單片機多路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)課程設計報告

.單片機多路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)課程設計報告葉醒 Xb09610118 余希 Xb09610120 一、設計目的運用單片機原理及其應用等課程知識，根據(jù)題目要求進行軟硬件系統(tǒng)的設計和調(diào)試，從而加深對本課程知識的理解，把學過的比較零碎的知識系統(tǒng)化，比較系統(tǒng)的學習開發(fā)單片機應用系統(tǒng)的基本步驟和基本方法，使學生應用知識能力、設計能力、調(diào)試能力以及報告撰寫能力等有一定的提高。二、設計要求用8051單片機設計數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，基本要求如下：基本部分：1可實現(xiàn)8路數(shù)據(jù)的采集，假設8路信號均為05V的電壓信號。2采集數(shù)據(jù)可通過LCD顯示，顯示格式為通道號 電壓值，如01 4.5。3可通過鍵盤設置采集方式：單點采集、多路巡測、采集時間間隔。4具有異常數(shù)據(jù)聲音爆晶功能：對第一路數(shù)據(jù)可設置正常數(shù)據(jù)的上限值和下限值，當采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，發(fā)出報警信號。選作功能：1.異常數(shù)據(jù)音樂報警。2.可輸出8路順序控制信號，設每路順序控制信號為一位，順序控制的流程為：工序1工序2工序3工序4工序5工序6工序7工序8延時3秒延時3秒延時6秒延時1秒延時1秒延時1秒延時1秒延時6秒三、總體設計我們選擇單片機與A/D轉(zhuǎn)換芯片結(jié)合的方法實現(xiàn)本設計。使用的基本元器件是：AT89C52單片機，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，LCD顯示器，按鍵，電容，電阻，晶振等。數(shù)字電壓測量電路由A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。A/D轉(zhuǎn)換由集成電路ADC0809完成。ADC0809具有8路擬輸入端口，地址線（23- 25腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D換。22腳為地址鎖存控制，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制，當輸入一個2uS寬高電平脈沖時，就開始A/D轉(zhuǎn)換。7腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標志，當A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，7腳輸出高電平。9腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當OE腳為高電平時，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。10腳為0809的時鐘輸入端。單片機的P1.5P1.7、P3端口作1602液晶顯示控制。P2端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P0端口用作0809的A/D轉(zhuǎn)換控制。通過對單片機p3.5口置低電平控制LED亮燈，p3.4口置高電平時蜂鳴器報警。流程圖： 開始循環(huán)判斷按鍵1，按鍵2有沒按下按鍵1按下，開啟ADC0808轉(zhuǎn)換輸出二進制數(shù)經(jīng)過處理，在由數(shù)碼管輸出向下個口讀電壓依次循環(huán)輸出按鍵2按下，開啟AD0808轉(zhuǎn)換輸出二進制數(shù)經(jīng)過處理，在由數(shù)碼管輸出選擇ADC0808下個口循環(huán)判斷按鍵1，按鍵2有沒按下主要程序介紹：CLR P1.7MOV A,R0MOV DPTR,#1FFFHRL ARL ARL ARL ARL AMOV P0,AMOV P2,#0CLR P3.6SETB P3.6AD2:JNB P3.2,AD2MOVX A,DPTRMOV R1,ARET是選擇ADC0808的哪個口讀電壓，然后手動開啟ADC0808工作，再將讀到的代表電壓的二進制送入單片機內(nèi)部 MOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_1MOVCA,A+DPTRMOVR2,AMOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_2MOVCA,A+DPTRMOVR3,ARET將讀到的二進制數(shù)進行查表轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為可識別的電壓，再處理，然后通過數(shù)碼管輸出四、硬件設計1原理圖2PCB圖 380C5280C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產(chǎn)品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數(shù)器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應用場合。80C52內(nèi)置8位中央處理單元、256字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、8k片內(nèi)程序存儲器(ROM)、32個雙向輸入/輸出(I/O)口、3個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。此外，80C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結(jié)CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數(shù)據(jù)，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內(nèi)其它功能。80C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。4ADC0809 ADC0809是美國國家半導體公司生產(chǎn)的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個8通道多路開關，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉(zhuǎn)換。