用8051、ADC0809設計一個8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

用8051、ADC0809設計一個8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)《計算機控制技術(shù)》課程設計報告課題名稱運用8051、ADC0809設計一個8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專業(yè)電子信息工程班級學生姓名1學號指導教師2012年10月23日1.設計目的本設計包括確定控制任務、系統(tǒng)總體設計、硬件系統(tǒng)設計、軟件程序的設計等，使學生進一步學習理解計算機控制系統(tǒng)的組成原理、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。(1)掌握數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計方法。(2)結(jié)合8051設計一個8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2(設計內(nèi)容設計一由80C51控制的A/D數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，該卡具有對八個通道上0-5V的模擬電壓進行采集的能力，且可以用鍵盤選擇裝換通道，選擇ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換芯片。并在顯示器上動態(tài)顯示采集的數(shù)據(jù)。3(設計要求(1)根據(jù)題目要求的指標，通過查閱有關(guān)資料，確定系統(tǒng)設計方案，并設計其硬件電路圖。(2)畫出電路原理圖，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)軟件設計，給出流程圖。4.系統(tǒng)總體設計步驟第一步:信號調(diào)理電路第二步:8路模擬信號的產(chǎn)生與A/D轉(zhuǎn)換器2被測電壓要求為0~5V的直流電壓，可通過電位器調(diào)節(jié)產(chǎn)生?？紤]本設計的實際需要，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:人機通道的接口電路第五步:數(shù)據(jù)傳輸接口電路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，由于系統(tǒng)功能簡單，鍵盤僅由兩個開關(guān)和一個外部中斷組成，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)。經(jīng)過分析，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分核心采用ADC0809，單片機系統(tǒng)采用8051構(gòu)成的最小系統(tǒng)，用LED動態(tài)顯示采集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)一般由信號調(diào)理電路，多路開關(guān)，采樣保持電路，A/D，單片機，電平轉(zhuǎn)換接口，接收端(單片機、PC或其它設備)組成。本設計沒有通信部分。系統(tǒng)框圖如下圖所示。5.硬件系統(tǒng)的設計5.1信號調(diào)理信號調(diào)理的任務:將被測對象的輸出信號變換成計算機要求的輸入信號。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:緩慢變化的信號和直流信號，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)換所需時間的倒數(shù)，是一個很重要的指標。A/D轉(zhuǎn)換器型號不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常，8位逐次比較式ADC的轉(zhuǎn)換時間為100us左右。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器。5.3A/D轉(zhuǎn)換對于該八路通道輸入信號，八位A/D轉(zhuǎn)換器，其精度為,8,0.39%2輸入為0~5V時，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8位的逼近型的ADC部分，并提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設計提供了很大的方便。用它可直接將8個單端模擬信號輸入，分時進行A/D轉(zhuǎn)換，在多點巡回監(jiān)測、過程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛,所以本設計中選用該芯片作為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。及51單片機引腳圖如下:ADC0809的引腳圖ADC0809管腳圖及51單片機芯片管腳圖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。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。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/D轉(zhuǎn)換已完成。CLK:時鐘輸入信號，0809的時鐘頻率范圍在10,1200kHz，典型值為640kHz。5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。ADC0809的主要性能:?逐次比較型?CMOS工藝制造?單電源供電?無需零點和滿刻度調(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)換時間128us?轉(zhuǎn)換精度:?0.4%?ADC0809沒有內(nèi)部時鐘，必須由外部提供，其范圍為10~1280kHZ，典型的時鐘頻率為640kHZ。5.5ADC0809的接線圖此電路圖主要接線將八路輸入模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，為數(shù)據(jù)處理及監(jiān)控模塊提供輸入信號。65.6ADC0809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ADC0809內(nèi)部設有地址鎖存器，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。其對應關(guān)系如下表所示:7表5-6-1ADC0809輸入通道地址ADC0809與51單片機的接口方法:ADC0809與51單片機的接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時等待方式，本題中選用查詢接口方式。由于ADC0809無片內(nèi)時鐘，時鐘信號時可由單片機的ALE信號經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳的脈沖頻率是8051時鐘頻率的1/6.該題目中單片機時鐘地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7頻率采用6MHz，則ALE輸出的頻率是1MHz，二分頻后為500KHz，符合ADC0809對頻率的要求。由于ADC0809內(nèi)部沒有地址鎖存器，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?將P2.7作為片選信號，在啟動A/D轉(zhuǎn)換時。由單片機的寫信號和P2.7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。RD在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時，用單片機的讀信號和P2.7引腳經(jīng)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號用一打開三態(tài)輸出鎖存器。ADC0809與51單片機的接口電路如圖所示:85.7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。在繪制原理圖時沒有畫上電外部復位電路、內(nèi)部振蕩器方式電路。復位電路:采用上電外部復位電路上電外部復位電路內(nèi)部振蕩器方式5.8鍵盤與顯示電路由于8155接口芯片含有單片機應用系統(tǒng)拓展常用的資源，所以可以方便的利用8155構(gòu)成鍵盤和顯示接口電路。9上圖中6個顯示器采用共陰極的LED，段數(shù)據(jù)由8155的B口提供，位選信號由A口提供。鍵盤的列掃描也由A口提供。鍵盤的行由C口提供。PA0到PA5與6段數(shù)碼管的交叉點為18個按鍵。6.軟件程序設計系統(tǒng)的軟件的設計采用的是匯編語言，對單片機進行編程實現(xiàn)各種功能。10程序是在windowsxp環(huán)境下采用keil軟件編寫的，可以實現(xiàn)對八路數(shù)據(jù)的采集與處理，能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)、地址的顯示。6.1主程序流程圖及其程序:開始系統(tǒng)初始化調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序調(diào)用標度變換子程序取相應通道數(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;設置串口方式1控制字MOVTMOD,#21H;設置波特率為9600MOVTH1,#0FDHMOVTL1,#0FDH;給定時器賦初值SETBTR1;啟動定時器CLRP1.7;清空P1.7口SETBP1.6;置1P1.6MOVR0,#0FFH;在寄存器R0中寫入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.課程設計心得14通過這次課程設計，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。在此次課程設計當中學到了很多東西，特別是用protel軟件繪制原理圖，要求細心布置圖局并自己制作元器件80C51、74LS373、8155、ADC0809、D_With_CLK。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。本次課程設計是一個由80C51控制的A/D數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，這卡上對應有8個通道0到5V的模擬電壓采集的能力，要求用鍵盤選擇轉(zhuǎn)換通道。在以上的設計里，基本滿足了設計需求的要素。這次的課程設計主要應用的知識，有單片機控制系統(tǒng)的構(gòu)成，接口電路與應用程序，再一次鞏固了所學的理論知識。結(jié)合自己大學期間的實際積累的專業(yè)基礎(chǔ)知識和相關(guān)專業(yè)課程知識?？傮w來說這是一次，理論與實踐的結(jié)合，有助于我們應用專業(yè)的理論知識解決實際問題。在這次課程設計里有很多不盡如人意的地方，但是這個設計是