锅炉烟气含量实时监测系统的数据采集及传输.doc

四川理工学院毕业设计（论文） 锅炉烟气含量实时监测系统的数据采集与传输学 生：张 涛学 号：06021050126专 业：电子信息科学与技术班 级：2006.1指导教师：姚娅川四川理工学院自动化与电子信息学院二O一O年六月摘 要工业锅炉燃烧中会产生大量的烟气。这些烟气会直接或经过处理后排放到大气中，排放烟气中各种成分的含量不仅会影响大气环境，也直接关系到锅炉的工作情况。本文针对燃气锅炉烟气含量的现代数字监测系统进行分析研究，重点研究其中的数据采集与传输系统。系统采用单片机技术进行现场模拟电压采样处理并进行数据传输，将外部采进来的模拟信号转换成数字信号，在单片机中运算处理，对锅炉进行监测报警与控制。本次设计的监测系统主要采用气体传感器、 MCS5-1单片机、DA转换电路等器件构成，是集数采集、信息传输、实时控制等功能于一体的锅炉监控系统。该系统具有结构紧凑、工作稳定可靠、使用灵活方便、可扩展性强等特点，具有较大的推广使用价值。关键词：锅炉，数据采集，单片机AbstractSince the smoke made by the boiler while it working will affect its work efficiency and the environment, so the monitoring and controlling for the boiler are very important. This thesis are a study on this issue. It mainly design a morden digital data acquisition and sending system. The thesis has designed a date acquisition and sending system, based on MCS-51 microcontrollers、DA converter、AD converter, etc. The system is a combination with date acquisition、date sending、real time control. This system works steady, easy to use andconvenient, high reliability, can be popularized.Keywords: boiler, data acquisition, single chip microcontrollers目 录摘 要IAbstractII目 录- 1 -第一章 前言- 1 -1.课题的研究背景- 1 -1.2数据采集技术- 1 -1.3数据采集与传输概述及组成- 2 -1.4当前国内外数据采集系统的现状- 3 -1.5本课题研究的意义与研究内容- 4 -第二章 整体方案设计- 6 -2.1 具体功能描述- 6 -2.2方案设计与论 证- 6 -第三章 单元电路分析与计算- 9 -3.1 A/D转换电路- 9 -3.2单片机核心- 12 -3.3单片机功能扩展- 16 -3.4 D/A转换电路- 17 -3.5复位电路与时钟电路- 20 -3.6 整体电路描述- 21 -第四章 软件系统设计- 24 -4.1数据采集与控制的软件设计原理- 24 -4.2原理电路图- 25 -4.3系统软件流程- 25 -4.4 软件程序- 29 -结论- 58 -致谢辞- 59 -参考文献- 60 -附录- 61 -第一章 前言1.1课题的研究背景计算机技术在飞速发展，微机应用日益普及深入，微机在通信自动化、工业自动控制、电子测量、信息管理和信息系统等方面得到广泛的应用。在冶金、化工、医学和电器性能测试等许多应用场合，需要同时对多通道快变的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送，再由上位机进行数据分析处理、自动报表生成、信号波形显示和输出打印等处理。随着大规模集成电路技术的迅速发展，微处理器、存储器、输入输出等外围接口的性能不断提高，数据采集器不断向智能化、小型化发展，智能化仪器的研制已经成为当今研制的主要方向。模拟仪器存在输出动态范围小，对大动态信号处理线性差，因而精度低，信号不可记录等缺点。在模拟电子技术领域，由于使用了包括模数转换器件在内的数字器件，因而在精度、简化电路结构、灵活、方便等方面取得很大的进步。模拟技术和数字技术混合运用以综合发挥两者的优势已是电子技术发展的必然趋势。