課程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題 目: 數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)初始條件：設(shè)計(jì)一個64路巡回數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，系統(tǒng)循環(huán)周期為1秒，16路模擬信號輸入，16路開關(guān)信號輸入，16路模擬輸出，16路數(shù)字輸出。要求完成的主要任務(wù): 1.輸入通道及輸出通道設(shè)計(jì)（020mV輸入），（010V輸出）2.每周期內(nèi)各通道采樣10次；3.對模擬信號采用一種數(shù)字濾波算法； 4.完成系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，軟件流程及各程序模塊設(shè)計(jì)；5.完成符合要求的設(shè)計(jì)說明書時間安排：2011年6月20日2010年6月30日指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日摘要數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集信息的過程。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除干擾噪聲、無關(guān)信息和不必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以通過A/D轉(zhuǎn)換把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并且可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號存儲、處理及再現(xiàn),因此該系統(tǒng)得以越來越廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集和處理是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部分，在工業(yè)控制機(jī)和生產(chǎn)過程之間，要對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時控制，就要實(shí)時的了解生產(chǎn)狀態(tài)，這就要求采集大量的模擬信號或數(shù)字信號進(jìn)行分析，并輸出有一定意義的、更直觀和易于理解的模擬量或數(shù)字量，以對控制進(jìn)行指導(dǎo)，調(diào)整控制方案。針對目前實(shí)時存盤采集系統(tǒng)存在體積大、設(shè)計(jì)復(fù)雜、成本較高等不足之處，本課題設(shè)計(jì)了一種基于高速串行總線和數(shù)字信號處理器的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),具有成本較低、集成度較高等特點(diǎn)，同時具有一定數(shù)字處理能力。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集和處理，A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換，采樣保持27目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求的分析51.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求51.2 要求分析52 方案比較及認(rèn)證63 硬件電路原理73.1 多路模擬開關(guān)73.2 模擬輸入輸出通道及處理73.2.1模擬輸入通道73.2.2算數(shù)平均值數(shù)字濾波算法83.2.3模擬輸出通道93.3 數(shù)字輸入輸出通道及處理103.3.1 數(shù)字輸入通道104.3.4數(shù)字量的輸出電路135 軟件設(shè)計(jì)及程序145.1 軟件思想145.2 流程圖145.2.1 模擬通道系統(tǒng)框圖145.2.2 數(shù)字通道系統(tǒng)框圖156 總結(jié)167 參考資料17附錄一 芯片資料18附錄二 硬件電路圖22附件三 程序清單231 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求的分析1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求本課題要求設(shè)計(jì)一個64路巡回數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，系統(tǒng)循環(huán)周期為1秒，16路模擬信號輸入，16路開關(guān)信號輸入，16路模擬輸出，16路數(shù)字輸出。輸入020mV，輸出010V；每周期內(nèi)各通道采樣10次，并對模擬信號采用一種數(shù)字濾波算法。設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件電路、軟件流程及各程序模塊。1.2 要求分析數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，具體地說，就是傳感器從被測對象獲取有用信息，并將其輸出信號轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，得出所需的數(shù)據(jù)。同時，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、儲存或打印，以便實(shí)現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來進(jìn)行某些物理量的控制。