基于51单片机的数据采集器.doc

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重庆大学本科专业综合课程设计论文

电类课程设计

题目：

数据采集的控制系统设计

学生：

xxxxxxxxx

指导教师：

xx

院系：

xx工程学院

专业班级：

xxxxx3班

xx大学

2014年6月

摘要

数据的采集和处理是数字信号处理中十分重要的一个环节，为了设计一个对8路0~5V的模拟电压进行循环采集，超出界线时指示灯闪烁，且能输出控制信号进行调节的数据采集控制系统，本课程设计在参考众多文献后对其进行了设计，系统分为硬件和软件两大部分。

在硬件方面我们采用了单片机89c52芯片为控制核心搭配上数据采集电路、LED数码管显示电路、DAC0800八位数模转换器等实现了模拟电压数据的循环采集和显示功能以及对输出信号的调节功能。

另外的软件部分则用c语言对数据采集、模数转换、数据显示等功能进行了编写。

文中详细介绍了硬件和软件两部分以及总体的情况.

关键词：

单片机82c52DAC0800数据循环采集

ABSTRACT

Thedataacquisitionandprocessingareveryimportantpartsofdigitalsignalprocessing.Todesignasystemtocircularacquisitionseightroads0~5Vanalogvoltageandtheindicatinglightsflashwhenitbeyondthelimitation,itcanalsooutputthecontrolsignaltoadjustthedataacquisitionsystem.Basedonthemassliteraturematerials,thecurriculumdesignsthissystemwhichdividesintotwoparts,hardwareandsoftware.IntheHardware,weuse89c52microcontrollerasthecoreofcontrol,withadataacquisitioncircuit, aDAC0800eight bitdigitaltoanalogconvertertoachievethegoals.Then,intheSoftware,weuseClanguagetocompiletheprocedureofdataacquisition,analogdigitalconversionandetc.Thispassageintroducesthehardware,softwareandtotalsituation.

Keywords:

89c52microcontroller,DAC0800,Circularacquisitionsofdata

目录

第1章 引言 1

1.1课题背景 1

1.2数据采集系统的历史与发展现状 1

第2章数据采集的控制系统的总体设计 3

2.1系统总体设计框图 3

2.2系统工作原理 4

2.3各个部分功能模块介绍 4

2.3.1ADC0809 4

2.3.2DAC0800 5

2.3.374HC138译码器 5

2.3.4三位八段数码管 6

2.3.5锁存器 7

2.3.674LS74 8

2.3.774LS00 8

第3章数据采集的控制系统的硬件设计 9

3.1芯片的选择 9

3.1.1芯片总体功能及介绍 9

3.1.489c52结构特点 9

3.1.3芯片各个引脚功能介绍 10

3.1.489c52参数 12

3.2系统硬件原理图 13

3.2.1ADC0809 13

3.2.2DAC0800 14

3.2.374HC138 15

3.2.48282锁存器 16

3.2.5八段数码管 17

3.2.674LS74二分频电路 17

3.2.774LS00 18

第4章数据采集的控制系统的软件设计 20

4.1主程序流程图 20

4.2各子程序流程图 21

4.2.1中断程序 21

4.2.2显示程序 22

4.2.3延时程序 23

第5章总结 24

参考文献 .…………………………………………………………….26

附录一设计程序 27

附录二PCB版图 39

第1章引言

1.1课题背景

数据采集是信息学科的重要分支之一，主要是研究信息数据处理及控制等问题[1]。

随着科学技术的发展,数据采集技术被普遍认为是现代科学研究和技术发展的一个重要课题,它在工业测控以及试验室研究方面的应用非常广泛[2]。

一方面,数据采集系统向着高精度、高速度、稳定可靠和集成化的方向发展;另一方面,数据采集系统也向着实时系统方向发展,特别是逻辑和时序要求比较高的系统。

数据采集和控制系统是对生产过程或科学实验中各种物理量进行实时采集、测试和反馈控制的闭环系统。

随着信息技术的飞速发展，它在工业控制、军事电子设备、医学监护等许多领域发挥着日益重要的作用，成为其中不可缺少的一部分。

数据采集经过近几十年快速的发展，已经成为了一门相对成熟的技术。

1.2数据采集系统的历史与发展现状

数据采集系统是将被测对象的各种参量通过不同的传感元件的适当转换后，在金国信号的处理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后传入控制器进行数据处理或记录存储的过程。

