基于单片机的数据采集系统的设计

基于单片机的数据采集系统的设计（陕西理工学院物理与电信工程学院电子信息工程专业,2008级2班，陕西汉中723000）指导教师：贾建科［摘要］随着科技的飞速发展，数据采集得到了广泛应用，单片机在数据采集系统中有重要应用。本系统以AT89C51单片机为核心器件来设计数据采集，利用AT89C51控制ADC0809将模拟信号转为数字信号，并将转换的数据反馈给AT89C51进行数据采集，并通过AT89C51控制的LED数码管来显示模拟电压值，实现了8位数据采集系统的设计与制作。测试结果表明该系统操作简单、成本低、能实现8位数据的实时采集。［关键词］数据采集；单片机AT89C51；A/D转换修改意见：1摘要部分作了修改，你在看看做些补充。2目录重新生成。3系统总体设计部分，应写的更详细，作方案比较。4系统硬件电路设计部分应结合自己的设计写，给出自己设计的每一部分电路，从总体电路中截图。5增加附录包括翻译，源程序电路图。Microcontroller-baseddataacquisitionsystemdesignWangChenhui(Grade08,Class2,Majorelectronicsandinformationengineering，Electronicsandinformation

engineeringDept.，ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi)Tutor:JiaJianke[Abstract]:Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,dataacquisitionhasbeenwidelyusedmicrocontrollerhasimportantapplicationsinthedataacquisitionsystem.AT89C51microcontrollerasthecorecomponentofthissystemtodesigndatacollection,datacollectionfortheAT89C51AT89C51controltheADC0809analogsignalsintodigitalsignalsandconvertthedatafeedback,andAT89C51tocontroltheLEDdigitaltubedisplaytheanalogvoltagevaluetoachievethe8-bitdataacquisitionsystemdesignandproduction.Thetestresultsshowthatthesystemsimple,lowcost,toachievetheeightreal-timedataacquisition.[Keywords]:Dataacquisition;thesinglechipmicrocomputerAT89C51;A/Dconversion目录TOC\o"1-5"\h\z1引言11.1研究背景及意义11.2该课题的主要内容12系统的总体设计32.1设计要求32.2系统设计方案32.3设计器件的选择42.3.1釆样A/D转换的选择42.3.2单片机的选择52.3.3显示部分53主要硬件电路63.1模数转换模块6A/D转换ADC080963.1.2分频器73.2控制器模块8AT89C51单片机8AT89C51单片机主要性能参数8AT89C51单片机最小系统113.2.4单片机时钟电路.123.2.5单片机复位电路.123.3LED数码管显示模块13LED数码管显示器的结构原理134软件设计及系统调试与总结154.1程序总体设计图154.2硬件调试154.2.1数码管显示测试15A/D转换测试174.2.3整体电路测试175总结19陕西理工学院毕业设计陕西理工学院毕业设计第第#页共23页如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行M0VX,M0VC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1:反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2:来自反向振荡器的输出。AT89C51单片机最小系统AT89C51单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。单片机的最小系统如图3.1.4所示,18引脚和19引脚接时钟电路，在单片机内部有一■个高增益反相放大器，XTAL1接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是高增益反相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是高增益反相放大器的输出，所以这样就构成了自激振荡器。结合本设计的要求采用内部振荡方式，所选的晶振为11.0592MHz。而复位电路是完成单片机片内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态下开始运行。第9引脚为复位输入端，接上电容,电阻构成上电复位电路。XTAL2RST3TdpQQ2.3唱67

尸尸戸尸尸尸尸尸AT69O5-1XTAL2RST3TdpQQ2.3唱67

尸尸戸尸尸尸尸尸AT69O5-1argr-lror-lF?」38di37c!236ci335d-43坷dS33dO3W21m22b23u24Ci25e26fW7g28A71O<3011-INr516T7CW345AA「-1-1「「「巧宏宏宏2.N.234567图3.1.4单片机最小系统3.2.4单片机时钟电路AT89C51单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。在本设计中，采用内部振荡方式。电路见图3.1.4所示。C522p-IX1-I8—I—CRYSTAL—图3.1.4时钟电路图单片机引脚XTAL1和XTAL2外接晶振11.0592MH4构成了内部振荡方式。由于单片机，就构成了自激振汤，并产生振汤时钟脉冲。内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后电容器Cl、C2起稳定振荡频率，快速起振作用。，就构成了自激振汤，并产生振汤时钟脉冲。3.2.5单片机复位电路本设计系统的复位电路见图3.1.5所示。C71uFR1—IC71uFR1—IH10kR2100RI-图3.1.5复位电路图复位操作完成单片机内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。当