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入通道、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出及顯示這五個部分組成。輸入通道要實(shí)現(xiàn)對被測對象的檢測、采樣和信號轉(zhuǎn)換等工作。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除干擾噪聲、無關(guān)信息和不必要的信息，提取出反映被測對象特征的重要信息。另外，就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便于檢索；或者把數(shù)據(jù)恢復(fù)成原來的物理量形式，以可輸出的形態(tài)在輸出設(shè)備上輸出，如打印、顯示、繪圖等。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问竭M(jìn)行輸出和顯示。 數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的過程，可以理解為先采集數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)輸入到CPU，最后輸出數(shù)據(jù)。在這一過程中，還要選擇數(shù)據(jù)通道。為了適應(yīng)芯片的電壓值，還可能需要把傳入的模擬電壓放大或縮小，轉(zhuǎn)換成模擬信號后，驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制的目的。在輸出過程中，芯片輸出可能為電流信號，也可能為電壓信號。根據(jù)本題目的要求，需將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。2 方案比較及認(rèn)證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要需要解決的是模擬量輸入通道問題，在眾多的模擬量輸入中，需要確定模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)。模擬量通道結(jié)構(gòu)有兩種，一種是每路模擬量均有各自獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器、采樣/保持器，另一種是多路模擬量共用一套采樣/保持器、A/D轉(zhuǎn)換器。在兩種結(jié)構(gòu)中，前者電路結(jié)構(gòu)簡單，程序設(shè)計(jì)方便。由于每路模擬量均需各自獨(dú)立的A/D轉(zhuǎn)換器，因此盡管只有一個處理器，但A/D轉(zhuǎn)換是并行的，具有很快的轉(zhuǎn)換速度。由于使用的A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)量多，故總體成本高昂，僅在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中采用；后者具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用等良好特點(diǎn),在性能指標(biāo)要求許可的情況下，一般采用該方案。尤其高性能的A/D轉(zhuǎn)換器件不斷推出，選擇一種A/D轉(zhuǎn)換器滿足多路數(shù)據(jù)采集還是比較容易的。因此，設(shè)計(jì)中選擇了多路選擇開關(guān)4067。D/A轉(zhuǎn)換部分主要解決數(shù)字到模擬的功能，最常用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器為DAC0832，將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成差動的輸出。為了使其能變成電壓輸出，又要經(jīng)過運(yùn)算放大器。模擬輸出通道也有兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一個通道設(shè)置一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換，速度快，工作可靠，缺點(diǎn)是使用了較多的D/A轉(zhuǎn)換器；多個通路共用一個數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，即轉(zhuǎn)換成模擬電壓后，通過多路模擬開關(guān)傳送給輸出采樣保持器。這種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省了數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，但因?yàn)榉謺r工作，只適用于通路數(shù)量多且速度要求不高的場合。還要用多路開關(guān)，且要求輸出采樣保持器與采樣時間之比較大。3 硬件電路原理3.1 多路模擬開關(guān)由于計(jì)算機(jī)的工作速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于被測參數(shù)的變化，因此一臺計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可供幾十個檢 測回路使用，但計(jì)算機(jī)在某一時刻只能接收一個回路的信號。所以，必須通過多路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)多選1的操作，將多路輸入信號依次地切換到后級。 模擬開關(guān)不同于一般的數(shù)字開關(guān)，它所切換的是模擬量，理想狀態(tài)應(yīng)該是開斷電阻無窮大，導(dǎo)通電阻為零；頻帶寬度無窮大，功耗為零；開通和斷開無過渡過程。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時應(yīng)只允許有用信號通過，不允許無用信號或干擾耦合到輸出端。