数据有很多种形式，最常见的有本文所使用的电流或电压的模拟量[3]。

数据采集系统起源于20世纪50年代左右，应用在军事方面为主。

十多年后的60年代后期，数据采集设备开始进入市场，但是此阶段的设备和系统仍大多数是属于专用的系统。

但随着技术的发展，微型机的出现和发展，以采集器同计算机融为一体为代表的数据采集系统诞生在70年代的中后期。

由于该系统的性能优良，远超传统的系统，因此得到了众人的认可并得到了惊人的发展。

在日益成熟的过程中，数据采集系统逐渐分为两类，实验室使用的数据采集系统和工业现场数据采集系统。

随着在20世纪80年代的计算机的盛行，数据采集系统也随之得到了空前的发展，涌现出通用的数据采集系统，主要分为两类，一是以仪器仪表和采集器，通用接口总线和计算机等构成，主要用于实验室；二是以数据采集卡、标准总线和计算机构成，主要在工业现场应用。

90年代至今，数据采集技术已经在国际技术先进的国家的军事、航空等领域被广泛地应用，在民用方面，信号检测与处理，仪器仪表方面都是属于实用的电子技术[4]。

随着集成电路制造技术的不断提高，更高性能和可靠性更高的数据采集系统也不断的出现，就目前而言，其发展方向可以概括为速度更快，通道更多，数据量更大三方面[5]。

数据采集技术在目前阶段采用先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的加减或更改模块，并结合系统的编程，就可以迅速扩展或修改系统，组成一个全新的系统[6]。

第2章数据采集的控制系统的总体设计

2.1系统总体设计框图

52单片机

AD转换器

AD转换地址锁存器

3位8段数码管

38译码器

8路信号

一位段锁存器

二位段锁存器

三位段锁存器

位锁存器

8个发光二极管

DA转换器

DA转换锁存器

图2.1系统总体设计框图

2.2系统工作原理

先打开AD转换锁存器，输入信号地址，再将地址锁存进行AD转换。

将AD转换的值在数码管上显示，单片机判断10次AD转换的平均值是否超出限制，如果超出限制则点亮LED灯并且启动DA转换调整输入电压。

2.3各个部分功能模块介绍

2.3.1ADC0809

ADC0809是CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器[7]。

它由一个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。

其内部的8通道多路开关，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。

本课设中，采用ADC0809进行8路模拟信号数据采样并进行转换。

图2.2ADC0809结构图

2.3.2DAC0800

DAC0800系列是单片8位高速电流输出数模转换器，电流稳定时间仅为100纳秒。

结构如图2.3。

本课设中，单片机根据第一路信号超出限制电压的程度来设定DAC0800所需要输出的电流大小，偏离上下限越大则电流越大。

图2.3DAC0800结构图

2.3.374HC138译码器

74HC138是一款高速CMOS器件，可接受3位二进制加权地址输入（A,B和C）,并当使能时,提供8个互斥的低有效输出（Y0至Y7）。

本课设中，74HC138为节省I/O口而用，并用来控制LED灯。

图2.474HC138结构图

2.3.4三位八段数码管

八段数码发光管就是8个发光二极管组成的，在空间排列成为8字型带个小数点，只要将电压加在阳极和阴极之间相应的笔画就会发光。

把这些LED发光二极管的正极接到一块（一般是拼成一个8字加一个小数点）而作为一个引脚，就叫共阳的，相反的，就叫共阴的，那么应用时这个脚就分别的接VCC和GND。

再把多个这样的8字装在一起就成了多位的数码管了。

本课设中，采用三位八段数码管显示AD转换的值。

图2.5八段数码管结构图

图2.6八段数码管共阳极接法示意图

图2.7八段数码管共阴极接法示意图

2.3.5锁存器

锁存器的最主要作用是缓存，其次完成高速的控制器与慢速的外设的不同步问题，再其次是解决驱动的问题，最后是解决一个I/O口既能输出也能输入的问题。

锁存器是利用电平控制数据的输入，只有在有锁存信号时输入的状态被保存到输出，直到下一个锁存信号[8]。

如下图2.8为简化的8282锁存器结构，都是带有三态门的八D锁存器。

本课设中设有两个锁存器，分别锁存AD地址和数据。

图2.88282锁存器结构简化图

2.3.674LS74

单片机的ALE引脚为2MHz的方波，将该频率的方波通过74LS74四分频电路后变为500KHz的方波提供给ADC0809的CLK引脚，使ADC0809能够正常工作。

图2.974LS74结构

2.3.774LS00

74LS00为四组2输入端与非门（正逻辑）。

共有54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00四种线路结构形式。

图2.1074LS00结构图

第3章数据采集的控制系统的硬件设计

3.1芯片的选择

在这次的课程设计中，我们选用的是89c52芯片。

89C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用ATMEL公司CMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品[9]。

它结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，是基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统。

关于其的总体功能和各个引脚功能将