数据采集器的方案设计书实验报告

1、单片机项目实践报告数据采集器的设计班级：计应 102姓名：潘琴学号： 1008143233一、项目名称：数据采集器的设计二、项目目的：了解A/D转换的基本概念、并行A/D转换芯片ADC0809的内部 结构、与单片机的接口方式，在此基础上完成数据采集器的设计与调试。以及SPI总线的串行A/D转换芯片TLC549、串行D/A转换器件TLC5615，完成数字 电压表、信号发生器的设计。最后是用单片机的定时器/计数器实现频率与周期的测量，将被测信号的周期或频率在液晶屏上显示出来。三、项目过程：1、数据采集器的设计1、1、ADC0808/0809 的内部结构START CLK地址 锁存 与译 码ABCA

2、LEIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位 A/D 转换器态出存 三输锁器wdl*lul>l01234567DDDDDDDDvccGNDVref（ +） Vref（ -） OE图1、ADC0808/0809内部逻辑结构1、2、数据采集器的设计过程在Proteus环境下，用ADC0808设计一个数据采集器，通过串行口与上位机相 连，如果串行口收到了上位机的采集命令（0x41），就将8路模拟量转换为数字 量，通过串行口以ASCII码的形式发送给上位机。1、2、1、硬件电路U2(CLOCK)510U218产TAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3

3、/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSEPQP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1.2P3.2/INTP1.3P3.3/INTP1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WR-P1.7P3.7/RD-780C51929ALE 3023 4 56 7 821前232药22722代DOD1D3D5D7/8D0DD20 12QQQMD6VSD3DreDMoed3 4 5 6 7 QQQQQ3M

4、8D2CLOCKIN0STARTIN1EOCIN2IN3OUT1IN4IN5OUT2IN6OUT3IN7OUT4OUT5ADD AOUT6ADD BOUT7ADD COUT8ALEOEVREF(+) VREF(-)718151712934272812120ADC080826RV12225 AO24 A1,_63% 1k2U5:A如图所示，ADC0808的时钟信号CLK由Proteus的虚拟信号源提供，时钟频率的设置为600 kHz; 8路模拟量中IN0接Vcc, IN7接地，其他6路通过电位器分压获得；单片机串行口的数据收发线与虚拟终端连接。需要说明的是Proteus中ADC0808的数据线，

5、OUT1表示最高位，OUT8表示最低位1、2、2、程序设计程序的流程如图所示，主程序首先完成对串行口和外部中断的初始化，并等待上位机的采集命令，一旦收到采集命令，就启动对IN0的转换。转换完成，ADC0808 通过EOC向单片机发出中断请求，单片机响应中断，读取转换结果，并将其保 存到数组adbuf中。然后启动下一通道的转换，当 8路模拟量全部采集完成时， 主程序再将存放在数组adbuf中的8路数字量转换为ASCII码，通过串行口发送 出去，为了能在虚拟终端上得到清楚的显示格式，相邻两路数字量之间输出空格码，每行显示8个数字量后，输出回车、换行码。数据采集器的程序：#in clude <

6、reg51.h>#in clude <absacc.h>#define uint unsigned #define uchar unsigned uchar idata adbuf8;uint addr; uchar n;void init_serial(void) SCON=0x50; TMOD=0x20; PCON=PCON&0x7f;TH1=-3;TL1=-3;TR1=1;void send(uchar dat) SBUF=dat; while(TI=0);TI=0;void int0(void) interrupt 0 adbufn=XBYTEaddr; ad

7、dr+;n+; if(n<8) XBYTEaddr=0;elseintchar/存放 A/D 转换结果/IN0IN7 的通道地址/通道计数/0101，0000 8 位数据位，无奇偶校验/定时器 T1 工作于方式 2/SMOD=0/装入时间常数，波特率为 9600/启动定时器 T1/读取并保存当前转换结果 /指向下一通道的地址 /计数器加工厂/启动对一一通道的转换EX0=0;void getadc(void) n=0;addr=0x7ff8;XBYTEaddr=0;EX0=1;while(n<8); void main() uchar i;init_serial();IT0=1;EA

