单片机数据采集控制系统.docx

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单片机数据采集控制系统

《单片机数据采集控制系统》课程设计报告

一、前言

通常是指有若干相互连接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。

由于大规模集成电路和模拟-数字混合集成电路的大量出现，在单个芯片上可能集成许多种不同种类的电路。

二、课程设计的目的和要求

2.1、课程设计的目的

运用模拟电子技术、数字电子技术、单片机原理及其应用等课程知识,根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试,从而加深对本课程知识的理解,把学过的比较零碎的知识系统化，比较系统的学习开发单片机应用系统的基本步骤和基本方法，使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等有一定的提高。

2.2、课程设计要求

用8051单片机设计数据采集控制系统，基本要求如下：

1、可实现8路数据的采集，假设８路信号均为0-5V的电压信号；

2、采集数据可通过数码管显示，显示格式为：

[通道号]电压值，如[０１]４.5

3、可通过键盘设置采集方式；（单点采集、多路巡测、采集时间间隔*）

4、具有异常数据声音报警功能：

对第一路数据可设置正常数据的上限值和下限值，当采集的数据出现异常，发出报警信号。

（LED显示报警）

5、可输出8路顺序控制信号，设每路顺序控制信号为一位，顺序控制的流程为：

三、总体设计

实验原理：

从A/D转换器入手，通过编程，实现硬件上的八路数据采集、采集数据显示、通过键盘设计采集、实现上下限的报警功能、八路顺序控制信号。

四、硬件设计

4.1各种芯片的功能、引脚、相应的命令控制字格式的介绍

1、MCS-51

芯片介绍：

MCS-51系列单片机是美国Intel公司开发的8位单片机又可以分为多个子系列。

MCS-51系列单片机共有40条引脚，包括32条I/O接口引脚、4条控制引脚、2条电源引脚、2条时钟引脚。

引脚说明：

P0.0～P0.7：

P0口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时的地址/数据复用口。

P1.0～P1.7：

P1口8位口线，通用I/O接口无第二功能。

P2.0～P2.7：

P2口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时传送高8位地址。

P3.0～P3.7：

P3口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为为单片机的控制信号。

ALE/PROG：

地址锁存允许/编程脉冲输入信号线（输出信号）

PSEN：

片外程序存储器开发信号引脚（输出信号）。

EA/Vpp：

片外程序存储器使用信号引脚/编程电源输入引脚

RST/VPD：

复位/备用电源引脚。

2、74LS373

芯片介绍：

74LS373是带有三态门的八D锁存器，当使能信号线OE为低电平时，三态门处于导通状态，允许1Q-8Q输出到OUT1-OUT8，当OE端为高电平时，输出三态门断开，输出线OUT1-OUT8处于浮空状态。

G称为数据打入线，当74LS373用作地址锁存器时，首先应使三态门的使能信号OE为低电平，这时，当G端输入端为高电平时，锁存器输出（1Q-8Q）状态和输入端（1D-8D）状态相同；当G端从高电平返回到低电平（下降沿）时，输入端（1D-8D）的数据锁入1Q-8Q的八位锁存器中。

当用74LS373作为地址锁存器时，它们的G端可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连，在ALE下降沿进行地址锁存。

引脚说明：

D0～D7：

锁存器8位数据输入线Q0～Q7：

锁存器8位数据输出线

GND：

接地引脚Vcc：

电源引脚，＋5V有效OE：

片选信号引脚G：

锁存控制信号输入引脚

3、74LS138

芯片介绍：

74LS138是一个3-8译码器，共16个引脚。

引脚说明：

A、B、C：

选择端即信号输入端

E1、E2、E3：

使能端，其中E1、E2低电平有效，E3高电平有效

Y0～Y7：

译码输出信号，始终只有一个为低电平

Vcc：

电源端，＋5V

GND：

线路地

4、ADC0809

芯片介绍：

ADC0809是一种比较典型的8位8通道逐次逼近式A/D转换器，CMOS工艺，可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，其转换时间为100μs左右，采用双排28引脚封装。

