多路数据采集.docx

1、多路数据采集第1章课题概述1.1课题的设计内容与要求本课题要求设计一个以单片机为核心的多路数据采集系统。本系统八 路模拟量输入，范围为0-5V。它要求对八个通道的模拟量进行巡回采样， 再将每个采集到的数据经过 A/D工程量转换后，以十进制数在LED显示器 上显示，并能够通过键盘操作切换显示不同通道的采样值。在LED显示器上，我们可以看到具体的数字电压一一精确到百分位， 具体的通道。在键盘切换时，切换相应的通道，就应该显示该通道的数值。 比如，选择了 4通道，显示屏上显示出 4，3.45V。1.2课题的设计目的和意义随着时代的时代的进步，单片机已经普及到我们的生活，工作，科 研各个领域，已经成为

2、一项交为成熟的技术。同时随着人们的生活水平的 提高，单片机控制无疑是人们追求的目标之一， 它所给人们带来的方便是 不可否定的。因此，它吸引了广大的从事电子设计人员的学习。将计算机应用于实时控制、在线动态测量等系统时，其控制或者测 量的对象往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移、速 度以及连续变化的电量。当计算机与外部设备直接交流有关物理量方面的 信息时，通常需要将检测到的模拟量信号转换成数字信号交给计算机处 理，而计算机输出的数字信号又需要转换成模拟信号以便对执行机构进行 控制。本课题的设计就是要对模拟量转变为数字量的研究。熟练掌握模拟量 和数字量之间的转换，进而了解工程中是如何

3、运用单片机进行工程控制。 它还可以帮助我们进一步检验和学习单片机，单片机的编程， LED的输出控制。第2章总体设计方案2.1总体思路由于本课题是多路数据的采集，可以寻找传感器（如温度传感器，压敏传 感器）来充当模拟信号，将此信号进行放大，滤波，采样保持，经过模 / 数转换，得到数字信号，将其数字信号送给单片机。 其中模数转换芯片可以选用A/D0809芯片。单片机把采集到的数据进行相关的处理，如二进制转换为十进制， 个位、小数位的显示等。这些都是通过软件来设计的。 单片机把处理好的 数据送给地址锁存，然后由显示器显示。2.2单片机概述和主要功能单片机是将CPU, RAM、ROM、定时器/计数器、

4、输入/输出接口电 路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一块大规模集成电路芯 片上，组成单片微型计算机。它有两种基本的结构形式：一种是普林斯顿； 一种是哈副结构。它的体积小、功能全、价格低等特点赢得了广泛的使用。单片机的种类也很多。有 ATMEL的ATMEL89系列；INTEL公司的 MCS51 ； Philips 电子公司的 MCS-51 ； WinBond 公司的 Mcs-51;Motorola 生产的MC6805系列等等。各个公司生产的单片机互不相融， 都有自己的 特点。其中要以Inter公司生产的MCS-51应用得最多。本课题实现的功能是：（1） 能够将采集到的模拟信号；（2）

5、能够进行模/数转换；（3） 能够进行十进制数的显示；（4） 有选择通道和循环显示通道的功能。2.3总体设计框图模拟信号装置采 样 保 持A/D转换单 片 机 系 统显示模块中 断 控 制 模 块2.4系统工作原理以单片机为核心，通过各种控制电路进行控制。在外设电路中，设置 了时钟电路和复位电路。外围电路将采集到的数据经过 A/D转换后，送给单片机P0 口。单片 机将P0 口中接收到的数据进行存储，整理、变换后，从 P1 口送出。送出 的数据经过锁存芯片进行锁存，最后由 LED显示。LED至少需要4个。切换通道的实现是根据外部中断源来实现的。 本课题采用的是中断源INT1。中断信号的产生，是通过

6、按纽开关开关来做的。将八路开关通过 一个或非门，再与中断源INT1相连。检测中断信号是通过软件来实现的。 一旦出现了中断信号，程序就会优先执行中断相关的程序。第3章系统的硬件设计3.1单片机的选择根据初步确定的方案，和满足设计的要求，本课题选用 In ter公司生产的MCS8051单片机。它与其他单片机对比主要有如下优点：1、 片内程序存储器采用闪速存储器，使得程序写入更加方便；2、 它的体积小，会使整个硬件体积变小；3、 良好的性能保证了设计的成功。3.2MCS-51单片机的管脚及其功能MCSI片机都采用40引脚的双列直插封装方式。图3 1为引脚排列 图，40条引脚说明如下：1、 主电源引脚

