多路數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)

1、 中北大學計算機控制課程設(shè)計說明書1 引言 數(shù)據(jù)采集是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示的過程。在生產(chǎn)過程中，可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。本文設(shè)計了一套多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實施采集多現(xiàn)場的溫度參數(shù)，系統(tǒng)通過RS485總線將采集到的現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)傳輸至上位機，上位機對采集到的數(shù)據(jù)進行顯示、存儲，從而達到現(xiàn)場監(jiān)測與控制的目的。2 設(shè)計目的和要求 設(shè)計一由微機控制的A/D數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，該卡具有對八個通道上0-5V的模擬電壓進行采集的能力，且可以用程序選擇裝換通道，選擇ADC0809作為A/

2、D轉(zhuǎn)換芯片。 本設(shè)計包括確定控制任務(wù)、系統(tǒng)總體設(shè)計、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件程序的設(shè)計等，使學生進一步學習理解計算機控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理、接口電路與應用程序，鞏固與綜合專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識，提高學生運用理論知識解決實際問題的實踐技能。3 系統(tǒng)設(shè)計方案1.八路模擬信號的產(chǎn)生 被測電壓要求為05V的直流電壓，可通過八個滑動變阻器調(diào)節(jié)產(chǎn)生。2.模擬信號的采集 八路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用共享數(shù)據(jù)采集通道的結(jié)構(gòu)形式，數(shù)據(jù)采集方式確定為程序控制數(shù)據(jù)采集。3. A/D轉(zhuǎn)換器的選取 八位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器4.控制與顯示方法的選擇 用單片機作為控制系統(tǒng)的核心，處理來自ADC0809的數(shù)據(jù)。經(jīng)處理后通過串口傳送，

3、由于系統(tǒng)功能簡單，完成采樣通道的選擇，單片機通過接口芯片與LED數(shù)碼顯示器相連，驅(qū)動顯示器相應同采集到的數(shù)據(jù)。LED單片機ADC0808模擬輸入通道1模擬輸入通道2模擬輸入通道8圖3.1 總體設(shè)計圖4 硬件系統(tǒng)的設(shè)計4.1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)換開關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開關(guān)能直接聯(lián)通8個單端模擬信號中的任意一個。ADC0809的引腳圖及51單片機引腳圖： 圖4.1 ADC0809管腳圖及51單片機芯片管腳圖注：由于ADC0809在protues內(nèi)無法仿真，故采用與其引腳相

4、同，功能類似的ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。4.2 ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能 IN0IN7:8路模擬量輸入。 A、B、C:2位地址輸入，2個地址輸入端的不同組合選擇八路模擬量輸入。 ALE:地址鎖存啟動信號，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。 D0D7:八位數(shù)據(jù)輸出線，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果由這8根線傳送給單片機。 OE:允許輸出信號。當OE=1時，即為高電平，允許輸出鎖存器輸出數(shù)據(jù)。 START:啟動信號輸入端，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A/D開始轉(zhuǎn)換。 EOC:轉(zhuǎn)換完成信號，當EOC上升為高電平時，表明內(nèi)部A

5、/D轉(zhuǎn)換已完成。CLK:時鐘輸入信號，0809的時鐘頻率范圍在101200kHz，典型值為640kHz。 當ALE為高電平時，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上升沿時所有的內(nèi)部寄存器清零，在下降沿時，開始進入A/D裝換，此期間START應保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號變?yōu)榈碗娖?，EOC為低電平時，表示正在轉(zhuǎn)換，在高電平時，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為低電平時，表示正在轉(zhuǎn)換，為高電平時，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。4.3 ADC0809與51單片機的接口由于ADC0809無片內(nèi)時鐘，時鐘信號有51單片機的ALE信號經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。此外，由于ADC

6、0809內(nèi)部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由P3.4，P3.5，P3.6口的直接與ADC0809的A B C 相連。其對應關(guān)系如下表所示。地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表4.2 ADC0809輸入通道地址控制信號：將P3.2作為片選信號，在啟動A/D轉(zhuǎn)換時。由單片機控制ADC的地址鎖存和啟動轉(zhuǎn)換。由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時也啟動轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機的P2.1，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號用一打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89C5

7、1單片機直接相連。初始化時，使ST為低電平。送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。根據(jù)EOC信號來判斷是否轉(zhuǎn)換完畢，當EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。 ADC0809與51單片機的接口電路如圖所示：圖4.3 ADC0809與51單片機的接口電路4.4 控制器、振蕩源和復位電路復位電路即使電路回復到初始狀態(tài)，是單片機經(jīng)常的工作狀態(tài)。單片機振蕩電路的振蕩周期和時鐘電路的時鐘周期決定了CPU的時序。復位電路：采用上電外部復位電路。4.5 顯示電路 圖4.4 電路圖 圖4.5部分通道的數(shù)據(jù)4.6 模擬信號產(chǎn)生電路