而且微处理器由于价格越来越低，功能也不断增强，以数字化仪器为主的数据采集处理技术有越来越广泛应用于工业过程控制、实时观察工业生产的动态及趋势。传统获取现场数据的方法，效率低、误差大，难以输入计算机。而数据采集器是一种具有现场实时数据采集、处理功能的自动化设备，它一般具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。它为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证，并能方便输入计算机，已广泛应用在工业、农业、商业、交通、物流、仓储等行业。1.2数据采集技术数据采集技术是一种流行且实用的电子技术。它广泛应用于信号检测、信号处理、仪器仪表等领域，近年来，随着数字化技术的不断发展，数据采集技术也呈现出速度更快、通道更多、数据量更大的发展趋势。数据采集是为了对温度、压力、流量、速度、位移、光强度、声音等物理量进行在线测量和控制，通过传感器把上述物理量转换成模拟物理量的电信号(模拟电信号)，然后将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送进计算机处理、存储、传输和显示。数据采集技术在自动测试、自动控制、通信、信号处理等领域得到广泛的应用例如数据遥测系统、脉冲编码和调制通信、自动测试系统、数据采样控制系统、瞬态数据记录系统、视频信号处理系统等等。1.3数据采集与传输概述及组成 数据采集器一般包括前向通道(数据采集部分)和后向接口(数据处理传输部分)两部分，前者包括信号的滤波、放大、采样、保持、转换部分，后者包括微机及接口部分。用于非电量测量的数据采集就是将来自各种传感器的大量信号实时准确的测量或汇集起来，送到微处理机进行实时处理，或记录存储起来，以供将来的分析之用。电信号测量中的数据采集信号范围大，这样就对数据采集器提出了如下要求:1.输入信号范围大；2.采集速度快;3.测量精度高;4.抗干扰自2力强 ;5.信号通道一般较多。根据系统对AD转换通路个数、转换速度的要求以及信号源速率等情况，采集器通道的通道形式有所不同，有单通道和多通道以及低速与高速之分。在研究和生产的过程中，往往需要检测各个生产环节的温度、湿度、流量及压力等物理参数。同时对检测某一点的任意参数能进行随机查寻，将其在某一时间内检测到的数据经过转换提取出来，以列表或曲线的形式显示在界面上，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品合格率，产生良好的经济效益。所以数据采集器就需要多个采集通道。基于单片机的多通道数据采集器基本构成形式如图所示:多路开关MUX传感器C P U传感器传感器放大器D/AA/D放大器传感器传感器传感器图1-1系统功能组成图1.4当前国内外数据采集系统的现状数据采集系统是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制在国外已经相当成熟，而且数据采集器的种类不断增多，性能越来越好，功能越来越强大。比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器。它既可单独使用又可和计算机连接使用。它具有多种测量功能，多种数据存储方式和多种控制方式。262XA共有21路模拟输入通道，可直接测量电压(交流直流至300V)、电流(利用分流器)、温度(9种热电偶，一种铂电阻)、频率和电阻等物理量，8路数字输入输出可用于数字信号的处理。另外4路用于报警输出。当某个模拟通道的输入信号超过了设定报警限，在对应的I0输出一个低电平，每个模拟通道都可设置两个报警限。262XA系列有两种扫描速度：4通道秒(慢)，17通道秒(快)。仪器可使用90一264V交流电直接供电，也可使用916V直流供电；交直流电源还可同时使用，断电时可自动切换至直流；RS232接口为标准配置，可用于向计算机传输数据和控制；采集的数据可随时通过接口打印，也可将数据用RS232接口传至计算机。记录的数据包括：通道号、测量值、时间、报警状态、累加计数等；数据格式与Lotus、Excel相兼容。在国内，由于数据采集技术不断发展，市场上出现了各种新型的数据采集器。例如北京凯文斯系统集成有限责任公司E16系列EPP并口宽动态范围的高精度数据采集器，数据通道可以达到16个(单端)，可编程增益为l、2、4、8倍，分辨率为16位，采样最高频率决定于微机的CPU及处理速度，一般为60-80I珏1z。