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用8051、ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱(chēng)運(yùn)用8051、ADC0809設(shè)計(jì)一個(gè)8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)電子信息工程班級(jí)學(xué)生姓名1學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師2012年10月23日1.設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件程序的設(shè)計(jì)等,使學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)理解計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成原理、接口電路與應(yīng)用程序,鞏固與綜合專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程知識(shí),提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的實(shí)踐技能。(1)掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。(2)結(jié)合8051設(shè)計(jì)一個(gè)8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2(設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)一由80C51控制的A/D數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng),該卡具有對(duì)八個(gè)通道上0-5V的模擬電壓進(jìn)行采集的能力,且可以用鍵盤(pán)選擇裝換通道,選擇ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換芯片。并在顯示器上動(dòng)態(tài)顯示采集的數(shù)據(jù)。3(設(shè)計(jì)要求(1)根據(jù)題目要求的指標(biāo),通過(guò)查閱有關(guān)資料,確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,并設(shè)計(jì)其硬件電路圖。(2)畫(huà)出電路原理圖,分析主要模塊的功能及他們之間的數(shù)據(jù)傳輸和控制關(guān)系。(3)用protel軟件繪制電路原理圖。(4)軟件設(shè)計(jì),給出流程圖。4.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)步驟第一步:信號(hào)調(diào)理電路第二步:8路模擬信號(hào)的產(chǎn)生與A/D轉(zhuǎn)換器2被測(cè)電壓要求為0~5V的直流電壓,可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)產(chǎn)生??紤]本設(shè)計(jì)的實(shí)際需要,我選擇八位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器(ADC0809)。第三步:發(fā)送端的數(shù)據(jù)采集與傳輸控制器第四步:人機(jī)通道的接口電路第五步:數(shù)據(jù)傳輸接口電路用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心,處理來(lái)自ADC0809的數(shù)據(jù)。經(jīng)處理后通過(guò)串口傳送,由于系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單,鍵盤(pán)僅由兩個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)外部中斷組成,完成采樣通道的選擇,單片機(jī)通過(guò)接口芯片與LED數(shù)碼顯示器相連,驅(qū)動(dòng)顯示器相應(yīng)同采集到的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)分析,本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分核心采用ADC0809,單片機(jī)系統(tǒng)采用8051構(gòu)成的最小系統(tǒng),用LED動(dòng)態(tài)顯示采集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路,多路開(kāi)關(guān),采樣保持電路,A/D,單片機(jī),電平轉(zhuǎn)換接口,接收端(單片機(jī)、PC或其它設(shè)備)組成。本設(shè)計(jì)沒(méi)有通信部分。系統(tǒng)框圖如下圖所示。5.硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理的任務(wù):將被測(cè)對(duì)象的輸出信號(hào)變換成計(jì)算機(jī)要求的輸入信號(hào)。多路數(shù)據(jù)采集輸入通道的結(jié)構(gòu)圖如下圖:3圖5-1-1多路數(shù)據(jù)采集輸入通道結(jié)構(gòu)圖注:緩慢變化的信號(hào)和直流信號(hào),采樣保持電路可以省略。5.2A/D轉(zhuǎn)換器的選取轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù),是一個(gè)很重要的指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)不同,轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常,8位逐次比較式ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許,可選8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器。5.3A/D轉(zhuǎn)換對(duì)于該八路通道輸入信號(hào),八位A/D轉(zhuǎn)換器,其精度為,8,0.39%2輸入為0~5V時(shí),分辨率為5vFs,,V0.01968N,,1122其中:—A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程值vFsN—ADC的二進(jìn)制位數(shù)量化誤差為5vFsQV,,,0.00988N,,,,(1)2(1)222ADC0809是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器,包括一個(gè)8位的逼近型的ADC部分,并提供一個(gè)8通道的模擬多路開(kāi)關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯,為模擬通道的設(shè)計(jì)提供了很大的方便。