引脚说明：

IN0～IN7：

8路模拟量输入通道

ADDA～ADDC：

地址线用于选择模拟量输入通道

ALE：

地址锁存允许信号

START：

转换启动信号

D0～D7：

数据输出线

OE：

输出允许信号，低电平允许转换结果输出

CLOCK：

时钟信号输入引脚，通常使用500KHz

EOC：

转换结束信号，为0代表正在转换，1代表转换结束

Vcc：

＋5V电压

VREF（＋）、VREF（－）：

参考电压

5、DAC0832

芯片介绍：

DAC0832是美国数据公司的8位D/A转化器，片内带数据锁存器，电流输出，输出电流稳定时间为1μm，功耗为20mW。

引脚说明：

D0～D7：

数据输入线，TTL电平

ILE：

数据锁存允许控制信号线

CS：

片选信号线，低电平有效

WR1：

数据锁存器写选通输入线，负脉冲有效

XFER：

数据传输控制信号输入线，低电平有效

WR2：

DAC寄存器写选通输入线，低电平有效

IOUT1：

电流输出线，当DAC寄存器为全1时电流最大

IOUT2：

电流输出线，其值与IOUT1之和为一常数

Vcc：

电源电压线，为＋5V～＋15范围

VREF：

基准电压输入线，范围为：

－10V～＋10V

AGND：

模拟地

DGND：

数字地

Rfb：

反馈信号输入线，调整Rfb端外接电阻值可以调整转换满量程精度

4.2绘出硬件接线图

五、软件设计

5.1程序流程图

5.2主程序、子程序、中断服务程序

附录一

ORG0000H

LJMPSE11

ORG000BH

LJMPINTT0

ORG0100H

SE11:

MOVSP,#53H

MOV7EH,#10H

MOV7DH,#00H

MOV7CH,#01H

MOV7BH,#11H

MOV7AH,#10H

MOV79H,#10H;显示缓冲区初值

MOVR6,#00H

MOVR4,#00H

MOV60H,#00H

MOV30H,#30H

MOVTMOD,#01H

MOVTL0,#0DCH

MOVTH0,#0CH

SETBEA

SETBET0

LO18:

CALLDIS

MOVA,R4;ADC0809内部模拟开关（可以改读取通道）

MOVDPTR,#0FFE0H;A4A3A2000选通Y0

MOVX@DPTR,A;0809的0通道采样

L9:

CALLDIS;显示

MOV7CH,R4

MOVXA,@DPTR;取出采样值A=00-FF

MOVR0,#79H

CALLPTDS;采样值送显示缓冲区

CALLDIS

CALLGetKey

SJMPLO18;循环

PTDS:

MOVB,#33H

DIVAB

SWAPA

MOVR5,A

MOVA,B

MOVB,#05H

DIVAB

ORLA,R5

DAA

MOVR1,A;拆送显示缓冲区

JMPNO1

NO:

ADDA,R1;把电压值的整数位和小数位加起来

MOVR1,A

;-------------------------------;报警子程序

NO1:

CJNER1,#40H,MAX1;判断上线电压值，大于4V，LED1灯亮

MAX1:

JCMAX2

CLRP3.0

MAX2:

JNCNO2

SETBP3.0

NO2:

CJNER1,#10H,MIN1;判断下线电压值，小于1V，LED2灯亮

MIN1:

JNCMIN2

CLRP3.1

MIN2:

JCNO3

SETBP3.1

NO3:

ACALLPTDS1

MOVA,R1

SWAPA

PTDS1:

ANLA,#0FH

MOV@R0,A

INCR0

RET

DIS:

PUSHDPH

PUSHDPL

SETBRS1

MOVR0,#7EH

MOVR2,#20H

MOVR3,#00H

MOVDPTR,#LS0

LS2:

MOVA,@R0

MOVCA,@A+DPTR

CJNER0,#7AH,AA

ANLA,#7FH

AA:

MOVR1,#0DCH

MOVX@R1,A

MOVA,R2

incR1

MOVX@R1,A

LS1:

DJNZR3,LS1

CLRC

RRCA

MOVR2,A

DECR0

JNZLS2

movx@r0,a

decr0

cpla

movx@r0,a

CLRRS1

POPDPL

POPDPH

RET

GetKey:

callScanKey

MOVR5,A

CJNER5,#20H,BIAN;R5标志位用于判断前后值是否变化

SJMPXUAN;若R5无变化，则转至XUAN，保持原先的通道模式

BIAN:

CLRTR0

MOV40H,R5;R5有变化，选择变化后的通道

MOVR4,40H;R4为渠道的选通值

MOVR6,40H;R6用于判断选通

XUAN:

SETBC

CJNER6,#8,QING;判断选择的通道是0-7：

cy=1，还是8-F：

cy=0。

QING:

JCLO20;若通道为0-7，转至Lo20,保持原先的通道；

CJNER5,#20H,QING1;判断通道8-F的通道值是否有变化；若无变化，则原先的通道递增模式，继续执行

SJMPXUN

QING1:

MOVR4,#0FFH;用于清零。

SJMPXUN

XUN:

SETBTR0

MOVR4,60H

LO20:

ret;子程序返回

ScanKey:

setbRS1

movr2,#0feh;列扫描

movr3,#08h;列扫描的次数

movr0,#00h;扫描到的列号值

LoopS:

movr1,#0DDH;列扫描入口FFDDH

mova,r2

movx@r1,a;开始列扫描

rla

movr2,a

incr1;键入口地址FFDEH

movxa,@r1;读取行信息

cpla

anla,#0fh;无按键A=0，有按键A！

=0

jnzScan

incr0

djnzr3,LoopS

ReTKey3:

mova,#20h

TKey3:

movr2,a

clra

movr1,#0DDH

movx@r1,a

mova,r2

clrRS1

ret

Scan:

cpla

jbacc.0,TKey0

mova,#00h

sjmpEndLoop

TKey0:

jbacc.1,TKey1

mova,#08h

sjmpEndLoop

TKey1:

jbacc.2,TKey2

mova,#10h

sjmpEndLoop

TKey2:

jbacc.3,ReTKey3

mova,#18h

EndLoop:

adda,r0;a为行号值（头）：

00，08，10，18

sjmpTKey3

INTT0:

PUSHACC

PUSHPSW

SETBPSW.3

MOVTL0,#0DCH

MOVTH0,#0CH

MOVA,30H

DECA

MOV30H,A

JNZRET0

MOVA,60H

INCA

CJNEA,#00H,D0

MOV30H,#30H

D0:

CJNEA,#01H,D1

MOV30H,#30H

D1:

CJNEA,#02H,D2

MOV30H,#60H

D2:

CJNEA,#03H,D3

MOV30H,#10H

D3:

CJNEA,#04H,D4

MOV30H,#10H

D4:

CJNEA,#05H,D5

MOV30H,#10H

D5:

CJNEA,#06H,D6

MOV30H,#10H

D6:

CJNEA,#07H,D7

MOV30H,#60H

D7:

MOV60H,A

CJNEA,#08H,RET0

MOVA,#00H

MOV60H,A

MOV30H,#30H

RET0:

POPPSW

POPACC

RETI

LS0:

DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0C6H,0F0H

END

六、实验数据

七、结束语

这次的课程设计是一次全面的综合性质的课程设计，让我们温习了前面所学的知识，并且能好好地实践。

我们从中也学会了很多，懂得了很多。

比如构思，一开始在做如何把显示的范围缩小到0到5。

我们的想到了先把要显示的数据除以51，再用余数去除以5.1，前后所得的数据分别是高位和地位要显示的数据。

可是除以5.1不容易做到，通过老师的提点，我们知道了可以通过把5.1近似看作5来处理，这样编写起来就容易多了。

这着实让我们增长了不少经验。

当8路循环实现之后，我们的显示又出现了一个小问题，那就是显示的时候，总会有一瞬间数码管全亮了，也就是意味着有一瞬间它们获得的信号都是低电平，说明程序里面有漏洞。

后来通过同学的帮助，检查出来是push和pop的时候，没有注意先进后出这一规则。

还有很多经验获得，比如我们的循环原来做出来是无法用延时，后来经过老师的提点，我们修改了程序，使得通过延时循环显示同一通道，这样也就不会跳的太快。

这次的课程设计真的让我们收获颇丰，比课堂上讲的内容丰富多了，好掌握多了。

其实实践课多点帮助比较大。

对于帮助我们对知识的理解和掌握起到了很大的效果。