北京测振仪器厂研制的HZ- 9609数据采集器振动分析仪，它采用中文显示，直观醒目，操作简单方便；采用先进的微电脑技术，工作可靠；采用高性能电池，体积小，重量轻，便于现场使用，采用频谱分析技术和故障诊断技术，是进行数据采集，完成设备状态分析和故障诊断的得力助手；它可以与微机通讯，建立设备状态数据库，对连接设备进行更精细的状态分析；采用压电力日速度传感器，可测量振动信号的加速度，速度和位移，还可测量电压信号和转速信号，采样频率为1Hz-10KHz。北京众人精密测控技术公司的产品是F-5000系列笔记本专用数据采集控制器，具有程控增益(1，2，4。8)，通道扩展，02的精度等特点，但分辨率不超过12位(市场价格为7000RMB) 总之，经过对国内外现有数据采集产品的性能、价格、功能的了解，总结概况如下：(1)国外的数据采集器精度高、采样速度快、功能较全，价格昂贵。(2)体积较大，操作复杂，或者需配笔记本电脑。(3)采用LCD显示和键盘输入功能，带打印功能。(4)采样频率和采样精度两者不能很好的统一。(5)前端可编程增益控制范围较小(一般在16倍以下)。1.5本课题研究的意义与研究内容老式指针仪表控制锅炉还大量存在，其中许多炉龄较长，采用老的指针式仪表控制，不仅不美观，控制效果和精度更不尽人意。从而导致这些锅炉仍处于能耗高、浪费大、环境污染大、品质低下的生产状态。许多企业都希望改变这种现状。随着现代电子技术的迅速发展，一些新的高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供了更多的选择和更方便的条件。首先是单片机的出现。单片机具有体积小、功耗低、使用方便、处理精度高、性能价格比高等优点，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用。这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。其次，高性能的AD转换芯片的出现，也为数据采集系统设计提供了更多的方便，无论是采样精度和采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司等推出了许多性能比较突出的AD转换芯片，这些芯片普遍具有低功耗、小尺寸的特点，数据精度可以达到14位。总之这些芯片的出现，不仅因为芯片本身的价格很便宜，在工程应用中，能够大大降低系统电路设计成本，而且还可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统集成度。本课题研究的对象是采用51单片机、串行AD转换器、LED显示、D/A转换器等器件设计套多路通用数据采集系统。该系统可将各种标准变送器送来的模拟电信号(4-20mA或O-5v)经过AD转换和程序运算处理转换成相应非电量的数值并实时显示和控制。第二章 整体方案设计2.1 具体功能描述设计一个系统对监测系统所传送过来的关于被测物理量的信息进行采集与传输，具体要求如下：对监测系统所传送过来的模拟信号进行循环采集，超出界限 时指示灯闪烁，且能输出控制信号进行调节。对每路输入连续采集16次，取平均值。分别设定每路的上限值，若采集的平均值超过该界限值，则对应通道的指示灯闪烁10次以后一直亮，以示警告。任选一路，设定一个上限和一个下限，当采集的平均值小于下限时，输出一个较大的模拟信号作为向大的方向的调节控制信号；当采集的平均值大于上限时，输出一个较小的模信号作为向小的方向调节的控制信号，且两种超限指示灯闪烁10次后亮。CPU以中断方式读取数据。2.2方案设计与论证数据采集与传输系统由硬件和软件两部分组成，硬件由单片机、A/D转换器和D/A转换器，显示驱动电路等组成。软件包括主程序、系统监控、定时/中断等子程序组成。尽可能选择标准化、模块化的典型电路，且符合单片机应用系统的常规用法。系统中相关的器件要尽可能做到性能匹配。被测信号为锅炉内烟气含量实时监测系统所传来的8路模拟电压信号。本次所设计的系统主要作用是对这些信号进行运算采集和传输。采用MCS-51系列单片机为主体，基于单片机设计一个系统。在数据采集与传输之前，首先要将模拟信号转换为数字信号后，才能传输到系统中进行运算，这就需要一个A/D转换器来实现这一功能。ADC是计算机同外界交换信息所必须的接口器件，它需要考虑的指标有：分辨率，转换时间，精度，电源，输入电压范围等。A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位，10位，12位和16位等。位数越高分辨率就越高，价格也就越贵。A/D转换器的型号很多，在精度和转换速度上差异很大。