實(shí)際使用中，上述理想狀態(tài)是不存在的，只能根據(jù)使用場合進(jìn)行合理的選擇。除了在芯片內(nèi)集成的少量模擬開關(guān)外，在微機(jī)控制系統(tǒng)中，廣泛使用的是多路模擬開關(guān)。在模擬量輸入通道中，它把多個輸入信號接到一個公共點(diǎn)上，以便進(jìn)行放大或數(shù)字化 處理。在模擬量輸出通道中，它把D/A轉(zhuǎn)化器輸出的模擬信號按一定的順序輸出到不同的控制回路，此時模擬開關(guān)是一對多的轉(zhuǎn)換，故又稱多路分配器。由于題目中有16路模擬輸入信號，為了方便，避免還要將多路模擬開關(guān)擴(kuò)展，直接選用了4067。4067是16路雙向模擬開關(guān)，所謂雙向，就是該芯片既可以實(shí)現(xiàn)多到一的切換，也可以完成一到多的切換；而單向則只能完成多到一的切換。其內(nèi)部包括一個16選1的譯碼器和被譯碼輸出所控制的16個雙向模擬開關(guān)，當(dāng)禁止端EN為低電平0時，X0X15中被選中的一個輸入端與輸出公共端X（即1腳）接通，被選通端由時鐘脈沖信號決定，當(dāng)EN為高電平1時，處于禁止?fàn)顟B(tài)，所有模擬開關(guān)均不接通。4076允許的輸入電壓范圍為0V-Vdd，題目要求的只有0-20mv，所以可以選用。3.2 模擬輸入輸出通道及處理3.2.1模擬輸入通道本模塊使用十六選一芯片，通過ABCD端口選擇輸入路，再將此路信號處理后輸入到AD0809中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入單片機(jī)。各通道的模擬信號經(jīng)過差分電路和采樣保持電路輸入到0808 的輸入端，根據(jù)模擬輸入通道的地址，CPU向ADC0809發(fā)轉(zhuǎn)換啟動指令，在START和ALE的輸入端即出現(xiàn)一個正脈沖， 在其上升沿鎖存其通道選擇信號， 下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，經(jīng)過大約64個時鐘周卿，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。在轉(zhuǎn)換開始時EOC輸出端即由高電平變?yōu)榈碗娖?，待轉(zhuǎn)換結(jié)束它又自動由低電平變?yōu)楦唠娖健PU發(fā)出轉(zhuǎn)換啟動信號后， 即通過OB 口(IC)不斷查詢EOC的輸出端是否-已變成高電平，若EOC已變?yōu)楦唠?，就表示A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成，這時CPU可以發(fā)讀指令， 以使OE端出現(xiàn)正脈沖，打開ADC0809的三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器，讀取A/D變換后的數(shù)據(jù)，這樣即完成了一次從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。圖1 模擬輸入通道3.2.2算數(shù)平均值數(shù)字濾波算法在模擬信號中常帶有高低頻干擾信號，它們將直接影響轉(zhuǎn)換精度，使采集的數(shù)據(jù)不可信。這些干擾信號一般在A/D轉(zhuǎn)換前用RC濾波器加以過濾，但由于濾波電容C不能取得太大，而難以濾去頻率較低的干擾。為此，在硬件濾波的基礎(chǔ)上還需加上軟件濾波，軟硬兼施，方能有效的將模擬信號中的干擾信號降到最低限度。對于變化較緩慢的一次參數(shù)，可使用一階滯后濾波，而對于變化較快的參數(shù)，可使用算數(shù)平均值濾波。本段通過將每一路的值輸入后除以10，然后相加，得到每一路通道的平均值為算數(shù)平均值數(shù)字濾波算法 。同時也減少了存儲單元的個數(shù)，僅用16個，70H到7FH。MOV A，R0 ；本模塊為數(shù)字濾波MOV B，#10 ；將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量除以10DIV ABADD R0，A INC R0 ；指向下一個存儲單元POP ACC本段程序?qū)⒅袛鄷r鐘設(shè)置為100ms,每秒采集10次，并將每路采集一次，共160次。由于單片機(jī)能用的存儲單元僅為80個，所以將每路信號除10然后加在同一個單元里。這同時也實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波的功能。3.2.3模擬輸出通道為了用DAC0832進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，可以使用兩種方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。第一種方法是使輸入寄存器工作在不鎖存狀態(tài)，而使DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使WR1為底電平，CS為低電平而ILE為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存信號處于無效狀態(tài)；另外，WR2和XFER端輸入一個負(fù)脈沖，從而使DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。這樣做，也可以達(dá)到鎖存目的。第二種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而DAC寄存器工作在不鎖存狀態(tài)。具體的說，就是使WR2和XFER都是低電平，這樣，DAC寄存器的鎖存端得不到有效電平；另一方面，使輸入寄存器的有關(guān)控制信號中，ILE處于高電平，CS處于低電平。這樣，當(dāng)WR1端來一個負(fù)脈沖時，就可以完成一次變換。