计算机控制技术课程设计

计算机控制课程设计设计说明书姓名：学号：专业班级：指导教师：成绩：机电与汽车工程学院2015年6月PAGEPAGE24课题内容：模拟数据采集器：利用AD转换芯片采集多路0~5V模拟信号；按键选择显示通道温度值，温度值（T/℃）与电压（U/V）对应关系：T=15.4U；对采集的数据进行一阶惯性数字滤波。摘要：本文用到的集成芯片主要有8051单片机AT89C51、模数转换器ADC0808、以及4511。首先我们用电位器模拟输入电压0-5V,然后进行一阶惯性滤波,然后用ADC0808对八路模拟信号进行选择采集,并将其转化为八位数字信号,再按给定的公式将电压值转换成温度值，并通过显示模块4位显示数码管显示出来。本系统利用单片机为核心，设计一个多路数据采集系统，采用8路模拟量输入设计，工作范围是0-5V。要求对输入的8个通道的模拟量进行巡回采样，并将采集的信号数据按给定的公式将电压值转换成温度值，并在LED显示器上显示出来，并能通过按键切换所选通道的采样数据。目录：数据采集器的主要功能2硬件电路设计及描述……3设计方案的框图…4工作原理…4原理图及连接关系9整体图……15元件清单…………...16八、程序源代码…17九、总结……23.十、参考文献……23一.数据采集器的主要功能该数据采集器采用的主要元件是AT89C51和ADC0808模数转换芯片。其主要功能是模拟采集信号，并对信号进行一阶惯性滤波，最终显示出来采集结果。本次设计的要求是采集温度的信号。通过对电压信号的采集，按公式计算出对应的温度。首先模拟信号采用电位器产生，供给ADC0808，ADC0808有8路数据输入，也就是8路模拟电压信号。在AT89C51的控制下，实现按键转换要求通道的电压值。温度值T(˚C)与电压U(V)对应关系：T=15.4V。通过AT89C51的计算输出结果，显示在4位共阳极数码管上。硬件电路设计及描述1.该方案的模拟信号是由电位器产生的（0-5v），我个人认为用电位器较电压信号更加方便，因为这个具有很强的可操作性，可在后期工作中将电位器集成在电路板上，使模拟信号有良好的可移动性。在控制器和模数转换芯片上，采用独立的显示设备四位数码显示管。可以采用并行动态扫描的方式接入单片机直接读取并行信号。2.在AT89C51的控制下，指定某通道将电位器产生的输入电压信号,然后进行一阶惯性滤波，接下来输入ADC0808转换器，ADC0808将采集的数据输入单片机AT89C51内,在AT89C51的控制下，实现按键转换要求通道的电压值,并按照温度值T(˚C)与电压U(V)对应关系：T=15.4V进行计算,然后AT89C51输出数据。使用四位数码显示管来做独立的显示设备将输出信号显示出来。三.设计方案的框图采集电路ADC0808显示电路单片机AT89C51采集电路ADC0808显示电路单片机AT89C51 完成按键部分一阶惯性数字滤波 按键部分一阶惯性数字滤波 模拟信号模拟信号0-5v四．工作原理模拟信号有电位器产生0-5V的可调电压。上电以后，AT89C51输出启动信号并进行一阶惯性滤波，然后将信号给ADC0808，ADC0808开始转换第一通道的模拟信号，转换完成以后发出完成信号给AT89C51，转换后的并行数据由P1口输入单片机，单片机接收数据后由程序按温度值T(˚C)与电压U(V)对应关系：T=15.4V完成换算，最后由P0口输出显示数据，由四位数码显示管显示。ADC0808内部自带8路数据选择器，由单片机控制片选信号，完成按键选择信号的功能。4.电路中主要芯片的引脚对应的功能4.1主控芯片AT89C51AT89C51AT89C51提供以下标准功能：4k字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。管脚说明:VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须接上拉电阻。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为低八位地址接收。P2口:P2口上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚备选功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（计时器0外部输入）P3.5T1（计时器1外部输入）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3.7/RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC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。A/D转换器：ADC0808ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如右图所示。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0808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五.原理图及连接关系5.1数据输入模块本次采集器设计的输入的模拟信号比较简单，采用滑动变阻器，外接+5V电压作为输入模拟信号，标示为RV1,RV2,RV3,RV4,RV5,RV6,RV7,RV8,分别接入模数转换芯片ADC0808的IN0-IN7（26,27,28,1,2,3,4,5号管脚）。完全符合输入模拟信号0-5V的调节范围，有效可靠的模拟电压信号。5.2模数转换模块模拟信号通过输入端IN0～IN7：8路模拟量输入端。ADDA,ADDB,ADDC三个是数据选择控制端输入片选信号与P3.1,P3.2,P3.3连在一起，由A，B，C和IN0-IN7构成3-8数据器，通过AT89C51中的按键程序控制片选信号。START是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0808复位，下降沿启动A/D转换）。ALE是地址锁存允许信号，输入，高电平有效。将ALE和START连在一起与P3.4相连，在A/D转换完成后正脉冲的处于高电平，即可控制地址锁存器。该脉冲依靠编写的单片机中断程序模拟一个正脉冲控制。OE端口是数据输出允许信号，由单片机输入高电平控制。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。OUT1-OUT8是A/D转换的输出数字端口，与P1口相连。连接方式是OUT1-OUT2和P1.7-P1.0。12和16号管脚是接基准电压分别接VCC和GND。另外10号端口是时钟频率大小不得超过640KHZ。本次设计中采用终端输出脉冲来模拟这个时钟脉冲，但是效果不好，所以采用外接500KHZ的信号。5.3主控电路这是单片机部分的复位电路和时钟脉冲电路。复位电路采用电平复位的方式，晶振的频率为11.0592MHZ。连接方式如图分别连到单片机的19,18,9号脚。这是AT89C51单片机主控部分的接法，其中P3.1到P3.7与A/D转换芯片相连，做控制口。在A/D部分已经详细介绍了连法。P2.0-P2.3是四位数码显示管的控制端。P2.5和P2.6是按键的控制端。P0.0-P0.7是显示的数据输出端与四位数码管的A-G相连。这个是简单的按键部分，P2.4按键选通转换那一路，执行的方式是按一下显示下一路，按0-7路的方式循环。5.4显示模块温度显示部分，我们使用的是四位数码管（共阳极），其中标示的是P0.0-P0.7和A-DP的连接方式，是数据输出端。P2.0-P2.3与1-4相连，做控制端口，控制那一位显示。RP1是排阻，阻值单个是1K。因为PO口是用来做数据端的，必须串上拉电阻。通道标号显示部分，通过4511与P3.1-P3.3连接译码，驱动数码管（共阴极）显示通道标号。六、整体图：七.元件清单本次课程设计所用元件清单如下：元器件名称数量（个）ADC08081AT89C51144511单个数码显示管1一阶惯性滤波器81K排阻11K滑动变阻器810uF电容133P电容2按键开关2510Ω电阻110K电阻112M晶振14位一体数码显示管1八.程序源代码#include<reg51.h>/*C51单片机头文件*/#include<intrins.h>/*C51单片机移位头文件*/#defineucharunsignedchar/*定义uchar为8位无符号字符数据*/#defineuintunsignedint/*定义unit为无符号整数*///#defineinputP1/*定义输入P1口*///#defineTTP0/*