1（a）双积分A/D转换器：双积分式是一种间接式A/D转换器，优点是转换精度高，速度快缺点是转换时间长，一般要4050ms，适用于转换速度不快的场合。（b）逐次逼近式A/D转换器：逐次逼近式的属于直接式A/D转换器，转换精度高，速度高，价格适中，是目前种类最多，应用最广的A/D转换器，典型的8位模数转换器有ADC0809。鉴于方案（b）的换速度比方案（a）快，价格适中，种类繁多，应用广泛，在本设计中采用ADC0809。ADC0809转换芯片，分辨率为8位，最大不可调误差小于1LSB。由单片机可以根据采集到的数据决定产生一个向大或向小的控制信号，但这个信号是数字信号，需要由一个D/A转换电路才能产生模拟信号。D/A转换器分很多种，若按数字量输入量分类，可将D/A转换器分为无数据锁存器的D/A，单数据锁存器的D/A、双数据锁存器的D/A和接收串行数字量输入的D/A。若按模拟量输出类型，可将D/A转换器分为电压输出型和电流输出型。这里选择价格低廉、接口简单、转换控制容易的DAC0832转换器。2DAC0832是DAC0800系列的8位数/模转换器，可直接与各类CPU或总线连接。它是20引脚双列直插式封装，CMOS工艺制造，数字输入端具有双重缓冲功能，工作方式可以选择为双缓冲、单缓冲和直通。输入数字量与TTL电平兼容，建立时间为1us，是电流输出的D/A转换器，后接运算放大器可转换为电压输出。系统采有5V直流电源供电，对于系统的显示电路，即功能指示灯，采用8个LED显示灯来实现这一功能，可以用单片机外接一个扩展接口，如锁存器/驱动器74LS373等，来控制8个LED的亮灭，但是本次系统中，完全可以用单片机的P1。0P1.7口来控制这8个低功率的LED灯，而这样就不必再添加多余的外围电路，电路控制也更加灵活。D A C 运 算 放 大微处理机A D C显 示8路被测电压图2-1功能结构图第三章 单元电路分析与计算3.1 A/D转换电路在本电路中，检测电路检测出的都是模拟信号，而单片机AT89C52无模拟信号接收的接口，能接收的只能是数字信号，所以在AT89C52与检测信号之间需要添加一个A/D转换电路。模拟转换电路采用ADC0809与发送端单片机89C51连接。ADC0809是8位逐次逼近式AD转换器，具有8位分辨率，最大不可调误差小于1LSB。3用它可直接输入8个单端的模拟信号，分时进行A/D转换，再多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛。它能分时地对8路模拟量信号进行A/D转换，结果为8位二进制数据，它的转换速度约为100us，分辨率为19mV。ADC0809是CMOS集成电路，可与单片机的数据总线直接相连，而且它有8路模拟开关，可以直接连接8个模拟量，实现多路转换功能。并且它与单片机的接口简单，使用方便。ADC0809的主要技术指标为： 分辨率：8位 单电源：+5V 总的不可调误差：1LSB 转换时间：取决于时钟频率 模拟输入范围：单极性05V 时钟频率范围：10KHZ1280KHZADC0809是一种采用8位8通道的A/D转换器，转换时间100us左右。ADC0809为28引脚，双列直插式芯片，其引脚见图3-4。各引脚功能如下：INT7INT0 ：8路模拟量输入端D7D0：8位数字量输入端口START：地址锁存允许信号EOC：转换结束信号OE：输出允许控制信号CLK：时钟信号输入端A、B、C：转换通道的地址Vref(+)：参考电源的正端Vref(-)：参考电源的负端Vcc：电源正端GND：地图3-1 ADC0809引脚图ADC0809有3种转换控制方式：程序查询方式、延时方式、中断采样方式。程序查詢方式所谓程序查询方式即条件传送I/O方式。在接入模拟量信息后，发出一A/D转换命令，查询P3.2（INTO）式查询EOC所接端口线，引脚电平是否为0（A/D转换数据是否准备就绪）来读取A/D转换器在速度上的差别，通常用于检测回路较少、而CPU工作不十分繁忙的情况。延时方式这种方式实际是无条件传送I/O方式，当向A/D转换器发出启动翕令后即进行软件延时，延时时间取决于一次A/D转换所需的时间，此时应确保A/D转换器转换完毕，从A/D转换器中读取数据即为采样值。中断采样方式在中断方式中，CPU启动A/D转换后，可以继续执行主程序，当A/D转换结束时，发出一转换结束号EOC，该信号经反相器接8031的P3.2引肢，向CPU发出中断请求。CPU响应中断后，即可读入数据并进行处理。这种采样方式适合用在多路的采样检测、CPU较繁忙的测控系统中。由于这次系统要完成多路的采样检测，所以选择采用中断采样方式较为适宜。