是目前國內(nèi)應用最廣泛的8位通用A/D芯片。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用單片機作為處理器。單片機所處理和傳輸?shù)亩际遣贿B續(xù)的數(shù)字信號，而實際中遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，模擬量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號后，需要模/數(shù)轉(zhuǎn)換將其變成數(shù)字信號才可以輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進行處理和控制，因此，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出的接口電路，即A/D轉(zhuǎn)換器就是現(xiàn)實信號轉(zhuǎn)換的橋梁。目前，世界上有多種類型的A/D轉(zhuǎn)換器，如并行比較型、逐次逼近型、積分型等。本文采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，該類A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，速度快，價格適中，是目前種類最多，應用最廣的A/D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器一般由比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、時鐘發(fā)生器以及控制邏輯電路組成。(1) ADC0809結(jié)構(gòu)功能1）8路8位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?3）轉(zhuǎn)換時間為100s4）單個5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍05V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-4085攝氏度 7）低功耗，約15mW。 2內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1322所示，它由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近 3外部特性（引腳功能） ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，如圖1323所示。下面說明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基準電壓。 Vcc：電源，單一5V。 GND：地。 ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。 (2) ADC0809的工作時序地址鎖存信號ALE在上升沿將三位通道地址鎖存，相應通道的模擬量經(jīng)過多路模擬開關送到AD轉(zhuǎn)換器。啟動信號START上升沿復位內(nèi)部電路，START的下降沿啟動轉(zhuǎn)換，此時轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC呈低電平狀態(tài)，由于逐位逼近需要一定過程，所以，在此期間，模擬輸入量應維持不變，比較器要一次次比較，直到轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時變?yōu)楦唠娖健Ｈ鬋PU發(fā)出輸出允許信號OE(輸出允許為高電平)，則可讀出數(shù)據(jù)。另外，ADC0809具有較高的轉(zhuǎn)換速度和精度，同時受溫度影響也較小。(3) ADC0809與MCS-51單片機的接口電路ADC0809與MCS-51系列單片機的接口電路如圖5所示。圖中，74LS373輸出的低3位地址A2、A1、A0加到通道選擇端A、B、C，可作為通道編碼。其通道基本地址為0000H0007H。8051的WR與P27經(jīng)過或非門后，可接至ADC0809的START及ALE引腳。8051的RD與P27經(jīng)或非門后則接至ADC0809的OE端。ADC0809的EOC經(jīng)反相后接到8051單片機的P33(INT1)。 “數(shù)據(jù)采集”是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬物理量采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示和打印的過程，相應的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于采集的是直流信號，對于緩慢變化的信號不必加采樣保持電路，因此選用市面上比較常見的逐次逼近型ADC0809芯片，該芯片轉(zhuǎn)換速度快，價格低廉，可以直接將直流電壓轉(zhuǎn)換為計算機可以處理的數(shù)字量。同時選用低功耗的LCD顯示器件來滿足其在終端顯示采集結(jié)果的需求。終端鍵盤控制采用盡可能少的鍵來實現(xiàn)控制功能，為了防止鍵盤不用時的誤操作，設計時還設置了鎖鍵功能，在鍵盤的輸入消抖方面，則采用軟件消抖方法來降低硬件開銷，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。軟件設計方面則采用功能模塊化的設計思想；鍵盤模數(shù)轉(zhuǎn)換等采用中斷方式來實現(xiàn)，從而大大提高了單片機的效率以及實時處理能力。4Lm016l液晶模塊簡介LM016L的結(jié)構(gòu)及功能LM016L液晶模塊采用HD44780控制器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROMA（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入DDRAM和CGRAM,或者暫存從DDRAM和CGRAM讀出的數(shù)據(jù)，BF為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，DDTAM用來存儲顯示的字符，能存儲80個字符碼，CGROM由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種.8位字符編碼和字符的對應關系，可以查看參考文獻（30）中的表4.CGRAM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64字節(jié)，可以自定義8個5*7點陣字符或者4個5*10點陣字符，AC可以存儲DDRAM和CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入IR,則IR自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM或CGRAM但愿，LM016L液晶模塊的引腳功能如下表所示：引腳說明1602字符型LCD通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣，其中：引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源（+5V）3V0液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。