10通道数据采集系统设计单片机应用.docx

1、10通道数据采集系统设计单片机应用10通道数据采集系统设计10通道数据采集系统设计一、设计任务实现10通道模拟信号的采集二、设计要求1、采样频率200HZ，位数12位2、设计实现模拟/数字转换的方法，给出转换速度三、 设计原理1、AD574A芯片介绍AD574A 是单片高速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：010V 和0

2、20V，05V 和010V 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主要功能引脚介绍如下：AC：模拟地DC：数字地CS：片选信号，低电平有效CE：片使能，高电平有效R/C：读/启动信号，高电平读数据，低转换12/8：数据格式选择，高电平12位数据同时有效，低电平时第一次输出高8位，第二次输出低四位有效，中四位为零。A0：内部寄存器控制输入端，在12/8接地的情况下，高电平时高8位数据有效，低电平时低4位有效，中间4位为零，高4位为高阻态；在R/C为低的情况下，高电平启动12位转换，低电平启动8为转换。STS：工作状态输出端，高电平表

3、示正在转换，低电平表示转换完毕AD574和单片机的接口在设计硬件电路时要十分注意的一点就是AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接方式：应该将高8位DB4DB11接到数据总线的D0D7，低4位DB0DB3接到数据总线的高4位D4D7。如果接错的话就不能读取正确的转换结果，而且还很容易烧坏芯片。AD574A 的工作模式：如果需AD574A 工作于单一模式，只需将CE、12/8端接至+5V 电源端， CS和A0接至0V，仅用R/C端来控制A/D 转换的启动和数据输出。当RC=0 时，启动A/D 转换器，经25us 后STS=1，表明A/D 转换结束，此时将R/C置1，即可从数据端读取数据。AD

4、574控制端标志意义：CEA0工作状态0XXXX禁止x1XXX禁止100X0启动12位转换100X1启动8位转换101接+5VX12位并行输出有效101接0V0高8位并行输出有效101接0V1低4位并行输出有效AD574的接口电路下图是8051 单片机与AD574A 的接口电路，其中还使用了三态锁存器74LS373 和74LS00 与非门电路，逻辑控制信号由(CS、R/C和A0)有8051 的数据口P0 发出，并由三态锁存器74LS373 锁存到输出端Q0、Q1 和Q2 上，用于控制AD574A 的工作过程。AD 转换器的数据输出也通过P0 数据总线连至8051，由于我们只使用了8 位数据口，

5、12 位数据分两次读进8051，所以R/C接地。当8051 的p3.0 查询到STS 端转换结束信号后，先将转换后的12 位A/D 数据的高8 位读进8051，然后再将低4 位读进8051。这里不管AD574A 是处在启动、转换和输出结果，使能端CE 都必须为1，因此将8051 的写控制线WR和读控制线RD通过与非门74LS00 与AD574A 的使能端CE 相连。2、74LS150芯片介绍74LS150是一个16选1数据选择器（有选通输入端，反码输出）。数据选择端（ABCD）按二进制译码，以从16个数据（E0-E15）中选取1个所需的数据。只有在选通端STROBE为低电平时才可选择数据。输出

6、端W为反码数据。引脚图：引出端符号：A、B、C、D 选择输入端E0-E15 数据输入端STROBE 选通输入端（低电平有效）W 反码数据输出端Y 数据输出端功能图：H=高电平；L=低电平；X=任意；E0E15=对应的E端电平3、74HC573芯片简介74HC573是八进制3 态非反转透明锁存器为高性能硅门CMOS 器件。SL74HC573 跟LS/AL573 的管脚一样。器件的输入是和标准CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL 输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。输出能直

7、接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上操作电压范围：2.0V6.0V低输入电流：1.0uACMOS 器件的高噪声抵抗特性管腿安排：见右图功能表：输入输出输出使能锁存使能DQLHHHLHLLLLX不变HXXZX=不用关心Z高阻抗最大值范围：符号参数值单位VCCDC供电电压（参考GND）-0.5+7.0VVINDC输入电压（参考GND）-1.5VCC+1.5VVOUTDC输出电压（参考GND）-0.5VCC+0.5VIIN每一个PIN的DC输入电流20mAIOUT每一个PIN的DC输出电流mA35ICCDC供电电流，VCC和GND之间75mAPD在自然环境下，PDIP和SOIC封装下的功耗75