8、=1;while(1) while(RI=0);RI=0; i=SBUF;/指向 IN0 通道的地址 /启动对当前通道的转换 /允许外部中断 0 中断 /等待 8 路模拟量转换完成/初始化串行口 /外部中断 0 下降沿触发 /开中断/等待接收完一个字符/清除接收标志/读取收到的字符if(i=0x41) getadc();/ 依次完成对 8 个通道模拟量的转换for(i=0;i<8;i+) send(adbufi/100+0x30); / 发送百位的 ASCLL 码adbufi=adbufi%100;send(adbufi/10+0x30);发送十位的 ASCLL 码send(adbufi

9、%10+0x30); /发送个位的 ASCLL 码sen d(0x20);/发送空格码sen d(0x20); sen d(0x0d);发送回车、换行se nd(0x0a);1、2、3、调试方法与步骤在Keil下建立项目，输入源程序，编译后进入调试方式全速运行，在虚拟终端 的窗口中输入大写字母“ A”，此时8路模拟量转换结果会在一行中显示出来， 依次为IN0、IN1、IN7，由于IN0接+5V，IN7接地，因此对应的显示值为 255和000,而IN1IN6的值由电位器RV1中心抽头的位置确定，调节RV1，然 后在虚拟终端的窗口中输入大写字母“ A”，IN1IN6的值将随之变化。如果在虚拟终端的

10、窗口无任何显示，首先应检查串行口的初始化是否正确、虚拟终端的波特率是否与串行口一致、串行口能否收到采集命令“ A ”。如果串行口能收到采集命令，应检查外部中断的初始化是否正确、启动信号START、转换结束信号 EOC、输出允许信号 OE的连接是否正确，ADC0808的 时钟CLOCK设置不正确，也将无法完成 A/D转换。如果程序能够将IN0IN7的转换结果存入数组adbuf，应重点检查串行口数据发 送函数send ()。REF+REFAINCSCL KDOTLC549内部结构2、2、数字电压表的设计过程利用TCL549转换器设计一个简易数字电压表，用4位LED显示器将被测电压显示出来，测量范围

11、为 0.0005.000V (电路连接：将 ACS、ACLK、ADO分别 与P10P12相连)。2、2、1、硬件电路POCOEFQ ENRi3h*19373938RV1U21kTLC549SDOREF-SCLKAINREF+5-2930 31 卜 XTAL1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTAL2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSENP2.3/A11ALEP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0P3.0/RXDP1.1P3.1/TXDP1 2

12、P3.2/INT0P3.3/INIIP1.3P1.4P3.4/T0P1.5P3.5/T1P1.6P3.6/WRP1.7P3.7/RDU118363533932212280C51如图所示，将TLC549的CS、CLK、DO接到单片机的三条I/O 口线，REF+、REF-直接接到Vcc、GND，模拟输入AIN接电位器的中心抽头，调节电位器即 或改变被测输入电压值。2、2、2程序设计程序首先读取 A/D转换结果存入 adin，其值在0255之间，对应的电压值 u=ad in /255*5000（ mV），然后将u转换为4位BCD码送显示缓存，并调用显示 程序将显示出来，小数点固定在最高位。数字电压表

13、的设计程序：#in elude <reg51.h>#define uchar un sig ned char#define ulong un shg ned long uchar code segtab=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90, 0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e,0x89,0x8c,0xff;uchar dbuf4=0,0,0,0; sbit AD_CS=P1A0;sbit AD_CLK=PM1；sbit AD_DAT=P1A2; bdata uchar adin;sbit adi

