課程設(shè)計(jì)-多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1、課程設(shè)計(jì)(論文)資料袋 信息工程學(xué)院 系（院）課程設(shè)計(jì)(論文)題目 多路數(shù)據(jù)采集級顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì) 內(nèi)裝資料有：1.課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 ( )2.課程設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 ( )3.課程設(shè)計(jì)（論文） ( )4.成績評定及評語 ( )5.外文資料及原文復(fù)印件 ( )6. 程序及軟盤等 ( )7.工程圖紙 ( )班級 09電子信息工程學(xué)號2009100181姓名賴冰指導(dǎo)教師莫釗 多路數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)The Design Of Multi-channel Data Sampling and Display SystemBased On SCM總計(jì) 課程設(shè)計(jì)（論文） 22 頁 表 格 1 個插

2、圖 13 幅摘 要本文對于一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了初步的研究，該多路采集系統(tǒng)能對多路模擬信號進(jìn)行采集和處理。數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設(shè)計(jì)，以單片機(jī)AT80C51為核心，利用串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對十路信號的采集、存儲、顯示及與PC機(jī)通信等功能。軟件部分應(yīng)用C語言編寫控制軟件，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞： AT8051 TLC2543 C語言控制軟件 AD模數(shù)轉(zhuǎn)換AbstractThis paper a kind of way for data acquisition system on the primary

3、 research, this much road acquisition system for road simulation signal can be gathered and processing. Data collection and communication control using modular design, AT80C51 with the single chip processor as the core, and using the serial A/D conversion module TLC2543 for conversion module, and to

4、 realize the 8 signal collection, storage, display and with A PC communications, and other functions. Some applications software written in C language control software, for data acquisition systems, modulus conversion system, data display, data communication and other procedures to carry on the desi

5、gn. Key Words: AT80C51 TLC2543 C language A/D conversion module目 錄摘要IABSTRACTII第一章 引言11.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.1.1研究背景及其目的意義11.1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展 11.2課題內(nèi)容1第二章 數(shù)據(jù)采集 22.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 22.2A/D相關(guān)知識22.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22.4硬件選擇 22.4.1 單片機(jī)89C5122.4.2 TLC2543引腳功能22.4.3 LED顯示電路 22.4.4鍵盤掃描 3第三章 軟硬件設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試說明 63.1 軟件設(shè)計(jì)與說明 63.2 硬件調(diào)試 63.2 硬件顯示說明7第四

6、章 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 7參考文獻(xiàn) 8附錄1：C語言程 8附錄2：硬件圖 10第一章 引言1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其意義1.1.1研究背景及其目的意義在科學(xué)研究中，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲得大量的動態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成只是的重要手段之一。無論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，對通信起到了巨大的推動作用。計(jì)算機(jī)和通信緊密結(jié)合構(gòu)成了靈活多樣的通信控制系統(tǒng)，也可以構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集，從嚴(yán)格的意義上來說，應(yīng)該是計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動檢測或巡回檢測，并能夠是要對數(shù)據(jù)的存儲、處理、分析計(jì)算以及從檢測的數(shù)據(jù)中提取有用的信息，供顯示、打

7、印、繪圖等。1.1.2國內(nèi)外研究進(jìn)展在國內(nèi)主要有：福建新大陸NEWLAND、深圳同采TONCY、臺灣UNITECH等等。國外的話主要是歐美：得邏輯、MOTO、Intermec、datalogic、honeywell等等。日韓：CASIO、DENSO、M3、bluebird等等。歐美品牌的品質(zhì)不錯，但是價格過高。日韓品牌外觀不錯，品質(zhì)一般，價格也高。國內(nèi)品牌后勁很足，性價比很高，售后服務(wù)更好更及時，國外品牌在國內(nèi)的市場份額越來越小，價格也越來越低。1.2 課題內(nèi)容要求運(yùn)用51系列單片機(jī)及相關(guān)外圍器件制作一多路數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)，具體要求為： 要求：1、采用51系列單片機(jī)作控制CPU； 2、能對3