當(dāng)DAC0832工作在單緩沖寄存器方式下，即當(dāng)信號來時，D0D7數(shù)據(jù)線送來的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，當(dāng)變高時，則此數(shù)據(jù)便被鎖存在輸入寄存器中，因此D/A轉(zhuǎn)換的輸出也保持不變。DAC0832將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成差動的電流輸出，為了使其能變成電壓輸出，所以又經(jīng)過運(yùn)算放大器，形成單極性電壓輸出。然后通過十六選一的通道反向使用，輸出各通道的模擬量。圖2 模擬輸出通道3.3 數(shù)字輸入輸出通道及處理3.3.1 數(shù)字輸入通道A/D轉(zhuǎn)換器將連續(xù)變化的模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換為數(shù)值上等效的數(shù)字信號，以便計(jì)算機(jī)可以識別和接收。ADC0809是采用CMOS工藝的多路8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)化器，芯片內(nèi)包括8通道多路模擬開關(guān)、8位A/D轉(zhuǎn)化器和一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器。8通道多路模擬開關(guān)由8通道模擬開關(guān)及地址譯碼器組成，主要功能是為多路A/D轉(zhuǎn)換提供方便，允許8路模擬量輸入使用同一個A/D轉(zhuǎn)化器。ADC0809采用單一的+5V電源供電，允許的模擬量輸入范圍為0-5V的單極性，無須進(jìn)行零位和滿度調(diào)整。它的分辨率為1LSB。 圖3 數(shù)字輸入通道有一路信號(0V5V)從ADC0809的IN0通道輸入，地址輸人端A、B、C均接地，這時IN0的通道地址為OOH。0809是8位ADC，對0V-5V的信號，其轉(zhuǎn)換精度為20mV級。P2.4和、共同組成ADC0809的口地址和啟動轉(zhuǎn)換控制信號。當(dāng)P2.4=0時，指定ADC0809的口地址為0EFFFH；當(dāng)8051的來到時，0809的ALE在脈沖的上升沿鎖存地址信號，START在脈沖的高電平啟動A/D轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC輸出高電平，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量鎖存在0809內(nèi)部的三態(tài)輸出鎖存器中。當(dāng)輸出允許信號為高電平時，轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)數(shù)據(jù)線D7D0輸出， A/D轉(zhuǎn)換的程序如下：TEST: MOV R0,#70H ；顯示數(shù)據(jù)初值(70H-77H) MOV R5,#0F ；十六路信號循環(huán)控制 MOV DPTR,#0CFA0H ；選中通道0LOOP: MOVX DPTR,A ；啟動A/D MOV R4,#8FH ；延時子程序LOOP11: DJNZ R4,LOOP11 MOV R4,#0FHLOOP22: DJNZ R4,LOOP22 MOVX A,DPTR ；讀取A/D轉(zhuǎn)換值 MOV R0,A ；把采集數(shù)據(jù)送到指定位置 INC R0 ；移動存儲位置 INC DPTR ；指向下一通道 MOV 7BH,R5 DJNZ R5,LOOP ；判定采集十六通道A/D轉(zhuǎn)換流程圖：YN開始定義A/D轉(zhuǎn)換緩沖區(qū)首地址開中斷置通道數(shù)置DPTR啟動轉(zhuǎn)換等待中斷 各通道采完？中斷處理返回關(guān)中斷 圖4 A/D轉(zhuǎn)換流程圖4.3.4數(shù)字量的輸出電路將上一段存儲的數(shù)據(jù)通過十六選一的多路開關(guān)輸出，為了減小誤差，采用光電耦合器，將輸出和輸入隔離開，輸出的電壓為10V。圖5 數(shù)字量輸出通道5 軟件設(shè)計(jì)及程序5.1 軟件思想本設(shè)計(jì)由模擬通道與數(shù)字通道組成，兩個系統(tǒng)完全獨(dú)立，二者之間沒有軟件和硬件的聯(lián)系，所以兩個流程圖之間沒有邏輯關(guān)系。5.2 流程圖輸入10次通過MC14057B和片選將結(jié)果輸出通過DAC0832進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換數(shù)字濾波是否輸入16路轉(zhuǎn)換后的八位數(shù)值存入單片機(jī)RAM中通過AD0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換通過片選選擇一路輸入調(diào)理電路將20mv按標(biāo)度，升到10V十六路通道模擬輸入是5.2.1 模擬通道系統(tǒng)框圖否圖6模擬通道系統(tǒng)框圖5.2.2 數(shù)字通道系統(tǒng)框圖開關(guān)量通過十六選一多路開關(guān)輸入對開關(guān)量進(jìn)行調(diào)理，將20mv調(diào)理到5V將調(diào)理后的電壓輸入單片機(jī)RAM存儲是否輸入16路將每一路信號加在一起存入RAM中是否輸入10次判斷和是否大于5本路信號為“1”本路信號為“0” 通過MC14057B和片選將結(jié)果輸出是否否否圖7 數(shù)字通道系統(tǒng)框圖6 總結(jié)將近兩周的時間在彈指間飛逝而去，緊張富有樂趣的課程設(shè)計(jì)也告別一個段落。其間有苦有甜，有酸有辣，有喜有悲，百味交融，夾雜而富有生趣。我們在老師悉心的指導(dǎo)下兢兢戰(zhàn)戰(zhàn)的完成了此次課程設(shè)計(jì)。我們查閱了資料，經(jīng)過團(tuán)隊(duì)的分工合作與良好的交流，我們從中體會了不一樣的情感。這次設(shè)計(jì)使我受益匪淺。從拿到題目的開始，我很茫然，無從下手，根本不知道如何去解決遇見的問題。