14、 n0=ad in 八0；void delay(void)uchar i;/A/D转换程序/令CS为低选中TLC549 /延时循环读取8位A/D转换结果/令CLK引脚为低先读取高位，后读取低位/读取数据线的一位数据令CLK恢复为高位for(i=0;i<20;i+);uchar getad(void) uchar i;AD_CS=0;delay();for(i=0;i<8;i+)AD_CLK=0;adi n=adin< <1;adi n=AD_DAT;AD_CLK=1; AD_CS=1; return adin; void disp(void) uchar i,n,bse

15、l; bsel=0xfe; for(n=0;n<4;n+) P2=bsel;P0=segtabdbufn; if(n=3) P0=P0&0x7f; bsel=(bsel<<1)+1; for(i=1;i<200;i+);P0=0xff;void main()ulong u;uchar i;while(1)u=(ulong)getad()*5000/255;for(i=0;i<3;i+)dbufi=u%10;u=u/10;dbuf3=u;disp(); 2、2、3、调试方法/首先点亮最低位/位选口/将显示缓存的数据转换为字段码显示/点亮最高位的小数点/准备显

16、示下一位/延时/熄灭所有字段/将转换结果换成电压值/转换为 4位 BCD 码送显示缓存/显示电压值在 Keil 下建立项目，输入源程序，编译后进入高度方式全速运行，数码管将以 “ X.XXX ”的格式显示当前测量的电压值，调节电位器，数码管上的电压值将 随之而变化。如果数码管没有显示，应首先检查显示及显示函数。注意，将电压值 u 转换成BCD 码送显示缓存如果出问题，也会影响显示结果。 如果数码管能正常显示，但显示的电压值与实际值不同，一般 A/D 转换程序有 问题，可重点检查getad ()函数，如果电位器 W的中心抽头从最低调到最高， 该函数返回的A/D转换结果也相应地由0x00变化到Ox

17、FF,说明A/D转换是对 的，应检查语句“ u=( ulong) getad() *5000/255；”以及随后的 BCD 码转换程 序。3、信号发生器的设计 3、1、串行 D/A 转换器 TLC5615REFINAGNDVccCSSCLKDIN电源复位控制逻辑2位LSB MSB4位010位数据于无关位16位移位寄存器10位D/A寄存器OUTDOUTTLC5615内部结构3、2、用TLC5615设计信号发生器的过程3、2、1、在Proteus环境下，用TLC5615设计一个锯齿波发生器。（1）、硬件电路 如图所示，将TLC5615的SCLK、CS、DOUT分别与单片机的P1.0、P1.1、P1

18、.2相连，基准电压接+5V。（2）程序设计为了产生锯齿波，可定义一个用于计数的字符变量 n其值由o开始加1,每次 加1后就将其输出，由TLC5615转换为相应的电压值，当n为255时，再加1 又回到0,这样就实现了一个周期的转换。程序如下：#in clude<reg51.h>#i nclude<i ntri ns.h>#defi ne uchar un sig ned char #defi ne uint un sig ned int sbit SCLK=P1A0;sbit CS=P1A1； sbit DIN=P1A2;void datout( uint dat)uch

19、ar i;CS=1;SCLK=0;CS=0;for(i=0;i<16;i+) dat=dat<<1;DIN=CY;SCLK=1;/时钟输入/片选信号/串行数据输入/向TL5615输出16位数据/初始化片选信号为高/初始化时钟为低/选中 TL5615将最高位移入进位位CY /将数据送到DIN引脚/SCLK产生上升沿SCLK=0; CS=1; void ma in (void)uchar i=0;while(1)i=i+；datout(i<<2); /SCLK恢复为低/片选信号恢复为高编译后进入调试方式全速运行，示波器显示在Keil下建立项目，输入源程序, 的波形如图

20、所示。个正弦波发生器。#in clude<reg51.h> #i nclude<i ntri ns.h> #defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intsbit SCLK=P1A0;sbit CS=P1A1；sbit DIN=PM2;uchar code wavetab60=0x80,0x8D,0x9A,0xA7,0xB4,0xBF,0xCB,0xD5, 0xDF,0xE7,0xEE,0xF4,0xF9,0xFD,0xFF,0xFF,0xFF,0xFD,0xF9,0xF4,0xEE,0xE7,0xDF