8、 圖4.6 模擬信號產(chǎn)生電路5 軟件程序設(shè)計5.1 主程序 DIN BIT P3.0 CLK BIT P3.1 DISBUF EQU 75H ;用來存放發(fā)送的數(shù)據(jù) ORG 0000H ;目標程序?qū)?000H開始 AJMP MAIN ;寫成的hex文件 ORG 0030H MAIN: MOV 20H,#0 INC 20H CLR P3.4 ;設(shè)置通道0地址 CLR P3.5 CLR P3.6 ACALL AD ;調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序 ACALL DELAY2S ;調(diào)用延時程序 AJMP L1 ;跳轉(zhuǎn)到L1L1: INC 20H ;設(shè)置通道1地址 SETB P3.4 CLR P3.5 CLR P3

9、.6 ACALL AD ACALL DELAY2S AJMP L2 L2: INC 20H ;設(shè)置通道2地址 CLR P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6 ACALL AD ;調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序 ACALL DELAY2S ;調(diào)用延時程序 AJMP L3 L3: INC 20H ;設(shè)置通道3地址 SETB P3.4 SETB P3.5 CLR P3.6 ACALL AD ACALL DELAY2S AJMP L4 L4: INC 20H ;設(shè)置通道4地址 CLR P3.4 CLR P3.5 SETB P3.6 ACALL AD ;調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序 ACALL DELAY2S ;調(diào)用

10、延時程序 AJMP L5 L5: INC 20H ;設(shè)置通道5地址 SETB P3.4 CLR P3.5 SETB P3.6 ACALL AD ;調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序 ACALL DELAY2S ;調(diào)用延時程序 AJMP L6 L6: INC 20H ;設(shè)置通道6地址 CLR P3.4 SETB P3.5 SETB P3.6 ACALL AD ;調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換程序 ACALL DELAY2S ;調(diào)用延時程序 AJMP L7 L7: INC 20H ;設(shè)置通道7地址 SETB P3.4 SETB P3.5 SETB P3.6 ACALL AD ACALL DELAY2S AJMP MAIN5.2

11、延時2S子程序DELAY2S:MOV R7,#7FHDL1: MOV R6,#0EBHDL0: MOV R5,#20H DJNZ R5,$ DJNZ R6,DL0 DJNZ R7,DL1 NOP RET5.3 AD轉(zhuǎn)換子程序AD: CLR P3.2 ;清空3.2 SETB p3.2 CLR p3.2 ;啟動轉(zhuǎn)換 JNB p2.0,$ ;等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 SETB p2.1 ;允許輸出 MOV 35H,P1 ;暫存轉(zhuǎn)換結(jié)果 CLR p2.1 ;關(guān)閉輸出 MOV R0,#35H ;存放AD轉(zhuǎn)換值的首地址 CLR C MOV A,R0 ;取要轉(zhuǎn)化的AD轉(zhuǎn)換值 MOV B,#14H MUL AB MOV

12、R3,A ;積低位存入TEMPLOW單元 MOV A,B MOV R2,A ;積高位存入TEMPHIGH單元 CLR A MOV R6,A MOV R7,#10HBP1: CLR C MOV A,R3 RLC A MOV R3,A MOV A, R2 RLC A MOV R2,A MOV A ,R6 ADDC A ,R6 DA A MOV R6 ,A MOV A ,R5 ADDC A ,R5 DA A MOV R5 ,A MOV A,R4 ADDC A,R4 SWAP A MOV R4,A DJNZ R7,BP1 MOV 30H,R6 MOV 31H,R5 MOV R0,#30H MOV R1

13、,#37H MOV R7,#02H BP2: MOV A,R0 ANL A,#0FH MOV R1,A INC R1 MOV A,R0 SWAP A ANL A,#0FH MOV R1,A INC R0 INC R1 DJNZ R7, BP2 LCALL DISP ;調(diào)用顯示子程序 RET5.4 4個74ls164做的顯示程序DISP: MOV 78H,20H MOV 77H,3AH MOV 76H,39H MOV 75H,38H MOV R0,#DISBUFDP12: MOV R2,#8 MOV A,R0 MOV DPTR,#TAB MOVC A,A+DPTRDP13: RLC A MOV

14、DIN,C CLR CLK SETB CLK DJNZ R2,DP13 INC R0 CJNE R0,#DISBUF+4,DP12 RETTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH ;段碼定義 DB 7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH DB 39H,5EH,79H,71H,00H,40H END6 課程設(shè)計體會 通過這次課程設(shè)計，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化之間的緊密聯(lián)系，該系統(tǒng)可以采集的發(fā)電廠運行數(shù)據(jù)包括電氣參數(shù)和非電氣參數(shù)兩類。在此次課程設(shè)計當中學到了很多東西，確實對自己專業(yè)的理論知識和實踐的結(jié)合有了很大的幫助，對我個人而言確實受益匪淺。 在這次課程設(shè)計里有很多不盡如人意的地方，但是這個設(shè)計是在我的能力范圍內(nèi)做的最好的設(shè)計成果。當然有些理念是參考了網(wǎng)上相應的資源，但是整個設(shè)計