我通過一周時間翻閱相關(guān)的資料，在和同學(xué)探討的情況下，才坎坎坷坷開始了設(shè)計(jì)的第一步。但由于自己的知識能力有限，該設(shè)計(jì)還有很多的錯誤和不足之處，現(xiàn)階段還不能很好的完成設(shè)計(jì)所要求的各種標(biāo)準(zhǔn)，尤其軟件變成方面了解甚少，以至整個系統(tǒng)不能完全工作。但在這次自己獨(dú)立完成本次設(shè)計(jì)后還是有了點(diǎn)成就感，我從設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多東西，以前動手能力很差，現(xiàn)在什么都要自己親自動手的情況下還是學(xué)到了很多以前自己不會的知識、畫圖方法、有很大的收獲。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，讓我深深的體會到了以前在實(shí)踐中的不足，認(rèn)識到動手能力的重要性，很多知識是必須經(jīng)過親自的動手實(shí)踐才能夠體會到它的科學(xué)性，理論和實(shí)際的結(jié)合才能夠解決眼前面臨的難題。除了我們學(xué)習(xí)的單片機(jī)課程、電子線路、模電、數(shù)電以及電力電子以外，還得對很多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件有所掌握，比如說PROTEL、仿真軟件PROTEUSE等的運(yùn)用。這次的課程設(shè)計(jì)為我們這些即將踏上工作崗位的大學(xué)生來說，無疑起到了一個很好的橋梁作用。總之，在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我既學(xué)習(xí)到了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的知識，又學(xué)到了許多書本之外寶貴的分析動手能力。與其臨淵羨魚，不如退而結(jié)網(wǎng)。這次課程設(shè)計(jì)給我的最大的印象就是如果自己有了興趣，就動手去做，困難在你的勇氣和毅力下是抬不了頭的。在設(shè)計(jì)過程中遇到的問題是很多的，但我想難免會遇到這樣或那樣的問題，同時在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識重新溫故。7 參考資料1 于海生，等. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù). 北京：，機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2 彭虎，周佩玲，傅忠謙編著. 微機(jī)原理與接口技術(shù). 北京：電子工業(yè)出版社，2008.3 陳立周，陳宇編. 單片機(jī)原理及其應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.4 徐愛鈞編著.單片機(jī)高級語言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì). 電子工業(yè)出版社,2002.5 康華光,鄒壽彬,秦臻編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分. 高等教育出版社,2006.附錄一 芯片資料（1） 多路轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集端口為16路多路開關(guān)，可以按照需要選定其中1路端口，為實(shí)現(xiàn)此功能，采用了MC14067B芯片，MC14067B用來切換信號的傳輸十分方便。此芯片可以正反兩用。MC14067B芯片具備1個使能端，4路地址碼端，構(gòu)成16狀態(tài)，控制16路信號的輸入。根據(jù)要求，輸入模擬信號為020mV，而A/D轉(zhuǎn)換芯片0808輸入為-5V+5V，為了提高分辨率，我們將輸入信號進(jìn)行放大，采用了同相比例放大電路。圖8 MC14067B的管腳圖和通道選擇通過ABCD，的值可以選擇十六路通道中的某一路輸入到AD0809中，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。也可以將DA0832轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出。（2） A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模擬量變換成數(shù)字量的設(shè)備，ADC0808/0809是帶有8：1多路模擬開關(guān)的8位A/D轉(zhuǎn)換單片CMOS芯片，由芯片的A，B，C三個引腳來選擇模擬通道中的一個，但我們僅適用0通道來進(jìn)行轉(zhuǎn)換把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值存入單片機(jī)的RAM里。ADC0808/0809內(nèi)無時鐘，必須靠外部提供時鐘，在進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)時，推薦使用640KHz左右的時鐘頻率。圖9 ADC0809芯片ADC0809各引腳的功能說明如下：、：3位通道地址輸入端，為三位二進(jìn)制碼。由000111，分別選中。：8路模擬信號輸入通道。：地址鎖存允許輸入端(高電平有效)，當(dāng)為高電平時，允許、所示的通道被選中；（該信號的上升沿使多路開關(guān)的地址碼、鎖存到地址寄存器中）。：啟動信號輸入端，此輸入信號的上升沿使內(nèi)部寄存器清零，下降沿使A/D轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換；：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，它在A/D轉(zhuǎn)換開始時由高電平變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，由低電平變?yōu)楦唠娖?