4RSRS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。5R/WR/W為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。6EE(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。7DB0底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）8DB1底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位9DB2底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位10DB3底4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位11DB4高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位12DB5高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位13DB6高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位14DB7高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）（也是busy flang）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負極五、調(diào)試及結(jié)果六、主程序ORG00HAJMPMAINORG30HRS EQU P1.6 RW EQU P1.7 E EQU P1.5MAIN:MOV R0,#00HMOV R4,#01HANJIAN:JNB P1.0,MOSHI0 ;判斷按鍵是否按下JNB P1.1,MOSHI1SJMP ANJIANMOSHI0: ;按鍵1功能多路順序采集電壓 AN1:JNB P1.0,AN1ACALL J0INC R0INC R4JNB P1.0,MOSHI0JNB P1.1,MOSHI1ACALL DELAY1JNB P1.0,MOSHI0JNB P1.1,MOSHI1ACALL DELAY1JNB P1.0,MOSHI0JNB P1.1,MOSHI1ACALL DELAY1SJMP MOSHI0MOSHI1: ;按鍵2暫停和單點采集AN2:JNB P1.1,AN2ACALL J0INC R0INC R4SJMP ANJIANDELAY1: ;電壓顯示間隔延遲MOV 43H,#02HD3:MOV 40H,#0FFH D1:MOV 41H,#0FFH D2:DJNZ 41H ,D2 DJNZ 40H,D1 DJNZ 43H,D3 RETJ0: ;顯示單個電壓主程序CJNE R0,#08H,J1MOV R0,#00HCJNE R4,#09H,J1MOV R4,#01HJ1:LCALL ADLCALL VHDMOV P0,#00000010B ;數(shù)碼管初始化ACALL LOOP MOV P0,#00111000B ACALL LOOP MOV P0,#00001111B ACALL LOOP MOV P0,#00000110B ACALL LOOPMOV P0,#0C0H ;對數(shù)碼管中數(shù)據(jù)顯示位置確定ACALL LOOP MOV P0,#01011011B ;給數(shù)碼管賦要顯示的數(shù)據(jù)ACALL XIAN MOV P0,#0C1H ACALL LOOP MOV P0,#00110000BACALL XIANMOV P0,#0C2H ACALL LOOPMOV A,R4ADD A,#00110000B MOV P0,AACALL XIANMOV P0,#0C3H ACALL LOOP MOV P0,#01011101BACALL XIANMOV P0,#0C4H ACALL LOOPMOV A,R2ADD A,#00110000B MOV P0,AACALL XIANMOV P0,#0C5H ACALL LOOP MOV P0,#00101110BACALL XIANMOV P0,#0C6H ACALL LOOPMOV A,R3ADD A,#00110000B MOV P0,AACALL XIANMOV P0,#0C7H ACALL LOOP MOV P0,#01010110BACALL XIANRETAD: ;打開ADC0808啟動A/D轉(zhuǎn)化，將輸出的二進制讀入CLR P1.7MOV A,R0MOV DPTR,#1FFFHRL ARL ARL ARL ARL AMOV P0,AMOV P2,#0CLR P3.6SETB P3.6AD2:JNB P3.2,AD2MOVX A,DPTRMOV R1,ARETVHD: ;查表程序，對讀入的二進制對應的電壓查找MOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_1MOVCA,A+DPTRMOVR2,AMOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_2MOVCA,A+DPTRMOVR3,ARETLOOP: ;對數(shù)碼管寫指令代碼CLR RS CLR RW CLR E ACALL DELAY SETB E RETDELAY: ;檢測數(shù)碼管是否正忙MOV P0,#0FFH CLR RS SETB RW CLR ENOP SETB E JB P0.7,DELAY RETXIAN: ;寫入數(shù)碼管要顯示的數(shù)據(jù)SETB RS CLR RW CLR E ACALL DELAY SETB ERETADTAB_1: ;查表程序DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,5DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,5DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,5ADTAB_2:DB0,5,3,8,6,1,9,4,3,8,6,1,9,5,2,