{msn—-；
if（msn==0）//如果1s已到
RDY=1;｝//设置测量完成标志位
voidmain（）
{uintf；
ucharstr[9]="f=Hz”；
uchari；
init_lcd（）；//液晶屏初始化
while
（1）
{f=count（）;//测量频率
_nop_（）；
for（i=6;i〉2；i-—）//测量结果转换为5位ASCII码
{str[i]=f％10+0x30；
f=f/10；}
str[2]=f+0x30;
for（i=2；i〈6;i++）//用空格码替换高位的0
{if（str［i］！
='0'）break；
str[i]='’;}
disp_str（0,3,str）；｝//显示测量结果
}
液晶显示模块1602DRV.C：
＃includeh〉
＃include〈intrins.h>
#defineucharunsignedchar
＃defineuintunsignedint
sbitRS=P3^3；//数据/命令寄存器选择控制端
sbitRW=P3^1;//读写控制端
sbitE=P3^0；//使能控制端
sfrLCD=0x80；//P0作为总线端口
sbitBF=LCD^7；//就绪线BF，低电平有效
voidlcd_cmd（ucharcmd）//向液晶屏发送指令
{LCD=cmd;
RS=0；
RW=0；
E=1；
_nop_（）；
E=0;
while
（1）
{LCD=0xff;
RS=0;
RW=1;
E=0;
_nop_（）;
E=1；
if（BF==0）break;｝
｝
voidlcd_dat（uchardat）//向液晶屏写入数据
｛LCD=dat；
RS=1;
RW=0；
E=1；
_nop_（）;
E=0；
while
（1）
{LCD=0xff；
RS=0;
RW=1；
E=0;
_nop_（）；
E=1；
if（BF==0）break；
dat=LCD；}
}
voidinit_lcd（void）//初始化液晶屏
｛lcd_cmd（0x01）;//清屏幕
lcd_cmd（0x3c）;//设置双行显示，5*10点阵
lcd_cmd（0x0c）；｝//开显示，关闭光标
voiddisp_str（ucharx,uchary，uchar＊p）//在x行、y列显示字符串p
{if（x==0）
lcd_cmd（0x80+y）;//设置写入地址
else
lcd_cmd（0xc0+y）;//设置写入地址
while（＊p）//将字符依次发送到液晶屏
lcd_dat（*p++）;
｝
（3）、调试方法
将被测信号FS用Proteus的虚拟信号源DCLOCK代替,设置其频率,切换以Keil下，全速运行程序，此时液晶屏的显示将如图所示。
停止程序的运行，回到Proteus修改DCLOCK的频率，再次切换到Keil下运行程序,液晶屏上的测量结果将随之变化。
如果液晶屏没有显示，可将语句“f=count（）；”注销,然后再编译运行，如果仍没有显示,就检查1602DRV。
C模块中I/O口的定义是否与线路一致，直到能正常显示时,再将注销的
语句恢复.
如果液晶屏仍没有显示，说明调用count（）函数没有返回，可能是RDY变量始终无效，此时应检查定时器T0的初始化是否正确，电路的连接有无错误。
4、2、周期的测量
4、2、1、周期测量的过程
（1）、硬件电路
在Proteus环境下，用定时器/计数器测量周期的电路如图所示，用D触发器对被测量信号进行分频,这要周期的测量也变成了脉宽的测量。
（2）、程序设计（液晶屏显示模块程序与频率测量模块一样）
周期测量模块程序:
＃include
＃defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
externvoiddisp_str（ucharx，uchary,uchar*p）;
externvoidinit_lcd（void）；
sbitCLR=P1^0；//触发器清0控制位
uintTs；//存放测量结果
bitRDY=0;//测量就绪标志
voidcontrol（void）
{IT0=1；//下降沿触发INT0
EX0=1;//允许外部中断0中断
TH0=0；//定时器初值为0
TL0=0；
TMOD=0x09；//定时器T0工作方式1,由TR0及INT0控制T0定时启停
CLR=0；CLR=1；//D触发器清0
TR0=1；//允许T0定时
EA=1;}//开中断,由被测信号的上升沿启动定时
voidint_0（void）interrupt0using1
｛TR0=0；//关闭定时器T0
EA=0;//关中断
Ts=TH0*256+TL0;
RDY=1；}
voidmain（）
{ucharstr[9］=”T=us";//用于测量结果输出
uchari；
init_lcd（）；
while
（1）
｛control（）；//初始化定时器及中断
while（RDY==0）；//等待INT0引脚下降沿
RDY=0；
for（i=6；i>2；i——）//测量结果转换为5位ASCII码
{str[i］=Ts％10+0x30;
Ts=Ts/10；}
str［2］=Ts+0x30;
for（i=2；i〈6；i++）//用空格码替换高位的0
｛if（str［i]！
=’0'）break;
str[i]=’’;}
disp_str（0，3，str）;｝//显示测量结果
｝
（3）、调试方法
将被测信号FS用Proteus的虚拟信号源DCLOCK代替，设置其周期，如图所示，切换到Keil下,全速运行程序，此时液晶屏的显示将如图所示。
停止程序的运行，回到Proteus修改DCLOCK的周期，再次切换到Keil下运行程序,液晶屏上的
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