数据采集电路设计.docx
《数据采集电路设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数据采集电路设计.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数据采集电路设计
电气工程学院课程设计
数据采集电路的设计
学生姓名韩章强
学号**********
学院电气工程学院
指导老师雷继海
专业测控技术与仪器
答辩日期
测控电路课程设计任务书
一、设计目的
根据常用的电子技术知识，以及可获得技术书籍与电子文档，初步形成电子设计过程中收集、阅读及应用技术资料的能力；熟悉电子系统设计的一般流程；掌握分析电路原理及对主要技术性能进行测试的常见方法；使学生学会使用电路仿真分析软件（Multisim）在计算机上进行电路设计与分析的方法。
二、任务与要求
设计一个数据采集电路，满足以下条件：
1.结合单片机的课程，选用ADC0808A/D转换器，采集输入实时电压，用四位的共阴数码管显示，并设计完整电路以及程序，仿真调试。
2.设计的精度为小数点后两位，输入电压的范围是0-5v,要求电路图简单合理。
三、进程安排
1．布置任务、查阅资料，方案设计
根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，
2．上机在Multisim境下按要求进行设计。
3．总结报告
四、所需调试工具
Keil和Multisim软件。
摘要:
数据采集与显示系统是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。
然后利用处理器处理，最后在显示出来。
数据采集与显示技术广泛应用在各个领域。
被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如电压、温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。
采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。
准确的数据测量是数据采集的基础。
不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。
数据采集含义很广，包括对面状连续物理量的采集。
在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。
关键词；数据采集；电路；信号；
AbstractDataacquisitionanddisplaysystemistheuseofadevice,collectdatafromoutsidethesystemandinputtotheinternalsystemofaninterface.Thentheprocessor,finallycameuponthescreen.Dataacquisitionanddisplaytechnologyiswidelyusedinvariousfields.
Dataisbeingcollectedhasvariousphysicalquantities,areconvertedtoelectricalsignalssuchasvoltage,temperature,waterlevel,windpressure,etc.,canbeanalog,alsocanbethedigitalquantity.Mostofthedatacollectedisinstantaneous,butalsoafeaturewithinacertainperiodoftimevalueofaccuratedatameasurementis.Thebasisfordatacollection.Nomatterwhatkindofmethodsandcomponentsarenotaffectedthemeasuredobjectandmeasuringenvironmentisthepremisetoensuretheaccuracyofthedata.Dataacquisitionisaverybroadmeaning,includingplanarcontinuousphysicalcollection.Incomputeraideddrawing,mapping,design,digitalgraphicsorimagetheprocessiscalleddataacquisition,theacquisitionisthegeometricvolume（includingthephysicalquantities,suchasthegraydata）.
Keywords:
Dataacquisition;Circuit;Signal;
1课程设计要求
结合单片机的课程，选择一款A/D转换器，采集输入实时电压并显示，并设计完整电路以及程序，仿真调试。
289C51单片机简介
AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kBytes ISP（In-systemprogrammable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，AT89C51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
51单片机内包含以下几个部件：
1）8位微处理器（CPU）。
2）数据存储器（128BRAM）。
3）程序存储器（ROM/EPROM）。
4）4个8位可编程并行I/O口（P0口，P1口，P2口，P3口）。
5）1个全双工的异步串行口。
6）2个16定时器/计数器。
7）中断系统。
8）特殊功能寄存器（SFR）。
2.1ADC0808转换器简介
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。
其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
图2-1ADC0808引脚图
2.2引脚功能
ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。
各引脚功能如下：
1～5和26～28（IN0～IN7）：
8路模拟量输入端。
8、14、15和17～21：
8位数字量输出端。
22（ALE）：
地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
6（START）：
A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
7（EOC）：
A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
9（OE）：
数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
10（CLK）：
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
12（VREF（+））和16（VREF（-））：
参考电压输入端
11（Vcc）：
主电源输入端。
13（GND）：
地。
23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：
3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
2.3 A/Ｄ转换原理
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法转换过程是：
初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若Vo然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的Vo再与Vi比较，若Vo重复此过程，直至逼近寄存器最低位。