ADC0809 与单片机的连接如图所示，分别为：（1）ADC0809 的时钟CLK由AT89C52的地址锁存端ALE信号经过二分频后产生。（2）ADC0809 的数据线D0 D7 与单片机的数据总线直接相连。（3）ADC0809 的地址选择端ADD-A、ADD-B、ADD-C 与单片机的数据总线AD0、AD1、AD2 直接相连。（4）ADC0809 的A/D转换结束信号EOC 接单片机的P2.7()口。（5）ADC0809 地址锁存信号和起动信号30-40 接在一起，并经过反相器与单片机的写信号相连，单片机读信号端经反相器与ADC0809的端相连，完成输出允许控制。图3-2 ADC0809时序图ADC0809时序图图3-3 ADC0809与单片机连接电路图3.2单片机核心MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，一直到现在，MCS一5l系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品，它的基本型产品是8051、8031和8751。MCS-51单片机应用范围非常广泛，在其单片机系列中，有HMOS和CM0S两种工艺状态的芯片。CHMOS是专为低功耗系统设计的芯片类型，集成度高，速度快，功耗低。一般称为低功耗型单片机。INTEL的80C3180C5180C71是MCS-5l系列中的CMOS结构，MCS-51单片机基本型中的8051是在国内有着很大影响的单片机。美国ATMEL公司所生产的89系列单片机，是和8051兼容、并且内部含有Flash存储器的单片机。它是一种来源于8051而又优于8051的系列。在工业、交通、仪器仪表、自动生产过程、航空、运输、汽车、家电等领域都有着极大的应用前景。原来8051的大量用户都转向采用ATMEL公司的89系列单片机。4兼容标准MCS一5l指令系统的AT89S52单片机是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k Bytes ISP(Insystem programmable)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ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案本数据采集系统的CPU模块即为AT89S52。5MCS-51系列单片机在使用上具有以下优点：性价比远远超过Z-80系列单片机开发用的仿真器研究完善，生产厂家较多支持芯片种类多AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器(RAM)，32个外部双向输入输出(IO)口，5个中断源优先级，3个16位可编程定时计数器，1个全双工串行通信口，内置看门狗(WDT)电路，片内时钟振荡器。此外，AT89S52设计和配置了省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品需求。引脚功能图3-4 AT89C52引脚图MCS-51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，引脚分布请参照图3-4。 P0.0P0.7 P0口8位双向口线（在引脚的3932号端子）。P1.0P1.7 P1口8位双向口线（在引脚的18号端子）。P2.0P2.7 P2口8位双向口线（在引脚的2128号端子）。P3.0P3.7 P3口8位双向口线（在引脚的1017号端子）。P0口有三个功能1、外部扩展存储器时，当作数据总线（如图1中的D0D7为数据总线接口）2、外部扩展存储器时，当作地址总线（如图1中的A0A7为地址总线接口）3、不扩展时，可做一般的I/O使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。P1口只做I/O口使用：其内部有上拉电阻。P2口有两个功能：1、扩展外部存储器时，当作地址总线使用表3-1 AT89C52 P3口功能表2、做一般I/O口使用，其内部有上拉电阻；I/O接口线所替代的专用功能P3.0RXD （串行输入口）P3.1TXD （串行输出口）P3.2 （外部中断0）P3.3 （外部中断1）P3.4T0 （定时器0的外部输入）P3.5T1 （定时器1 的外部输入）P3.6 （外部数据存储器写信号）P3.7 （外部数据存储器读信号）P3口有两个功能：除了作为I/O使用外（其内部有上拉电阻），还有一些特殊功能，由特殊寄存器来设置。具体功能见表3-1。