用它可直接將8個(gè)單端模擬信號(hào)輸入,分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,在多點(diǎn)巡回監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛,所以本設(shè)計(jì)中選用該芯片作為A/D轉(zhuǎn)換電4路的核心。5.4芯片ADC0809的引腳功能和主要性能ADC0809八位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種單片CMOS器件,包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)能直接聯(lián)通8個(gè)單端模擬信號(hào)中的任意一個(gè)。及51單片機(jī)引腳圖如下:ADC0809的引腳圖ADC0809管腳圖及51單片機(jī)芯片管腳圖ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能:IN0,IN7:,路模擬量輸入。A、B、C:,位地址輸入,3個(gè)地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。ALE:地址鎖存啟動(dòng)信號(hào),在ALE的上升沿,將A、B、C上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。D0,D7:八位數(shù)據(jù)輸出線,A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這,根線傳送給單片機(jī)。OE:允許輸出信號(hào)。當(dāng)OE=1時(shí),即為高電平,允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。START:啟動(dòng)信號(hào)輸入端,START為正脈沖,其上升沿清除ADC0808的內(nèi)部的各寄存器,其下降沿啟動(dòng)A/D開(kāi)始轉(zhuǎn)換。EOC:轉(zhuǎn)換完成信號(hào),當(dāng)EOC上升為高電平時(shí),表明內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換已完成。CLK:時(shí)鐘輸入信號(hào),0809的時(shí)鐘頻率范圍在10,1200kHz,典型值為640kHz。5當(dāng)ALE為高電平時(shí),通道地址輸入到地址鎖存器中,下降沿將地址鎖存并譯碼,在START上升沿時(shí)所有的內(nèi)部寄存器清零,在下降沿時(shí),開(kāi)始進(jìn)入A/D裝換,此期間START應(yīng)保持低電平。在START下降沿后10us左右,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)變?yōu)榈碗娖?,EOC為低電平時(shí),表示正在轉(zhuǎn)換,在高電平時(shí),表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為低電平時(shí),表示正在轉(zhuǎn)換,為高電平時(shí),允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。ADC0809的主要性能:?逐次比較型?CMOS工藝制造?單電源供電?無(wú)需零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整?具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器,輸出與TTL兼容?易與各種微控制器接口?具有鎖存控制的8路模擬開(kāi)關(guān)?分辨率:8位?功耗:15mW?最大不可調(diào)誤差小于?1LSB?轉(zhuǎn)換時(shí)間128us?轉(zhuǎn)換精度:?0.4%?ADC0809沒(méi)有內(nèi)部時(shí)鐘,必須由外部提供,其范圍為10~1280kHZ,典型的時(shí)鐘頻率為640kHZ。5.5ADC0809的接線圖此電路圖主要接線將八路輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),為數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控模塊提供輸入信號(hào)。65.6ADC0809與51單片機(jī)的接口由于ADC0809無(wú)片內(nèi)時(shí)鐘,時(shí)鐘信號(hào)有51單片機(jī)的ALE信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。此外,由于ADC0809內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器,所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的ABC相連。通道基本地址為0000H~0007H。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示:7表5-6-1ADC0809輸入通道地址ADC0809與51單片機(jī)的接口方法:ADC0809與51單片機(jī)的接口有3種形式,分別是查詢方式、中斷方式和延時(shí)等待方式,本題中選用查詢接口方式。由于ADC0809無(wú)片內(nèi)時(shí)鐘,時(shí)鐘信號(hào)時(shí)可由單片機(jī)的ALE信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳的脈沖頻率是8051時(shí)鐘頻率的1/6.該題目中單片機(jī)時(shí)鐘地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7頻率采用6MHz,則ALE輸出的頻率是1MHz,二分頻后為500KHz,符合ADC0809對(duì)頻率的要求。由于ADC0809內(nèi)部沒(méi)有地址鎖存器,所以通道地址有P0口的低3位直接與ADC0809的A,B,C相連。通道基本地址為0000H~0007H??刂菩盘?hào):將P2.7作為片選信號(hào),在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)。由單片機(jī)的寫(xiě)信號(hào)和P2.7控制ADC的地址鎖存和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。由于ALE和START連在一起,因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。RD在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí),用單片機(jī)的讀信號(hào)和P2.7引腳經(jīng)或非門(mén)后,產(chǎn)生正脈沖作為OE信號(hào)用一打開(kāi)三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809與51單片機(jī)的接口電路如圖所示:85.7控制器、振蕩源和復(fù)位電路復(fù)位電路即使電路回復(fù)到初始狀態(tài),是單片機(jī)經(jīng)常的工作狀態(tài)。單片機(jī)振蕩電路的振蕩周期和時(shí)鐘電路的時(shí)鐘周期決定了CPU的時(shí)序。