AT89C52单片机的复位引PsT出现5ms以上的高电平时，单片机就完成了复位电路操作。需要注意的是，当复位端RST持续高电平的时间过长，单片机就会处于循环复位状态，这样，单片机就无法执行程序。因此，要求单片机复位后能够脱离复位状态。本系统的复位电路采用上电开关复位电路。上电后，由于电容充电，使RST持续一段时间。当单片机已经在运行时，按下复位键也能使RST持续一段时间的高电平，从而实现上电开关复位的功能。LED数码管显示模块在小型控制装置和数字化仪器仪器中,往往只要几个简单的数字显示或状态便可满足实际的需求，而数码管因其成本低廉、配置灵活、与计算机接口方便等特点，在小型微机控制系统中得到极为广泛的应用。LED数码管显示器的结构原理发光二极管LED利用PN结把电能转换光能的固体发光器件，根据制造材料的不同，可以发出红、黄、绿等不同色彩的可见光束。LED的伏安特性类似于普通二极管，正向压降为2V左右，工作电流一般在10mA~20mA之间较为合适一个8段LED显示器的结构如图3.1.6所示。图3.1.68段数码管结构图它是由8个发光二极管造成，依次记为a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp表示小数点(不带小数点的称为7段LED)。8段LED有共阴极和共阳极两种结构，分别如图3.1.7(a)和图3.1.7(b)所示。共阴极LED的所有发光管的阴极并接成公共端COM,而共阳极LED的所有发光管的阳极并接成公共端COM。当共阴极LED的COM端接高电平，则某个发光管的阴极加上低电平时，则该管有电流流过因而点亮发光。LED各段不同点亮的组合可以显示0~9、A~F等十六进制数。1A:图3.1.严示表如h7(a)下所共阴扌示＜4A及结构图」DP)00(表3.1A.3LEFIT!图3.1.7(b)_共300(D段选码表制极)(.结构1<图G)1nJP)字型共阴极字形代码字型共阴极字形代码字型共阴极字形代码

03FH67DHC39H106H707Hd5EH25BH87FHE79H34FH96FHF71H466HA77H灭00H56DHb7CH4软件设计及系统调试与总结4.1程序总体设计图模块化结构程序的设计，可以使系统控制软件便于调试与优化，也使读者更好地理解和阅读系统的程序设计。因此，采用模块化设计思想来对本数据采集系统进行软件设计。程序主要分为：主程序、初始化程序、A/D转换程序以及数码管显示程序，各部分具体程序见附录。系统的主程序流程如图4-1所示。图4-1主程序流程图4.2硬件调试4.2.1数码管显示测试将数码管驱动电路中数据的接口和主电路板上的相应单片机的端口相连,将写好的测试程序刷写到芯片内，连接好电源，打开电源开关即可测试。测试程序如下：#include〈reg52.h〉#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitdula二P「7;sbitwela二P「6;ucharnum;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};voiddelay(uintz);voidmain(){wela=1;P0=0;wela=0;while(l){for(num=0;num〈16;num++){dula=1;P0=table[num];dula=0;delay(lOOO);}}}voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x>0;x—)for(y=110;y〉0;y—);}这是一段使数码管显示1到F的程序，在检测的过程中发现数码管显示正常，及数码管完好。A/D转换测试在A/D转换程序中加入LED发光二极管点亮程序，当AD转换结束标记EOC为高电平时，点亮LED，以此来检测A/D是否有正常转换。在实验的过程中发现ADC0809可以正常工作。4.2.3整体电路测试（1）短路、开路的检测电路在面包板上连接完成后，为了确保连接的正确性，必需进行短路检测。把万用表打到二极管档，用红、黑笔接到电路的正负极，检测电路是否存在短路现象。另外，把万用表的红、黑笔分别接到有相连接的回路中，检测回路中是否存在断路现象。（2）确认电路连接的正确性把连接好的电路板和电路原理图详细对照，仔细观察各个连接点是否和电路原理图一致。此外，对于电路中元器件的正负极性的连接是否正确。（3）系统软件调试及烧入仿真程序进行整体功能测试。系统软件调试采用KeilC51软件，操作界面见图4.2。其集编译、仿真于一体，支持汇编语言和C语言的程序设计，界面简单，易学好用。C语言程序的一般操作步骤为：建立一个新项目一保存项目一选择单片机型号一创建C文件f将C文件加入项目f输入C语言源程序一设置输出文件格式一编译链接一仿真一运行程序等流程。图5.2KeilC51软件操作界面烧录程序到单片机采用STC-ISP软件烧录。软件的界面见图5.3。操作步骤如下：①选择单片机型号；©OpenFile/打开文件，找到要烧录的HEX文件；③选择串行口，最高波特

率；④DownLoad/下载，先点下载按钮，在单片机上电复位-冷启动。对于加载结果，在界面的左下处可看到，如：已加密，就表示加载成功。图5.3STC-ISP软件烧录界面在实际的整体测试中，发现数码管的显示一直不能正常显示，由于在之前已经检测了数码管和连接电路及组成部件的正确。因此，猜测其仿真程序中设定的显示频率可能有点小,在改变其后发现整个系统工作正常，并完成了设计要求。5总结经过这次毕业设计，使我专业分析能力和相应的解决问题的能力得到了提高。让我在单片机的应用和相关系统开发方面，以及其基础的应用编程设计掌握方面都得到了很多的提高，为日后成为合格的相关专业人士打下良好的基础。在设计的过程中，我也发现了有很多不足之处，譬如显示频率的确定方面。这需要在实践中得到相应的完善。在此次整体设计过程中，我始终积极的对待，努力完成要求的各个功能。其中在硬件调试的时候，我遇到了一些阻力，通过仔细的查找，最后还是解决了问题,但是在这个过程中花费了大量的时间，这也使我得到了很多的磨练，受益良多。经过三个多月来的努力，多次调试与改进，我终于把《基于单片机的数据采集系统》设计完成了。本课题是在指导老师贾建科的悉心指导下完成的，从课题的确定、方案的论证与分析、系统的实验一直到论文修改和定稿，都没有离开贾建科老师的关怀和无私的帮助。在此，我对贾建科老师的关心和无私的帮助表示衷心的感谢！在这段毕业