8路数据采集系统分析

1、8 路数据采集系统的设计与实现【摘 要】本文提出了一种基于at89s51和模数转换芯片adc0809 的数据采集系统的设计与实现方案。 主要从硬件电路设计、 数据采集程序设计2 个方面进行了详细阐述 , 其中硬件电路设计部分结合具体芯片，详细的介绍了数据采集系统各部分硬件接口电路的设计。 设计中利用 51 单片机控制 a/d 转换器构成采样模块，实现对信号的采集， 采样后的数据通过led显示出来。本论文设计并实现了一种数据采集系统，具有简单可靠、使用方便、扩展性强等特点。【关 键 词数据采集 adc0809 at89s51 （一）、系统设计一、 设计要求1、基本要求（1）模拟信号产生器：自制一

2、正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在 200hz 2khz范围变化，再经频率电压变换后输出相应15v直流电压（ 200hz对应 1v，2khz对应 5v） 。（2）八路数据采集器：数据采集器第1 路输入自制 15v直流电压，第 27 路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0v直流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第 8 路备用。将各路模拟信号分别转换成8 位二进制数字信号，再经并 / 串变换电路，用串行码送入传输线路。（3）主控器：主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。采集方式包括循环采集（即1 路、2 路 8 路、 1 路）和选择采集（任选一路）二种方

3、式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。2、发挥部分（1） 利用电路补偿或其它方法提高可变电阻值变化与输出直流电压变化的线性关系；（2）尽可能减少传输线数目；（3）其它功能的改进（例如：增加传输距离，改善显示功能）。二 、总体设计方案1、设计思路本设计的基本思路是： 根据设计指标， 首先从整体上规划好整个系统的功能和性能，然后再对系统进行划分，将比较复杂的系统分解为多个相对独立的子系统，特别注意对各个子系统与系统、 子系统与子系统之间的接口关系进行精心设计以及技术指标的合理分解。 然后再由子系统到部件、 部件到具体元器件的选择和调试。各部件或子系统各自完成后再进行系统联调，直到完成总体目标。2

4、、方案论证与比较3、方案论证方案一：方案二：4、方案的比较比较方案一和方案二，可知方案二明显优于方案一，方案二电路设计简单，可靠性高，技术先进，成本低，因此选择方案二。（二）、系统硬件电路设计一、电源电路设计电源部分电路由变压器、电桥、三端稳压器7805、滤波电容和整流二极管、电阻分压组成。 电路的优点是： 直流电源输入范围宽从7.5v24v都可以可靠工作，电路具有短路保护作用，纹波系数小，电压稳定为5v。如图（ 1）所示。电 源输入显示输出串 口 转并口并 口 转串口主 控电路图（1）5v稳压电源电路二、ad转换和串口转并口设计ad转换部分电路由集成电路0809完成， adc0809 是一种

5、典型的 ad转换器，具有 8 路模拟输入端口，地址线（2325 脚）可决定对哪一路模拟输入作a/d转换。第 22脚 ale为地址锁存控制， 当输入为高电平是， 对地址信号进行锁存；6 脚 start 为测试控制，当输入一个 2us 宽高电平脉冲时， 就 a/d 转换；7 脚 eoc为 a/d 转换结束标志， 当 a/d转换结束是， eoc 输出高电平； 9 脚 oe为 a/d 转换数据输出允许控制，当oe为高电平时， a/d 转换数据从端口输出； 10 脚 cp为0809 的时钟输入端，利用单片机30 脚的六分频晶振信号再通过74ls74二分频得到。单片机的 p1、p3端口作四位 led数码管

6、显示控制， po端口作 a/d 转换数据读入用，p2端口用作 0809 的 a/d 转换控制。adc0809 由一个 8 位 ad转换器、一个 8 路模拟量开关、 8 路模拟量地址锁存译码器和一个三态数据输出锁存器组成。 ad 转换器的主要技术指标是分辨率、转换误差、转换速度。1、mcs-51与 adc0809 的接口adc0809 时钟信号由单片机的ale信号分频获得。 adc0809 通道地址由 p0 口的低 3 位直接与 adc0809 的 a、b、c相连。转换后的 n个数据顺序存放到起始地址为 data_addr 数据存区。串口转并口部分电路由芯片74ls165组成，与 0809 的连

7、接电路如下：2、adc0809 的时钟频率 500khz的产生：从单片机 ale 引脚产生的 1mhz 频率， 通过 d触发器后变为 500khz ， 然后 输入到 0809 中的 clk引脚中。而 d触发器在 74ls74芯片可以找到。如图所示：三、主控器电路主控器由 at89s51及其外围电路组成。其外围电路有复位电路、 时钟源电路等等。1、复位电路设计复位电路如图（ 5）所示，复位电路具有上电自动复位作用。必要时可按复位键手动复位，提高了复位电路的抗干扰能力。图（5）复位电路2、时钟源设计时钟源电路如图（ 6）所示， x1 和 x2 之间跨接晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器