21、,0xD5,0xCB,0xC0,0xB4,0xA7,0x9A,0x8D,0x80,0x72,0x65,0x58,0x4C,0x40,0x34,0x2A,0x21,0x18,0x11,0x0B,0x06,0x02,0x00,0x00,0x00,0x02,0x06,0x0A,0x10,0x18,0x20,0x2A,0x34,0x3F, 0x4B,0x58,0x65,0x72; void datout( uint dat) uchar i;CS=1;SCLK=0;CS=0; for(i=0;i<16;i+) dat=dat<<1;DIN=CY;SCLK=1;SCLK=0;/初始化片

22、选信号为高/初始化时钟为低/选中 TL5615将最高位移入进位位CY/将数据送到DIN引脚/SCLK产生上升沿/SCLK恢复为低/片选信号恢复为高CS=1;void ma in (void)ui nt i=0;for(i=0;i<60;i+)从波表读取数字量输出datout(wavetabi<<2);运行程序，Proteus的虚拟示波器将观察到如图所示的波形。4、1、频率的测量4、1、1、频率测量的过程(1) 、硬件电路在Proteus环境下，设计的频率计电路如图所示，将定时器T0设置在定时方式2,定时时间为250us,满4000次中断正好1s,定时器T1工作于计数方式1,其

23、初 值为0。在启动定时器T0开始定时后，随即送到T1( P3.5)弓I脚的被测脉冲进 行计数，当T0定时满1s后，立即停止T1计数，关闭定时器T0, T1的计数值即为被测信号的频率。U1(P3.5/T1)31302918U1P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.0ALEPSENRSTXTAL219 KXTAL1P3.7/RDP3.6/WRP3.5/T1P3.4/T0P3.3/INT1P3.2/INT0P3.1/TXDP3.0/RXDP2.7/A15P2.6/A14P2.5/A13P2.4/A12P2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8P0.7/AD7

24、P0.6/AD6P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD1P0.0/AD01716LM016L112RP1RESPACK-8262234353637323338391514131110282725242321+5V80C51(2) 、程序设计频率测量模块的程序:#in clude<reg52.h>#i nclude<i ntri ns.h>#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned intexter n void ini t_lcd(void);exter n voi

25、d disp_str(uchar x,uchar y,uchar *p);sbit FS=P3A5;/被测信号FS输入端bit RDY=0;测量完成标志/定时中断计数/测量 FS 的频率uint msn;uint count(void)RDY=0;TMOD=0X5a;TH0=TL0=-250; msn=4000;TH1=TL1=0X00;ET0=1;EA=1;while(FS=1);while(FS=0);TR0=1;TR1=1; while(RDY=0);TR1=0;TR0=0; return(TH1*256+TL1);/TO :定时方式2, T1 :计数方式1;/T0 定时时间为 250u

26、s/4OOO 次中断正好 1s/T1 工作于计数方式，初值为 O/ 允许 TO 中断/开中断/等待被测信号变低/等待被测信号变高/TO 开始定时/T1 开始计数/等待 1s/ 关闭 T1 、TO/返回计数值msn-;if(msn=O)RDY=1; void main() uint f;uchar str9="f= uchar i; init_lcd();while(1) f=count();_nop_(); for(i=6;i>2;i-) stri=f%1O+Ox3O;f=f/1O; str2=f+Ox3O; for(i=2;i<6;i+) if(stri!='O

27、') break; stri=' ' disp_str(O,3,str);/如果 1s 已到/设置测量完成标志位Hz"/液晶屏初始化/测量频率/测量结果转换为 5位 ASCII 码/用空格码替换高位的O/显示测量结果void timerO(void) interrupt 1 using 1液晶显示模块 16O2 DRV.C: #include<reg52.h>#include<intrins.h> #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P3A3;sbit