在繪制原理圖時(shí)沒(méi)有畫(huà)上電外部復(fù)位電路、內(nèi)部振蕩器方式電路。復(fù)位電路:采用上電外部復(fù)位電路上電外部復(fù)位電路內(nèi)部振蕩器方式5.8鍵盤(pán)與顯示電路由于8155接口芯片含有單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)拓展常用的資源,所以可以方便的利用8155構(gòu)成鍵盤(pán)和顯示接口電路。9上圖中6個(gè)顯示器采用共陰極的LED,段數(shù)據(jù)由8155的B口提供,位選信號(hào)由A口提供。鍵盤(pán)的列掃描也由A口提供。鍵盤(pán)的行由C口提供。PA0到PA5與6段數(shù)碼管的交叉點(diǎn)為18個(gè)按鍵。6.軟件程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件的設(shè)計(jì)采用的是匯編語(yǔ)言,對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)各種功能。10程序是在windowsxp環(huán)境下采用keil軟件編寫(xiě)的,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)八路數(shù)據(jù)的采集與處理,能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)、地址的顯示。6.1主程序流程圖及其程序:開(kāi)始系統(tǒng)初始化調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序調(diào)用標(biāo)度變換子程序取相應(yīng)通道數(shù)據(jù)調(diào)用數(shù)制轉(zhuǎn)換子程序調(diào)用數(shù)據(jù)顯示子程序調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序主程序流程圖主程序:ORG0100HMAIN:MOVSP,#60H;給堆棧指針賦初值11MOVSCON,#50H;設(shè)置串口方式1控制字MOVTMOD,#21H;設(shè)置波特率為9600MOVTH1,#0FDHMOVTL1,#0FDH;給定時(shí)器賦初值SETBTR1;啟動(dòng)定時(shí)器CLRP1.7;清空P1.7口SETBP1.6;置1P1.6MOVR0,#0FFH;在寄存器R0中寫(xiě)入FFLOOP:MOVR4,#00H;清空寄存器R4LOOP1:MOVA,R4;將寄存器R4的值送入累加器ASWAPA;交換A中的值A(chǔ)NLA,R4;將A與R4中的值相與MOVR2,A;將A的值放入寄存器R2,發(fā)送指令內(nèi)容MOVTDH,R4LCALLFAS;調(diào)用發(fā)送子程序LCALLSJCLMOVR7,#064HXH:LCALLDISPLAYDJNZR7,XH;調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序INCR0INCR4CJNER4,#08H,LOOP1AJMPLOOP6.2、數(shù)碼管顯示及鍵盤(pán)子程序:KD1:MOVA,#OOOOOO11BMOVDPTR,#7F00HMOV@DPTR,AKEY1:ACALLKS1JNZLK1ACALLDISAJMPKEY1LK1:ACALLDISACALLDISACALLKS1JNZLK2ACALLDISAJMPKEY1LK2:MOVR2,#0FEHMOVR4,#OOHLK4:MOVR2,#37F01HMOVA,R2CPLAMOVX@DPTR,AINCDPTR12INCDPTRMOVXA,@DPTRJBACC.1,LTW0MOVA,#00HAJMPLKPLONE:JBACC.2,NEXTMOVA,#0CHLKP:ADDA,R4PUSHACCLK3:ACALLDISACALLKS1JNZLK3POPACCRETNEXT:INCR4MOVA,R2JNBACC.5,KNDRLAMOVR2,AAJMPLK4KND:AJMPKEY1KS1:MOVDPTR,#7F01HMOVA,#OFFHMOVX@DPTR,AINCDPTRINCDPTRMOVXA,@DPTRCPLAANLA,#OFHRET6.3查詢方式的程序ORGOO13HAJMPPINT1ORG2000HMAIN:MOVR1,#DATASETBIT1SETBEASETBEX1MOVDPTR,#7FF8HMOVX@DPTR,ALOOP:NOPAJMPLOOPORG2100HPINT1:PUSHPSW13PUSHACCPUSHDPLPUSHDPHMOVDPTR,#7FF8HMOVXA,@DPTRMOV@R1,AINCR1MOVX@DPTR,APOPDPHPOPDPLPOPACCPOPPSW7.課程設(shè)計(jì)心得14通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我深刻的了解到了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理、構(gòu)成部分和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和電氣工程及其自動(dòng)化之間的緊密聯(lián)系,該系統(tǒng)可以采集的發(fā)電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)包括電氣參數(shù)和非電氣參數(shù)兩類(lèi)。在此次課程設(shè)計(jì)當(dāng)中學(xué)到了很多東西,特別是用protel軟件繪制原理圖,要求細(xì)心布置圖局并自己制作元器件80C51、74LS373、8155、ADC0809、D_With_CLK。確實(shí)對(duì)自己專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)和實(shí)踐的結(jié)合有了很大的幫助,對(duì)我個(gè)人而言確實(shí)受益匪淺。本次課程設(shè)計(jì)是一個(gè)由80C51控制的A/D數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng),這卡上對(duì)應(yīng)有8個(gè)通道0到5V的模擬電壓采集的能力,要求用鍵盤(pán)選擇轉(zhuǎn)換通道。在以上的設(shè)計(jì)里,基本滿足了設(shè)計(jì)需求的要素。這次的課程設(shè)計(jì)主要應(yīng)用的知識(shí),有單片機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成,接口電路與應(yīng)用程序,再一次鞏固了所學(xué)的理論知識(shí)。結(jié)合自己大學(xué)期間的實(shí)際積累的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)??傮w來(lái)說(shuō)這是一次,理論與實(shí)踐的結(jié)合,有助于我們應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。在這次課程設(shè)計(jì)里有很多不盡如人意的地方,但是這個(gè)設(shè)計(jì)是

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