定义TT为P0口*/sbitSTART=P3^4;/*

位定义，定义START为P3.4引脚*/sbitCLK=P3^5;/*

位定义，定义CLK为P3.5引脚*/sbitOE=P3^6;/*

位定义，定义OE为P3.6引脚*/sbitEOC=P3^7;/*位定义，定义EOC为P3.7引脚

*/sbitE=P3^0;/*位定义，定义E为P3.0引脚

*/sbitAA=P3^1;/*

位定义，定义AA为P3.1引脚*/sbitBB=P3^2;/*

位定义，定义BB为P3.2引脚*/sbitCC=P3^3;/*

位定义，定义CC为P3.3引脚*/sbitK1=P2^4;/*

位定义，定义K1为P2.4引脚*/sbitP07=P0^7;/*

位定义，定义P07为P0.7引脚*/uchart1[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};/*

定义一个无符号数组t1,在数码管上显示0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，A，B，C，D，E，F。*/uchara,b;/*

8位无符号字符a,b*///voiddelay1();/*调用延时函数*/voiddisplay(uinttemp1);/*

显示输出函数，返回值为unittemp1*//*******延时1*******/voiddelay1(void){for(a=248;a>0;a--);for(b=248;b>0;b--);}/******延时2*****/voiddelay2(){inti;for(i=5000;i>0;i--);}/********A/D转换程序********/ucharAD(){uchardat;/*

8位无符号字符dat*/if(!EOC){START=1;START=0;}while(!EOC);START=1;START=0;dat=input;returndat;}/********一阶惯性滤波环节********/#define

a

50

char

value;

char

filter()

{

char

new_value;

new_value

=

get_ad();

return

(100‐a)*value

+

a*new_value;

}/********加地址，选择模拟通道*******/voidget_add(ucharadd){CC=add/4;BB=add%4/2;AA=add%2;delay2();/*延时2

*/}/******动态扫描程序******/voiddisplay(uinttemp1)/*

显示输出函数，返回值为unittemp1*/{uintaa,bb,cc,dd;/*定义无符号整数aa,bb,cc,dd

*/aa=temp1%10;/*

aa取temp1的个位*/temp1/=10;bb=temp1%10;/*

bb取temp1的十位*/temp1/=10;cc=temp1%10;/*

cc取temp1的百位*/dd=temp1/10;/*

dd取temp1的千位*/P2=0xf1;/*

P2口第7，6，5，4，0位置一。第3，2，1位置零*/P0=t1[dd];delay1();P2=0xf2;/*

P2口第7，6，5，4，1位置一。第3，2，0位置零*/P0=t1[cc];delay1();P2=0xf4;/*

P2口第7，6，5，4，2位置一。第3，1，0位置零*/P0=t1[bb]&0X7F;/*

t1[bb]第七位置零*/delay1();P2=0xf8;/*

P2口第7，6，5，4，3位置一。第2，1，0位置零*/P0=t1[aa];delay1();}/*****电压显示转温度显示函数*****/voidc_u(intaa){aa=aa*15.4*5*10/2