数据采集电路设计-测控电路课程设计任务书

电气工程学院课程设计 数据采集电路的设计数据采集电路的设计 学 生 姓 名 韩章强 学 号 2013411107 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 1 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 2 目 录 测控电路课程设计任务书 1 1 课程设计要求 4 2 89C51 单片机简介 4 2 1 ADC0808 转换器简介 4 2 2 引脚功能 5 2 3 A 转换原理 6 3 时钟电路 6 3 1 复位电路 6 3 2 LED 显示电路 7 4 仿真设计图 7 5 仿真心得 8 6 程序 8 6 1 程序调试 11 参考文献 12 致谢 12 3 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 Abstract Data acquisition and display system is the use of a device collect data from outside the system and input to the internal system of an interface Then the processor finally came up on the screen Data acquisition and display technology is widely used in various fields Data is being collected has various physical quantities are converted to electrical signals such as voltage temperature water level wind pressure etc can be analog also can be the digital quantity Most of the data collected is instantaneous but also a feature within a certain period of time value of accurate data measurement is The basis for data collection No matter what kind of methods and components are not affected the measured object and measuring environment is the premise to ensure the accuracy of the data Data acquisition is a very broad meaning including planar continuous physical collection In computer aided drawing mapping design digital graphics or image the process is called data acquisition the acquisition is the geometric volume including the physical quantities such as the gray data Keywords Data acquisition Circuit Signal 4 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 2 89C51 单片机简介 AT89C51 是一个低功耗 高性能 CMOS 8 位单片机 片内含 4k Bytes ISP In system 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 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 128B RAM 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 1 ADC0808 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 5 图 2 1 ADC0808 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 6 2 3 A 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 Vi 该位 1 被保留 否则被清除 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 Vi 该位 1 被保留 否则被清除 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 7 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 2 LED 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 1 LED 共阴数码管段码 数字0123456789 段码0 x030 x9f0 x250 x0d0 x990 x490 x410 x1f0 x010 x09 4 仿真设计图 如下 4 1 图所示 8 a f b e d dp c g a b c d e f g dp 4h 3h 2h 1h 1h 2h 3h 4h D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE ST EOC ST EOC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 OE ST XTAL2 18 XTAL1 19 ALE 30 EA 31 PSEN 29 RST 9 P0 0 AD0 39 P0 1 AD1 38 P0 2 AD2 37 P0 3 AD3 36 P0 4 AD4 35 P0 5 AD5 34 P0 6 AD6 33 P0 7 AD7 32 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 P3 0 RXD 10 P3 1 TXD 11 P3 2 INT0 12 P3 3 INT1 13 P3 4 T0 14 P3 7 RD 17 P3 6 WR 16 P3 5 T1 15 P2 7 A15 28 P2 0 A8 21 P2 1 A9 22 P2 2 A10 23 P2 3 A11 24 P2 4 A12 25 P2 5 A13 26 P2 6 A14 27 U1 AT89C51 X1 CRYSTAL C6 30p C7 30p R13 100 C8 1u 2 3 4 5 6 7 8 9 1 RP1 10k 12 U2 A 7404 34 U2 B 7404 56 U2 C 7404 1312 U2 D 7404 OUT1 21 ADD B 24 ADD A 25 ADD C 23 VREF 12 VREF 16 IN3 1 IN4 2 IN5 3 IN6 4 IN7 5 START 6 OUT5 8 EOC 7 OE 9 CLOCK 10 OUT2 20 OUT7 14 OUT6 15 OUT8 17 OUT4 18 OUT3 19 IN2 28 IN1 27 IN0 26 ALE 22 U3 ADC0808 21 RV1 10k U3 CLOCK Volts 3 95 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 define uint unsigned int define uchar unsigned char define Data ADC0809 P1 sbit ST P3 2 sbit EOC P3 3 sbit OE P3 1 sbit DIAN P0 5 小数点 9 unsigned char dis 3 显示数值 unsigned int sum 0 unsigned int temp 0 unsigned int dat 0 共阴 LED 段码表 Unsigned char code tab 0 x5F 0 x44 0 x9D 0 xD5 0 xC6 0 xD3 0 xDB 0 x47 0 xDF 0 xD7 0 x5e 字母 U gc debfa uchar ADC0809 uchar temp 0 x00 OE 0 ST 0 ST 1 ST 0 while EOC 0 OE 1 temp Data ADC0809 OE 0 return temp void delay unsigned int x 延时函数 unsigned int i j for i 0 i x i for 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 void convdata unsigned char dat1 unsigned int Vo Vo dat1 1 96 10 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 void display void P0 tab dis 0 P2 0 xfe 11011111 delay 1 P2 0 xff DIAN 0 P0 tab dis 1 P2 0 xfb 10111111 delay 1 P2 0 xff P0 tab dis 2 P2 0 xef 01111111 delay 1 P2 0 xff P0 tab 0 P2 0 xbf delay 1 P2 0 xff 函数功能 主程序 入口参数 出口参数 void main void unsigned char p 0 while 1 主循环 for p 0 p 20 p 11 sum su