7、Vss和Vcc1Vss接地2Vcc正常操作时为+5伏电源2、 外接晶振引脚XTAL1和XTAL21XTAL1内部振荡电路反相放 大器的输入端，是外接晶体的一个引 脚。当采用外部振荡器时，此引脚接 地。2XTAL2内部振荡电路反相放 大器的输出端。是外接晶体的另一 端。当采用外部振荡器时，此引脚接 外部振荡源。3、 控制或与其它电源复用引脚RST/VPD ALE/ PROG， PSEN 和EA /VppRST/VPD当振荡器运行时， 在此引脚上出现两个机器周期的高 电平1234352672891011121314151617181920P1.0 jVCCP1.1P0.0P1.2P0.1P1.3P

8、0.2P1.4P0.3P1.5P0.4P1.6P0.5P1.7 1； P0.6RST/VPD 7P0.7RXD P3.0 1L EA/VPPTXD P3.1 5ALE/PROGINT0 P3.2 8 PSENINT1 P3.3 1P2.7T0 P3.4 0P2.6T1 P3.5P2.5WR P3.6P2.4RD P3.7P2.3XTAL2P2.2XTAL1P2.1VSSP2.03938373635343332313029282726252423222140图3 1 8051引脚排列图（由低到高跳变），将使单片机复位 在Vcc掉电期间，此引脚可接 上备用电源，由VPD向内部提供备用电源，以保持内

9、部 RAM中的数据。2ALE/ PROG 正常操作时为ALE功能（允许地址锁存）提供把 地址的低字节锁存到外部锁存器，ALE引脚以不变的频率（振荡器频率的 1）周期性地发出正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于6定时目的。但要注意，每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲， ALE端可以驱动（吸收或输出电流）八个 LSTTL电路。 对于EPRO型单片机，在EPROMS程期间，此引脚接收编程脉冲（PROG功能）。3PSEN外部程序存储器读选通信号输出端， 在从外部程序存储取 指令（或数据）期间，PSEN在每个机器周期内两次有效。PSEN同样可 以驱动八LSTTL输入。4EA/Vp

10、p、 EA/Vpp为内部程序存储器和外部程序存储器选择端。当EA/Vpp为高电平时，访问内部程序存储器，当 EA/Vpp为低电平 时，贝肪问外部程序存储器。对于EPROM型单片机，在EPROMS程期间，此引脚上加 21伏EPROM 编程电源（Vpp）。4、输入/ 输出引脚 P0.0 - P0.7 ，P1.0 - P1.7 ，P2.0 - P2.7 ，P3.0 -P3.7。1P0 口（ P0.0 - P0.7 ）是一个8位漏极开路型双向I/O 口，在访问外部存储器时，它是分时传送的低字节地址和数据总线， P0 口能以吸收电流的方式驱动八个LSTTL负载。2P1 口（ P1.0 - P1.7）是一

11、个带有内部提升电阻的 8位准双向I/O 口。能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。3P2 口（ P2.0 - P2.7）是一个带有内部提升电阻的 8位准双向I/O 口，在访问外部存储器时，它输出高 8位地址。P2 口可以驱动（吸收或输 出电流）四个LSTTL负载。4P3 口（ P3.0 - P3.7）是一个带有内部提升电阻的 8位准双向I/O 口。能驱动（吸收或输出电流）四个LSTTL负载。P3 口还用于第二功能请 参看表2-1表3-1 P3 口的第二功能端口功能第二功能P3.0RXD-串行输入（数据接收）口P3.1TXD-串行输出（数据发送）口P3.2INI 0 -外部中断0输入线P3

12、.3INT 1 -外部中断1输入线P3.4T0 -定时器0外部输入P3.5T1 -定时器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通信号输出P3.7RD 外部数据存储器读选通信号输入3.3单片机端口的分配表32单片机端口的分配I/O端口分配作 用方 式P0.0P0.7接收A/D转换的数据输入P1.0P1.7送数据到锁存器中输出P2.0控制LED1的位选端输出P2.1控制LED2的位选端输出P2.2控制LED3的位选端输出P2.4控制LED4的位选端输出P3.3接收外部中断信号输入P3.6WR-外部数据存储器写选通信号输出输入P3.7RD-外部数据存储器读选通信号输入输出3.4时钟电路设计单片机工