MCS-51单片机时钟电路与时序时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号，单片机本身就是一个复杂的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格地按时序进行工作。而时序所研究的则是指令执行中各信号之间的相互时间关系。要理解时钟电路的产生与作用，能根据外部所加入的晶体的振荡频率计算时序的定时单位。1. MCS-51的外部晶体的振荡频率范围：1.2MHz12MHz， 2. MCS-51时序的定时单位共有4个，依次是：拍节、状态、机器周期和指令周期。图3-5 AT89C52引脚功能分类图表3-2 AT89C52的引脚分配表P0.0P0.7地址数据复用引脚线，供ADC0809使用ALE供ADC0809的外部时钟和选通74LS373P1.0P1.7七段LED显示器的接口P3.2 选通ADC0809的START及ALEP3.3连ADC0809的EOCP3.2 连ADC0809的OE3.3单片机功能扩展 在单片机与A/D转换电路间选择一块74LS373作为地址锁存器，74LS373为带有允许输出端的8D锁存器，有8个D输入端，8个Q输入端，一个时钟输入端CLK，一个锁存允许信号。当=0时，CLK端信号的上升沿把8D输入端的数据打入8位锁存器。74373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE 为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据D而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。当 LE 端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。引出端符号：D0D7 ：数据输入端OE：三态允许控制端（低电平有效）LE：锁存允许端Q0Q7：输出端图3-6 74LS373引脚图DnLEOEOnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻态表3-3 74LS373 真值表3.4 D/A转换电路由于投计要求最后系统能根据采集到的数据来判断并输出一个对锅炉进行调节的模拟信号，因此，系统还需要有一个D/A转换电路。D/A转换器有很多种类，有无数据锁存器的D/A、单数据锁存器的D/A、双数据锁存器的D/A和接收串行数字量输入的D/A。输出类型有电压输出型和电流输出型。6本次设计中采用DAC0832转换器。DAC0832是DAC0800系列的8位数/模转换器，可直接与各类CPU或总线连接，转换控制容易，价格相对低廉，因此，在微机系统中得到广泛应用。它是20引肢双列直插式封装，CMOS工艺制造，数字输入端具有与TTL电平兼容，建立时间为1us，是电流型输出的D/A转换器，后接运算放大器可转换为电压输出。D0D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。图3-7 DAC0832引脚图图3-8 DAC0832内部结构XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；WR2： DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；Rfb： 反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc： 电源输入端，Vcc的范围为+5V+15V；VREF： 基准电压输入线，VREF的范围为-10V+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；为保证DZC0832可靠地工作，要求WR1和WR2的宽度不小于500ns，若Vcc=15V，则可以为100ns，对于输入数字的保持时间不小于90ns。这在与微机接口时都容易满足。同时不用的数字输入端不能悬空，应根据要求接地或接Vcc。DAC0832的三种工作方式：双缓冲方式：即数据经过双重缓冲后再送入D/A转换。这种方式可在D/A转换的同时进行下一个数据的输入，以提高转换的速率。更重要的是这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统，每片对应一个模拟量。单缓冲方式：不需要多个模拟量同时输出时可以采用这种方式。