8、0,500mWTstg存储温度-65+150TL引线温度，10（PDIP,SOIC）260*最大值范围是指超过这个值，将损害器件。操作最好在下面的推荐操作条件下：额定功率的下降PDIP：10mW/ ，65125SOIC：7 mW/ ，65125四、 设计过程1、本系统需要的控制比较简单，选用80c51单片机芯片进行控制。2、由于输入是10通道模拟输入，12位精度数字输出。所以选用的AD转换芯片必须至少有10个模拟输入通道，而且数字输出为12位。考虑到芯片的价格与芯片结构复杂程度要便于设计的因素，本设计选用一通道模拟输入、12精度数字输出的AD574模数转换芯片，与16选1数据选择器74LS15

9、0搭配使用。使用74LS150的16个输入通道中的10个通道即可，然后把选择的通道中的模拟输入量送到AD574。3、由于12位数字输出需要分两次送到单片机，因此需要在AD574与单片机之间加数据锁存器，本设计选用74HC573锁存器。4、74LS150的通道选择由单片机的P1口的P1.0-P1.3控制，0000对应0通道，0001对应1通道，1001对应9通道。共使用10个通道。具体原理见设计原理的74LS150芯片介绍部分。5、软件流程图主程序：AD转换子程序：6、软件程序#include#include#include#define uint unsigned int#define uch

10、ar unsigned char#define ADCOM XBYTE0xff7c /控制寄存器地址#define ADLO XBYTE0xff7f /数据字节低4位地址#define ADHI XBYTE0xff7d /数据字节高8位地址sbit r = P37; /p3.7口sbit x = P36; /p3.6口sbit adbusy = P30; /p3.0口uint ad574(void) /AD转换子程序 r = 0; x = 0; ADCOM = 0; /启动转换 while(adbusy = 0); return(uint)(ADHI4)+(ADLO&0x0f); /返回转换数

11、据main() /主程序 uint idata result10; /定义数据存储数组 uchar ad_now = 0; /通道号 while(1) P1 = ad_now; /通过p1选择通道 _nop_(); resultad_now = ad574(); /取转换数据 ad_now+; /通道号加一 if(ad_now = 11) ad_now = 0; /返回0通道/数据通过10通道选择器进入AD574（AD574是一个12位数模转换期间，内置采样保持电路，无需附加外围电路），通过单片机控制数据选择器的控制端口，选择进行AD转换的通道，进行循环采集转换，并存入数组result107、

12、电路连接图五、 系统误差分析与补充说明1、AD574采样频率大于200HZ，且满足12位精度转换，达到本实验要求。由于先高8位送入锁存器锁存，再传送低4位，因此会对转换速度有一定的影响。2、AD574转换速率为25us，一个采样周期延迟25us。故每个采样数据转化后比原信号延迟25us。3、本设计AD574采用10V IN口，模拟信号输入电压幅值小于10V，1LBS2.44mv。故转化误差小于2.44mv。4、由于单片机80C51的存储单元非常少，采集转化后的数据量很大，因此用80C51来存储采集转化后的数据没有实用性。本设计程序中仅保存了当前采集的一个数据。因此在数据存储这部分设计中，只是给出了一种方法。若要把本系统应用于实际时，可以给单片机添加扩展存储单元，把采集的数据存放在该扩展存储器中。但现在一般更多的应用是把本系统与PC机相连接使用，应用PC机的存储与显示系统，此时本问题就不用单独考虑了。六、 参考文献1、刘乐善等微型计算机接口技术及应用 华中科技大学出版社；2、李广弟等单片机基础 北京航空航天大学出版社；3、80C51单片机技术资料、AD574模数转换芯片技术资料、74LS150十六选一数据选择器技术资料、74HC573锁存器技术资料。