基于单片机10通道数据采集系统设计.doc

单片机10通道数据采集系统设计院 （系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间：2009.12.072009.12.1810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020V，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。AD574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，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750,500mWTstg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74LS150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：开始选择0通道调用AD转换程序保存AD转换值通道号加一通道号=11？YNAD转换子程序：AD转换子程序启动AD转换返回AD转换值Adbusy=0？YN6、软件程序#include#include#include#define uint unsigned int#define uchar 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、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。袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