8、， 这就是单片机的时钟电路， 时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。主控器总体电路如图所示：1、p0口接上拉电阻的作用是保证其工作电压。2、p1.5 p1.6 p1.7 是外界往单片机里面写程序的3 个引脚。3、由硬件设定，一般p0.2 为输入 74164 的数据线， p0.3 为输入 74164 的时钟线。4、ale引脚置 5v（即置 1）是为了使单片机执行程序时从内部rom 开始查询再到外部 ram, 如果为置 0 时则只从外面的 ram 查询。5、从 7615 中传送过来的串行数据输入mc-51时，可以从 p0,p1,p2,p3 中的任意空闲引脚中输

9、入。四、显示部分这个电路主要是用74ls164完成，与显示的数码管相连。这部分主要将数据通过串行变为并行，然后显示到数码管中。1、80c51单片机输出的数据是串行的，需要把它变为并行的才能在数码管显示，那么就要用到 74164 芯片作为转换器件。 74164的作用是将串行数据转换为并行数据。2、74164 输出的并行数据输进到数码管里面就可以显示了。具体的显示时间长短则要看程序设计的延时时间的长短。3、果要显示多个数字，则要85c51 单片机的时钟线控制，如图所示：数据从 sda 输入，是串行数据。当有8 位数据移入到第一个芯片时，则该芯片将这 8 位数据从 qaqh 口并行输出， 再输入到数

10、码管， 从而实现了串到并的过程。但是当时钟线clk 每上跳变一次时， sda 数据便会输入一位到74164中。clk 不断跳变， sda 不断往 74164压入数据，则某数字从数码数码管的左到右显示。至于在某个数码管显示多久就要看程序的延时时间了。（三）系统主要程序的设计1、初始化程序系统上电时，将 70h 77h内存单元清零， p2口清零。2、主程序在刚上电室，因 70h 77h内存单元的数据为0 ，则每一通道的数码管显示值都为 000。当进行一次测量后，将显示出每一通道的a/d转换值。每个通道的数据显示时间在1s 左右。主程序在调用显示程序和测试程序之间循环，其流程图如下所示：3、显示子程

11、序采用动态扫描方法实现四位数码管的数值显示。测量所得a/d 转换数据放在70h 77h内存单元中。测量数据在显示时需要经过转换成为十进制bcd码放在70h 77h中，其中 7bh存放通道标志数。寄存器r3 用来作 8 路循环控制， r0用作显示数据地址指针。4、模数转换测量子程序模数转换测量子程序是用来控制对08098 路模拟输入电压的a/d转换，并将对应的数值移入 70h 77h内存单元，其程序流程图如下：三、软件设计1、上位机软件程序设计：2、下位机软件程序设计四、系统的调试首先设计出正确的电路原理图， 然后进行 pcb板布线。 在 pcb 板制作出来后，首先对其进行电路检测， 检查 pc

12、b 板上是否有断路、 短路。在完成对 pcb裸板的测试之后， 开始焊接元器件。 在电路焊接完成后， 首先对在没有加电的情况下对电路进行测试， 对照电路原理图和pcb 图以检测电路中是否有虚焊、漏焊。在完成上述这些基本的检测之后，给电路上电，对各部分电路分别进行检测。1、电源电路的测试在电路板上，设计了两个发光二极管以检测电路中所用到+5v 电源和 +3.3v 电源。在通电之后， 可以看到电路板上的两个发光二极管都被点亮，用电压表测试电路中 +5v 电压端点，得到的电压值为+5.0089v，测试稳压源输出端电压值为+3.267v。2、单片机电路的测试在上电后，首先对at89s51进行测试，因为它

13、控制整个电路板的运行。at89s51的电压输入端，测试电压为+3.376v，说明驱动其电压正常。编写了一个简单的延时程序驱动一个发光二极管来检测单片机能否正常工作。3、数据采集电路的测试按照原理图进行电路连线，注意将单片机和adsc0809 共地，用一个可变电压作为输入量输入到 adc0809 中，将经过单片机处理后的信号用数码管显示出来。检查电路连接正确后， 将编写好的数据采集程序烧入单片机中。首先在程序中赋上三个具体的数字， 经编译后， 在数码管上能正确的显示出来。当输入的电压是不断变化时， 数码管上显示的数字也跟随着不断变化。由此可见， 该系统已经能够实现数据采集功能。五、总结语本设计以

14、 74ls165 、74ls164 、adsc0809 和 at89s51为基本器件，具体介绍了各芯片的功能以及特点， 设计出各硬件接口电路的连接方式，同时还编写出了数据采集程序， 实现了一种的数据采集系统。该系统不仅具有成本低， 开发周期短等特点，而且经进一步扩展可以增大其应用范围。因此本文为数据采集系统的设计提供了一种实用、方便、可靠的解决方案。系统经过多次实验， 对 05v的电压信号进行数据采集都获得了成功，并且精度高，性能指标达到了设计要求。usb数据采集设备体现了目前数据采集系统小型化、使用方便、造价低廉的发展趋势。同时，本设计也为较高精度的数据采集提供了一种新颖、 方便和可靠的解决方案。 由此可见 , 这种数据采集系统有着广阔的发展前景和市场需求。参考资料：附录附录 1 元件清单序号名称型号数量备注1 单片机ast89s51 1 2 a/d 转换adc0809 5 四位数码管xy56411ra 2 6 i2c 存储器24c02 2 7 max232 1 8 db 9 1 9 九针串口线1 10 三极管in9012 8 11 三端稳压器7805 2 12 整流管二极管in4001 2 13 二极管in4148 4 14 发光二极管3