28、RW=P3A1;sbit E=P3A0;sfr LCD=0x80;sbit BF=LCDA7;void lcd_cmd(uchar cmd) LCD=cmd;RS=0;RW=0;E=1;_nop_();E=0;while(1)LCD=0xff;RS=0;RW=1;E=0;_nop_();E=1;if(BF=0) break;void lcd_dat(uchar dat)LCD=dat;RS=1;RW=0;E=1;/数据 /命令寄存器选择控制端/读写控制端/使能控制端/P0 作为总线端口就绪线BF,低电平有效/向液晶屏发送指令/向液晶屏写入数据_nop_();E=0;while(1)LCD=0x

29、ff;RS=0;RW=1;E=0;_nop_();E=1;if(BF=0) break;dat=LCD;void init_lcd(void) lcd_cmd(0x01); lcd_cmd(0x3c); lcd_cmd(0x0c); /初始化液晶屏/清屏幕/设置双行显示, 5*10 点阵 / 开显示,关闭光标void disp_str(uchar x,uchar y,uchar *p)在 x 行、y 歹U显示字符串 pif(x=0)Icd_cmd(0x80+y);/设置写入地址elselcd_cmd(0xc0+y);/设置写入地址while(*p)将字符依次发送到液晶屏lcd_dat(*p+)

30、; _(3) 、调试方法Timing;First Edge At妙 Frequency (Hz):Period (Sec$):将被测信号FS用Proteus的虚拟信号源DCLOCK代替，设置其频率，切换以 Keil下，全速运行程序，此时液晶屏的显示将如图所示。停止程序的运行，回到 Proteus修改DCLOCK的频率，再次切换到Keil下运行程序，液晶屏上的测量结 果将随之变化。仁12685Hzo ujCrl M口 lcie 寸 g g > > >QT £ Lu DOQDC1ODQ如果液晶屏没有显示，可将语句“ f=count ()；注销，然后再编译运行，如果 仍没

31、有显示，就检查1602DRV.C模块中I/O 口的定义是否与线路一致，直到能 正常显示时，再将注销的语句恢复。如果液晶屏仍没有显示，说明调用count()函数没有返回，可能是RDY变量始 终无效，此时应检查定时器T0的初始化是否正确，电路的连接有无错误。4、2、周期的测量4、2、1、周期测量的过程(1)、硬件电路在Proteus环境下，用定时器/计数器测量周期的电路如图所示，用D触发器对被 测量信号进行分频，这要周期的测量也变成了脉宽的测量。QU2:ADU2:A(CLK)74LS74P1.7P3.7/RD-P1.6P3.6/WR-P1.5P3.5/T1P1.4P3.4/T0P1.3P3.3/I

32、NTLP1.2P3.2/INT0P1.1P3.1/TXDP1.0P3.0/RXDP2.7/A15P2.6/A14EAP2.5/A13ALEP2.4/A12PSENP2.3/A11P2.2/A10P2.1/A9P2.0/A8RSTP0.7/AD7U1741299P0.6/AD680C51XTAL2P0.5/AD5P0.4/AD4P0.3/AD3P0.2/AD2P0.1/AD131306532LM016LRP1RESPACK-82 33 1LCD2423213233+5V343536373818XTAL1P0.0/AD0397.D6D5D4U3d2U1DODE 肖 SR EEV DDV SSV(2)、程序设计(液晶屏显示模块程序与频率测量模块一样) 周期测量模块程序：#include<reg51.h>#define uchar unsigned char #define uint unsigned intextern void disp_str(uchar x,uchar y,uchar *p);extern void init_lcd(void);sbit CLR=P1A0;uint Ts;bit RDY=0;void control(void)IT0=1;EX0=1;TH0=0;/ 触发器清 0 控制位/存放测量结果/