此时，两个寄存器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送D/A转换电路。这种方式只需要执行一次写操作，即可完成D/A转换。直通方式：此时两个寄存器均处于直通关态，因此要将CS、WR1、WR2、XFER都接数字地，ILE接高电平。数据直接送入D/A转换电路进行D/A转换。这种方式可用于不采用微机的控制系统中。本次设计中采用双缓冲方式。DAC0832的端与一起接P2.7端，进行两次输出操作完成数据的传送及转换。D0D7端作为单片机输出信号接收端，DAC0832采用+5V恒流直流电源供电，AGND与DGND接地，VREF端接-5V的基准电压源，WR1与WR2一起接单片机写控制端。DAC0832的IOUT1与IOUT2分别接到运算放大器的负相输入端与正相输入端，经运算比较后放大输出，作为一个向大或向小的控制信号。图3-9 D/A转换电路图3.5复位电路与时钟电路作为一个系统，还需要对单片机加外围的复位电路与时钟电路。在单片机的应用系统中，除单片机本身需复位以外，外部扩展的I/O 接口电路等也需要复位，因此需要一个系统的同步复位信号1有效的系统复位电路如图3-10所示。图3-10 复位与时钟电路图3.6 整体电路描述ADC0809的IN0IN7模拟量输入端接监测系统传来的模拟电压信号，D0D7端接单片机的P0口，作为输入信号，通过内部软件编程采用中断方式对输入依次采样16个点，算平均值。ADC0809的片选信号由P2.7线先控制，若假设地直中的无关们均为1，则其通道IN0IN7地址分别为7FF8H7FFFH。当单片机产生WR写信号时时，则由一个 或非门产生转换器的启动STAR和地址锁存信号ALE，开始逐位转换。EOC经一个反向器接P3.7（INTO）口，当转换结束后，EOC变高电平，并自动向CPU请求中断，CPU响应中断，将转换数据读到累加器，然后存入存储单无。数据输出允许信号OE口经一个或非门连接到RD，当RD产生读信号时，则OE端产生输出充许信号，使A/D转换结果输入单片机。时钟信号端CLK接单片机的ALE端。VREF（+）、VREF（-）分别接+5V的基准电压。由于单片机P0口没有地址锁存功能，若没有锁存器则无法输出低8位地址,因此选用一个74LS373作为地址锁存器。单片机的P2口用作控制LED指示灯，P3口的部分端口被用作选通ADC0809。ADC0832的数字信号输入端则接到单片机的P1口。ADC0832的CS端接P2.7，XFER端接P2.6，WR1与WR2一起接到单片机的WR端上，ILE接5V电源，使转换器始终处于锁存允许状态。转换器采用5V电源供电，而没有采用对转换器而言最佳的工作电压+15V，这是由于整个电路所有器件的供电都是+5V，这样对电源电路更为方便，不必再加装变 压电路，Vref是转换器的基准电压输入端，采用-5V电源供电。进行两次输出操作完成数据的传送及转换。第一次CS有效时，完成将D0 D7数据线上数据锁存到输入寄存器中。第二次当XFER有效时，完成将输入寄 存器中的内容锁存到DAC寄存器，并由D/A转换成模拟电流，再经运算放大器变为模拟电压输出。 P1显示器驱动器 P0数/模 转换器ALE锁存器模/数转换器 运算放大器电位器译码电路P2图3-11 硬件原理电路图图3-12 电路原理电路图 第四章 软件系统设计4.1数据采集与控制的软件设计原理单片机应用系统的软件主要包括两大部份：用于管理数据采集系统工作的监控程序、系统主程序和各项功能子程序。，根据系统软件的总体构思，按照先粗后精的方法，把整个系统软件划分成多个功能独立、大小适当的模块。应明确规定各模块的功能，尽量使每个模块功能单一，各模块间的接口信息简单、完备，接口关系统一，尽可能使各模块间的联系减少至最低限度。最后再将各个模块连接成个完整的程序进行总的调试。在硬件设计基础上，系统软件设计工作有：利用ASM51汇编语言编写数据采集与数值计算、数据显示、数据存储和数据通讯软件。软件模块结.构图如下：主程序数据传输模块LED显示模块数据采集模块数据存 储模块初始化 模块图4-1 软件功能模块图4.2原理电路图图4-2数据采集与控制的原理框图（1）数据采集输入：ADC0809从模拟电压输入端输入信号，采样并转变成数字信号通过I/O口送入单片机系统。（2）数据接收信号输出：CPU向DA转换器输出信号转换成模拟号放大输出控制信号，并控制显示电路。4.2系统软件流程软件编程在系统开发中占有重要作用，一定要考虑到各个细节，至始至终要考虑到现场保护和子程序间的接口问题。