8、路輸入的直流電壓進(jìn)行測量，輸入電壓05V； 3、測量的電壓值由3位數(shù)碼管顯示，其中一位顯示通道，兩外兩位顯示測量的電壓值，顯示精度0.1V； 4. 采用按鍵切換測量路徑； 5、完成實(shí)物制作或proteus仿真實(shí)現(xiàn)第二章 數(shù)據(jù)采集2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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，采樣和信號檢測等工作。數(shù)據(jù)存儲與管理要用存儲器把采集到的信息存儲起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行管理與調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的信息中刪除有關(guān)干擾，與無關(guān)信息。對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析便于檢索。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问捷敵雠c顯示。2

9、.2A/D相關(guān)知識按基本原理及特點(diǎn)可分為：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。主要的技術(shù)指標(biāo)：分辯率，轉(zhuǎn)換速率，量化誤差，偏移誤差，滿刻度誤，差線性度等電壓頻率轉(zhuǎn)換法 A/D轉(zhuǎn)換四步驟：采樣、保持、量化、編碼。2.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路主要以單片機(jī)AT80C51為核心，利用串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對十路信號的采集、存儲、顯示及與PC機(jī)通信等功能。主要結(jié)構(gòu)如圖所示圖一2.4硬件選擇89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲器可以

10、反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，2.4.1 單片機(jī)89C51 圖二2.4.2 TLC2543引腳功能說明如下：AIN0AIN10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。CS：片選端，CS由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計(jì)數(shù)器，并控制和使能DATA OUT、DATA INPUT和I/O CLOCK。CS由低到高的變化將在一個設(shè)置時間內(nèi)禁止DATA INPUT和I/O CLOCK。DATA INPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以MSB為前

11、導(dǎo)并在I/O CLOCK的前4個上升沿移入4位地址，用來選擇下一個要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號或測試電壓，之后I/O CLOCK將余下的幾位依次輸入。 DATA OUT：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在CS為高時，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng)CS為低時，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB值置成相應(yīng)的邏輯電平；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/O CLOCK下降沿之后，EOC由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備傳輸； VCC、GND：電源正端、地； REF、REF：正、負(fù)基準(zhǔn)電壓端。通常REF接VCC，REF接GND。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差； I/O CLOCK：時鐘輸入/輸出端。 TLC2543每次

12、轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用16個時鐘周期，且在每次傳送周期之間插入CS的時序。在TLC2543的CS變低時開始轉(zhuǎn)換和傳送過程，I/O CLOCK的前8個上升沿將8個輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余11位移出DATA OUT端，在I/O CLOCK下降沿時數(shù)據(jù)變化。當(dāng)CS為高時， I/O CLOCK和DATA INPUT被禁止，DATA OUT為高阻態(tài)。圖三2.4.3 LED顯示電路LED顯示器集微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動態(tài)范圍廣、亮度高、清晰度高、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊、色彩艷麗和工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為最具優(yōu)勢的新一代顯示媒體。過

13、發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)。可構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)。由這些發(fā)光段或發(fā)光點(diǎn)可以組成數(shù)碼管、符號管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器?；镜陌雽?dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片按圖12排列而成的?？蓪?shí)現(xiàn)09的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等圖四2.4.4 鍵盤掃描使用單片機(jī)P1口直接輸入時的連接圖，每個按鍵獨(dú)占一條I/O口線，鍵盤的另一端接地。無鍵按下時，單片機(jī)的輸入口線狀態(tài)為高電平；當(dāng)某鍵按下時，該鍵對應(yīng)單片機(jī)的輸入口變?yōu)榈碗娖?/p>