，此信號的上升沿表示A/D轉(zhuǎn)換完畢，常用做中斷申請信號。：輸出允許信號，高電平有效，用來打開三態(tài)輸出鎖存器，將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線。：外部時鐘信號輸入端，改變外接RC元件，可改變時鐘頻率，從而決定A/D轉(zhuǎn)換的速度。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間TC等于64個時鐘周期，CP的頻率范圍為101280kHz。當(dāng)時鐘脈沖頻率為640kHz時，TC為100us。和：基準(zhǔn)電壓輸入端，它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值。：地線。（3） D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的設(shè)備，DAC0832是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的8位D/A芯片，共有20個引腳。它具有與微機(jī)連接簡單、轉(zhuǎn)換控制方便、價格低廉等特點(diǎn)，微機(jī)系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。 圖10 0832功能示意圖0832各主要引腳功能： 8位數(shù)據(jù)輸入端。 ILE： 輸入寄存器允許信號， 輸入，高電平有效。 CS：片選信號，輸入，低電平有效。 ：輸入寄存器寫信號，輸入，低電平有效。由ILE、CS、的邏輯組合產(chǎn)生輸入寄存器控制信號 。 當(dāng)為低電平時，輸入寄存器內(nèi)容隨數(shù)據(jù)線變化，的正跳變將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 XFER ： 數(shù)據(jù)傳送信號， 輸入， 低電平有效。 ： DAC寄存器的寫信號， 輸入， 低電平有效。 由XFER、組成DAC寄存器的控制信號。 的正跳變將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器。：電流輸出1。當(dāng)DAC寄存器中全為“1”時，輸出電流最大，當(dāng)DAC寄存器中全為“0”時，輸出電流最小。：電流輸出2。它與的關(guān)系是：+=常數(shù)Rfb：內(nèi)部反饋電阻引腳，該電阻在芯片內(nèi)，Rfb端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端。這樣，相當(dāng)于將一個反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端。VREF：參考電壓輸入端，可接正電壓，也可接負(fù)電壓，范圍為-10V+10V。DAC0832內(nèi)部有兩個寄存器，能實(shí)現(xiàn)三種工作方式： 雙緩沖、 緩沖和直通方式，直通方式是將兩個寄存器的五個控制端預(yù)先置為有效，兩個寄存器都開通只要有數(shù)字信號輸入就立即進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換。單緩沖方式使DAC0832的兩個輸入寄存器中有一個處于直通方式，另一個處于受控方式，可以將WR2和Xfer相連在接到地上，并把WR1接到80C51的WR上，ILE接高電平，CS接高位地址或地址譯碼的輸出端上。雙緩沖方式把DAC0832的輸入寄存器和DAC寄存器都接成受控方式，這種方式可用于多路模擬量要求同時輸出的情況下。本次設(shè)計(jì)采用單緩沖方式。0832是電流型，可用運(yùn)算放大器將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。附錄二 硬件電路圖圖11 硬件電路圖附件三 程序清單ORG 0000HLJMP STARTORG 03HLJMP INT0P ；AD轉(zhuǎn)換程序初始化MOV R7，#4MOV R1，#A1H ；將P2.1的地址輸入R1中，控制輸入通道的選擇MOV R2，#80H ；P0.0數(shù)字通道為數(shù)字信號的起始地址A1： MOV A，0000H MOV DPTR，R1 MOVX DPTR，A ；將p2.1輸出，來控制十六選一那一路進(jìn)入 INC R1 ；指向下一個端口 JMP A1 LJMP INT0P ；將選通的信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換START0： MOV R0，#70H ；RAM首地址 MOV R7，#16 MOV SP，#3FH SETB IT0 SETB EX0 SETB EAMAIN0： MOV DPTR，#7FF8H ； AD通道首地址MAIN： CLR F0 MOVC DPTR，ATEST： JNB F0，DONE DJNZ R7，MAIN DONE：SJMP TEST ； 循環(huán)16次，采集各路信號INT0P： PUSH ACC SETB F0 MOV R0，A MOV A，R0 ；本模塊為數(shù)字濾波MOV B， #10 ；將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量除以10DIV AB ADD R0，A ；將轉(zhuǎn)換后的數(shù)值相加，得到INC R0 ；指向下一個存儲單元POP ACCORG 0000H START3： MOV DPTR，#0FEFFH ；置DAC0832的地址 LP1： MOV A，#0FFH ；設(shè)定高電平 MOVX DPTR，A ；啟動D/A轉(zhuǎn)換，輸出高電平 LCALL DELAY ；延時50ms MOV A，#00H ；設(shè)定低電平 MOVX DPTR，A ；啟動D/A轉(zhuǎn)換，輸出低電平 LCALL DELAY ；延時 MOV R7，#4 MOV