13、作的时间基准是由时钟电路提 供的。在单片机XTAL1和XTAL2两个管脚， 接一只晶振及两只电容就构成了单片机的 时钟电路。电路中，电容器C1和电容器C2 对振荡频率有微调的作用。他们的值通常取 30PF。石英晶体取12MHZ。其中的电路图 如图32所示。图32 时钟电路3.5复位电路的设计单片机的RST管脚为主机提供了一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间为2个机器周期以上。单片机 的复位方式由上电自动复位和手动复位两种。 电阻、电容器件的参考值为：R仁200欧R2=1000欧C3=22U F8051COMPCWUT_I如图3 3图3 3 复位电路图3.6数据采

14、集电路的设计数据采集电路由A/D0809模数转换器、74LS373缓冲器、两个JK触发器组成。fri a4JtEiTTft TFTFTI:l1iimu1JL1127TI:I?MOPLIM.1Ml to血畑tmI1.*iij2124H7LDCK iWT miErl. 1ALEAB&TUl&AErr比冑14口244J模拟信号的采集是由A/D0809转换来负责的。当他采集完数据之后向单片机发出信号，当单片机接收到该信号之后，就从 A/D0809中获取具体米集的方式有三种：一是查询，二是中断，三是延时等待。本次米用延时等待。具体的语句为：MOV DPTR,AMOV A,DPTR3.7显示电路的设计3.

15、7.1 LED 介绍单片机应用系统中，通常都需要进行人机对话。 这包括人对应用系统的状态干预与数据输入，以及应 用系统向人们显示运行状态与运行结果等。显示器、 键盘电路就是用于完成人机对话活动的人机通道。常用的LED数码管显示器由7个发光二极管组 成7段LED显示器，其排列形状如图34所示。 此外Dp用于显示小数点。通过7个发光二极管亮 暗的不同组合，可以显示多种数字、字母以及其他 符号。图3 4 LED图edpLED共有两种接法。一种是共阴极；一种是共阳极。3. 7. 2 LED的驱动电路驱动电路有四个LED显示器、74LS244锁存器、8051单片机组成。显示 采用动态显示。其中显示信号从

16、8051单片机的P1 口输出，经过74LS244 锁存。74LS的输入端口是与8051的P1 口相连的。它的输出端口是与 4 个LED显示器的段控位相连接的。也就是说它控制着四个显示器的段码。 那么LED的位控制是由哪个端口控制的呢？在设计中我采用的是用 P2口的前四位来进行输出控制的。图37显示电路3.7.3字型码的定义由于系统LED显示使用的是共阴极的显示器，而显示器不能直接 识别十进制和别的进制。因此需要将数据转换为与十进制对应的数据来进 行显示，如表33。表3 3 LED显示器十六进制数的字形代码显示字符共阴极段码共阳极段 码显示字符共阴极段 码共极段码03FHC0H87FH80H10

17、6HF9H96FH90H25BHA4HA77H88H34FHB0Hb7CH83H466H99HC39HC6H56DH92Hr d5EHA1H67DH82HE79H86H707HF8HF71H8EH在本课题中，它的对应码为：3FH、 06H 5BH 4FH 66H 6DH 7DH 07H 7FH 6FH3.8通道切换电路的设计人们切换是通过按键来确定的，选择自己所要显示的通道。选择信号图38 通道切换电路图第4章系统的软件设计4.1总程序流程图W转换并送到70H-77H4A/D转换并送到7DH-77H1 选择单通遒供通匚通道选择选择披测通道，并确定存移动指针指将指宦地址內容转换将指定地址內容转换

18、指定内容送到显指定內容迸到显4.2各子程序设计4.2.1 A/D转换子程序TEST:MOV R0,#70H;定义米集数据存储器位置MOV R5,#08;通道循环参数MOV DPTR,#0CFA0H;数据指向端口地址LOOP:MOVX DPTR,AMOVR4,#8FH;延时子程序LOOP11:DJNZR4,LOOP11MOVR4,#0FHLOOP22:DJNZR4,L OOP22MOVX A,DPTRMOV R0,A;把米集数据送到指定位 置INC R0INC DPTRMOV 7BH,R5DJNZ R5,LOOP;移动存储位置 ;移动指针;判定采集八通道4.2.2八路开关选择控制子程序LPP:M

19、OV A,P3;米集开关信号MOV R2,#0FFH;初始化RL APP:RR A;右移INC R2ANL A,#0EFH;信号位置判定CJNE A,#0,PP;转移判定MOV A,R2MOV 7BH,A;数据采集通道号存储ADD A,#70H;数据地址传送MOV R1,A423二进制转换BCD码子程序TUNBCD: MOV A,R1MOV B,#51DIV ABMOV 7AH,AMOV A,CLR F0SUBB A,#10MUL ABMOV B,#51DIV ABJB FO,LOOP2ADD A,#5LOOP2: MOV 79H,AMOV A,B;255/51=5.0;个位数存储;小数点后第