转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。
逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
3时钟电路
XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。
内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。
晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。
电容取30PF左右。
系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路如下图3-1所示：
图3-1时钟电路
3.1复位电路
由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.复位电路如下所示。
图3-2复位电路
3.2LED显示电路
本项目所用显示屏为4位LED显示屏。
本LED显示器为8段（DP为小数点段），每一段为一个发光二极管。
发光二极管有共阳极和共阴极两种。
本显示器的发光二极管为共阴极数码管。
发光二极管的阳极连接在一起，通常在此共阴极接地，当某个发光二极管的阳极接低高平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。
通过给LED显示器提供不同的代码，是这些不同的LED显示器相应的段发光显示不同的字型，这些代码称为段码。
本项目所用段码值如下（表1）所示：
表1LED共阴数码管段码
数字
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
段码
0x03
0x9f
0x25
0x0d
0x99
0x49
0x41
0x1f
0x01
0x09
4仿真设计图
如下4-1图所示
图4-1数据采集系统仿真图
5仿真心得
这次通过自己再一次熟悉仿真软件，学到了在连线过程使用总线和网络标号，使得整体布局显得非常的美观，比以前密密麻麻的连线效果好多了。
从效率上来说也节省了时间。
对于别人来看，也方便多了，很容易看懂。
加深了对仿真软件的认识。
6程序
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#defineData_ADC0809P1
sbitST=P3^2;
sbitEOC=P3^3;
sbitOE=P3^1;
sbitDIAN=P0^5;//小数点
unsignedchardis[3];//显示数值
unsignedintsum=0;
unsignedinttemp=0;
unsignedintdat=0;
/*******************************共阴LED段码表*******************************/
Unsignedcharcodetab[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0x5e/*字母U*/};//gc.debfa
/****************************************************************************
ucharADC0809（）
{
uchartemp_=0x00;
OE=0;
ST=0;
ST=1;
ST=0;
while（EOC==0）
OE=1;
temp_=Data_ADC0809;
OE=0;
returntemp_;
}
voiddelay（unsignedintx）//延时函数
{
unsignedinti,j;
for（i=0;ifor（j=0;j<121;j++）;
}
/****************************************************************************
函数功能:
将0-255级换算成0.00-5.00的电压数值
入口参数:
i
出口参数:
****************************************************************************/
voidconvdata（unsignedchardat1）
{
unsignedintVo;
Vo=dat1*1.96;
dis[0]=Vo/100;//十位
dis[1]=Vo%100/10;//个位
dis[2]=Vo%100%10;//小数点后第1位
}
/****************************************************************************
函数功能:
数码管显示子程序
入口参数:
出口参数:
****************************************************************************/
voiddisplay（void）
{
P0=~tab[dis[0]];
P2=0xfe;//11011111
delay
（1）;
P2=0xff;
DIAN=0;
P0=~tab[dis[1]];
P2=0xfb;//10111111
delay
（1）;
P2=0xff;
P0=~tab[dis[2]];
P2=0xef;//01111111
delay
（1）;
P2=0xff;
P0=~tab[0];
P2=0xbf;
delay
（1）;
P2=0xff;
}
/****************************************************************************
函数功能:
主程序
入口参数:
出口参数:
****************************************************************************/
voidmain（void）
{
unsignedcharp=0;
while
（1）//主循环
{
for（p=0;p<20;p++）
{
sum=sum+ADC0809（）;
display（）;
}
//dat=（（sum/20）+dat）/2;
dat=sum/20;
convdata（dat）;//数据转换
sum=0;
display（）;//显示数值
6.1程序调试
在程序调试过程中也收获不少，在编译完程序，连接好线路，把程序加进去，开始运行。
但始终数码管不亮，通过虚拟示波器对线路的测试，波形是合适的。
最终想到问题出在数码管的段码上，井进行了仔细的查看，发现在单片机的输出口与数码管直接的连线没有按照字母顺序链接，修改之后，数码管正常显示了。
然后并没有就此罢休，又思考能不能只改段马码不改连线呢？
最后在进一步研究之后，成功的改写了断码。
此设计就是自己任意连线，然后自己推到出来的代码。
通过一个这样小小的问题，进一步熟悉了数码管驱动显示原理，做事不能照步就搬，要深刻理解它的原理，才能更加灵活的运用。
参考文献
[1]魏立峰.单片机原理及应用技术[M].北京:
北京大学出版社，2006.
[2]陈光绒.单片机技术应用教程[M].北京:
:
北京大学出版社，2005.
[3]李广弟.单片机基础[M].北京:
北京航空航天大学出版社，2007.
致谢
在本次的课程设计中，我得到了雷老师的精心指导，不管是从开始定方向还是在查资料准备的过程中，一直都耐心地给予我指导和意见，使我在总结学业及撰写论文方面都有了较大提高;同时也显示了老师高度的敬业精神和责任感。
在此，表示诚挚的感谢以及真心的祝福。
四年大学生活即将结束，回顾几年的历程，老师们给了我们很多指导和帮助。
他们严谨的治学，优良的作风和敬业的态度，为我们树立了为人师表的典范。
在此，我对所有的学院的老师表示感谢，祝你们身体健康，工作顺利!
升级会员 