例如：由于在作循环显示时没有注意在发送端数据采集的现场保护，及在使用DPTR寄存器时ADC0809的通道选择和显示所用到的DPTR 寄存器产生冲突，所以报警显示和控制是随机的，且不能改变。而只要用PUSH和POP 指令问题便迎刃而解。开始保护现场读取数据并保存恢复现场发中断结束命令开中断中断返回图4-3 中断服务程序流程图开始设置数据段设置中断向量设置各通道界限值通道号为0采集次数为0启动数据采集 存采集数据有效地址为通道号*16+采集次数通道号*16+采集次数采集次数+1N到16次吗？ 计算16次平均值判越界通道号+1通道号+1判越界判越界Y通道号=8？ N图4-4 数据采集与控制系统主程序流程图开始N通道号=0？Y取0通道下限值X0min取该通道上限值X0max 采集数据上限值据X0minN Y采集数值X0maxY N对应指示灯闪烁10次后亮取0通道上限值X0maxN采集数Xmax据X0max输出一个较小模拟量作为调节信号输出一个较大模拟量作为调节信号指示灯闪烁10次后常亮结束图4-5判越界及越界处理流程图4.3 软件程序软件程序：ORG 4000H；主程序起始地址LYMP MYMAINORG 0003H； 入口地址ORG 4030H；定时器T0入口地址MYMAIN: MOV SP,#65H；设置中断指针CLR PSW.3；指定工作寄 存器区SETB PX0；设置成高级中断SETB IT0；设置成边沿触发SETB IE0；允许中断MOV R0,#58H；设置各通道界限值MOV A,#10HMOV R0,AINC R0MOV R1,#8MOV A,#F0HL1: MOV RO,AINC R0CLR CSUBB A,#8DJNZ R1,L1MOV DPTR,#228H；写D/A转换MOV A,#80HMOVX DPTR,AINC DPTRMOVX DPTR,AL2: MOVR2,#0；通道号高设置为0L3: MOVR3,#16；采集次数设置为4SETBEA；开中断L4: MOVXDPTR,#220H；启动A/D转换MOVXDPTR,AMOVR7,#0FFH延时等中断HERE:DJNZR7,HEREMOVDPTR,TAB；中断后处理，设置散转表指针MOVA,R2RLAJMPA+DPTR；实现散转TAB:AJMPPRG0；跳转到0通道处理程序AJMPPRG1；跳转到1通道处理程序AJMPPRG2；跳转到2通道处理程序AJMPPRG3；跳转到3通道处理程序AJMPPRG4；跳转到4通道处理程序AJMPPRG5；跳转到5通道处理程序AJMPPRG6；跳转到6通道处理程序AJMPPRG7；跳转到7道处理程序PRG0:CJNER3,0,PRG01；计数值不为0（16次采集完）转PRG01MOVA,B；16次示采集完了，取采集数据MOV3FH,A；保存第16次数据到3FHMOVR0,#30H；设置求求平均值子程序入口参数 LCALLMYSUB1；求求16次平均值MOV50H,R1；保存平均值LCALLPYJ；判是否越界INCR2；通道号加1LJMPL3；采集下一通道PRG01:MOVA,B；取采集数据CJNER3,15,PRG02；是第一个数吗? 不是转PRG02MOV30H,A；是第一个数，则保存到30HAJMPPRG16；转PRG016PRG02:CJNER3,14,PRG03；是第2个数吗? 不是转PRG032MOV31H,A；是第一个数，则保存到31HAJMPPRG16；转PRG016PRG03:CJNER3,13,PRG04；是第3个数吗? 不是转PRG04MOV32H,A；是第一个数，则保存到32HAJMPPRG16；转PRG016PRG04:CJNER3,12,PRG05；是第4个数吗? 不是转PRG05MOV33H,A；是第一个数，则保存到33HAJMPPRG16；转PRG016PRG05:CJNER3,11,PRG06；是第5个数吗? 不是转PRG06MOV34H,A；是第一个数，则保存到34HAJMPPRG16；转PRG016PRG06:CJNER3,10,PRG07；是第6个数吗? 不是转PRG07MOV35H,A；是第一个数，则保存到35HAJMPPRG16；转PRG016PRG07:CJNER3,9,PRG08；是第7个数吗? 不是转PRG08MOV36H,A；是第一个数，则保存到36HAJMPPRG16；转PRG016PRG08:CJNER3,8,PRG09；是第8个数吗? 不是转PRG09MOV37H,A；是第一个数，则保存到37HAJMPPRG016；转PRG016PRG09: CJNER3,7,PRG010；是第9个数吗? 不是转PRG010MOV38H,A；是第一个数，则保存到38HAJMPPRG016；