14、，即可判定按鍵的位置。圖五第三章 軟硬件設(shè)計(jì)與硬件調(diào)試說明3.1 軟件設(shè)計(jì)與說明多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有采集、存儲、顯示等功能。本設(shè)計(jì)應(yīng)用TLC2543作為采集系器，并把采集到的電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。送到單片機(jī)AT8051進(jìn)行處理，可完成顯示。以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采集一個通道的TLC2543 A/D轉(zhuǎn)換程序，值得注意的是，每次讀取的數(shù)據(jù)是上一次采樣的數(shù)據(jù)，所以第一次讀得數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)丟棄。另外，程序是采用C語言編寫。圖六3.2 硬件調(diào)試 圖七：硬件調(diào)試圖組硬件調(diào)試數(shù)據(jù)對照表一：采集通道號012 3 4 5 67 8 9實(shí)際值（V） 51.7494.352.53.053.54 4.7 3.81.25 2.05

15、顯示值（V）4.91.74.32.43.03.54.63.71.22.03.3 硬件顯示說明本課程設(shè)計(jì)對題目進(jìn)行了擴(kuò)展：由3路擴(kuò)展到10路。而且設(shè)定上電后通過0通道采集電源電壓顯示電源電壓是否正常（即是否電壓不足），而其余9個通道才是對所要采集的對象進(jìn)行采集。第四章 課程設(shè)計(jì)總結(jié)在這次設(shè)計(jì)過程中，我通過對題目所要求的目的，功能進(jìn)行分析，確定了所要用到的硬件及設(shè)計(jì)的大致思路，之后，通過查找相關(guān)資料，對具體功能逐一分模塊進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過C語言進(jìn)行編寫，最終實(shí)現(xiàn)了串行A / D轉(zhuǎn)換器多路數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)作品符合課程要求，而且在原課程要的基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，成為一個可以運(yùn)用到實(shí)際的作品。而

16、且從數(shù)據(jù)可以看出本課程設(shè)計(jì)的采集顯示系統(tǒng)由于A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)的限制存在一定的量化誤差。參考文獻(xiàn)1、李建忠，單片機(jī)原理及應(yīng)用，西安電子科技大學(xué)出版社，2002 2、何立民，MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)， 北京航空航天大學(xué)出版社，2001 3、張俊謨，單片機(jī)中級教程原理與應(yīng)用，北京，北京航空航天大學(xué) 出版社，2000.6 4、潘永雄，新編單片機(jī)原理與應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.20035 宋家友.集成電子線路設(shè)計(jì)手冊M.福建科技出版社出版，2000.6 張友德等編 .單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社出版，2007.7、吳建國. ADC0809AD轉(zhuǎn)換

17、芯片的原理及應(yīng)用. 電子制作. 2007/02 8、元增民; AT89S51單片機(jī)與ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的三種典型連接，長沙大學(xué)學(xué)報(bào)，2005/05 附錄1：C語言程#include /對P1口定義sbit d1=P16; sbit key1=P17;sbit cs=P12;sbit clk=P13;sbit din=P11;sbit dout=P10;/#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar a,x,y,z,date,temp;uchar conword,qian=1,shi,ge,key; uint diany

18、a,temp1;/制做LED顯示查詢表uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共陰極個位數(shù)碼管段碼表uchar code table2=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /共陰極十位和小數(shù)數(shù)碼管點(diǎn)顯示表uchar code table3=0x04,0x14,0x24,0x34,0x44,0x54,0x64,0x74,0x84,0x94,0xA4;/tcl2543初始化通道號表bit cy;sbit bit7=B7;void dis

19、play(qian,shi,ge);/宏定義void delay(z);void jp();void daout();/主函數(shù)void main() a=0;key=0;while(1)daout();/初始化調(diào)用jp();/鍵盤掃描子程序調(diào)用display(qian,shi,ge);/顯示調(diào)用/鍵盤掃描子程序，九通道切換void jp()/a=1;if(key1=0)/去除按鍵抖動delay(20);if(key1=0) /通道增 通過按鍵來選擇通道可選范圍為0-9a+;if(a=10)a=0;key+;if(key=10)key=0;while(!key1);if(d1=0)delay(20);if(d1=0)/ 通過按鍵來實(shí)現(xiàn)對通道號逆選，即通道遞減a-;if(a=-1)a=9;key-;if(key=-1)key=9;while(!d1); qian=a;/延時