20、一位4.2.5八路循环显示控制子程序DISP2:MOV SP,#60HLP: MOV R5,#50ACALL DISDJNZ R5,LPMOV R6,#0F4HDL1: MOV R7,#0A9H DL2: DJNZ R7,DL2DJNZ R6,DL1INC R1INC 7BHDJNZ R3,XUNHUAN；设置调用显示次数，使显示 稳定;调用显示模块;延时;通道信号送入寄存器 循环调用4.2.6显示子程序DIS: MOV R0,#78H；送入数据存储地址MOV R4,#0FEHMOV R2,#04HDIS2: MOV DPTR,#TABMOV A,R0MOVC A,A+DPTRCJNE R2,

21、#2,QQADD A,#80H;位扫描信号;数据位数送入;数码管表首地址;对应字符调用小数点处理QQ: MOV DPTR,#0CFA8HMOVX DPTR,AMOV A,R4MOV P1,ALCALL DAY INC R0RL AMOV R4,ADJNZ R2,DIS2RET;采集数据地址;采集位信号;延时调用;地址移位;位信号移位判断结束4.2.7延时子程序DAY:MOV R6,#04HD1;D2:MOV R7,#248NOPNOPDJNZ R7, D2DJNZ R6, D1RET第5章运行与调试系统的调试和运行，先将编写好的程序写成源程序文件，然后经过汇编后 生成目标文件，用仿真实验台进行

22、调试。（1）系统启动后，显示器处于数据循环采集状态。从 0通道到7通道循环显示数据。具体显示数据结果如下：0 4.58, 1 0.26, 2 3.58, 3 4.58, 4 5.00，5 2.65, 6 4.96, 7 1.95（2） 当切换按纽按下时，系统就响应相应的中断程序，显示出该单通 道的数据。如按下0按纽，就立即出现0 4.58（3） 当复位按键SA按下时，系统返回到初始状态。第6章总结经过将近两周的单片机课程设计，终于完成了我的多路数据采集系统 的设计，虽然没有完全达到设计要求，但从心底里说，还是高兴的，毕竟 从这次设计中学到了不少的知识，高兴之余不得不深思呀！在本次设计的过程中，

23、我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设 计但这次设计真的让我长进了很多，单片机课程设计重点就在于软件算法 的设计，需要有很巧妙的程序算法，虽然以前写过几次程序， 但我觉的写好一个程序并不是一件简单的事， 举个例子，以前写的那几次，数据加减 时，我用的都是BCD码，这一次，我全部用的都是16进制的数直接加减， 显示处理时在用除法去删分，感觉效果比较好，有好多的东西，只有我们 去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈 不上掌握。在本次设计中，我认识最深的是硬件的作用和单片机在我们生活中的 作用感。其中对A/D0809的认识，7LS244的认识、单片机接口的认识。 在设计中

24、，我翻阅了各方面的资料，从多方面查询他们的功能。 从其中我学到单片机接口的知识，和它对各类事情的控制。同时也被它强大的微处 理能力所震撼。我想，随着社会的发展， 单片机必将成为人类社会不可缺 少的重要科技之一。我们应该努力学习单片机知识，为社会作出贡献。最后我要感谢含辛茹苦、默默支持我的指导老师们，特别要感谢周向 红老师。这两周以来，她不持辛苦，时时刻刻监督、指导着我，让我从其 中学到了许多的知识。真的很感谢她。我今天的成功离不开老师的功劳。 我一定要在今后认真的学习来报答老师的栽培。参考文献1、 单片机应用系统设计 何立民 编 北航出版社2、 单片机原理及应用 王迎旭 主编 机械工业出版社3、 51系列单片机设计实例楼然苗等编 北航出版社4、 51单片机应用系统开发典型实例戴家 等编中国电力出版社5、 单片微型计算机原理及接口技术陈光东 等编附录A 系统原理图Ij I I Jkl I卜 t JjLfkhtLI SKI*i -1d i1a|jLnaMw, 5! p|M MXIII 41 1*1 J 4lJj | : 11* B、程序清单ORG 0000HMAIN: MOV A,P2JZ MAIN1MAIN2MAIN1: LCALL TESTMOV P3,#0FFH LCALL LPP