數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告課件

1、數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要以AT89C51單片機(jī)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器件ADC0809為核心，該系統(tǒng)有三部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、終端接收顯示。具體包括控制、顯示、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)碼顯示模塊等。設(shè)計(jì)中用ADC0809進(jìn)行8位數(shù)據(jù)的采集，利用AT89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收并保存對(duì)應(yīng)的內(nèi)存單元，進(jìn)而把數(shù)據(jù)以數(shù)碼管的形式顯示出來(lái)。硬件設(shè)計(jì)采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具Protel 99SE以及用Proteus進(jìn)行硬件仿真等。軟件設(shè)計(jì)則采用模塊化編程方式。關(guān)鍵字： AT89C51 AD轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采集一、設(shè)計(jì)的要求1.1計(jì)算機(jī)的發(fā)展與數(shù)據(jù)采集近代以來(lái)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展數(shù)據(jù)計(jì)算技術(shù)有了很大的提高，使得高速數(shù)據(jù)處理成為可能，計(jì)算

2、機(jī)和各種設(shè)備緊密結(jié)合構(gòu)成了靈活多樣的控制系統(tǒng)，也構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng)，這樣對(duì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。作為控制系統(tǒng)的最前端,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán),在醫(yī)藥、化工、食品、等領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中，往往需要隨時(shí)檢測(cè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。同時(shí)，還要對(duì)某一檢測(cè)點(diǎn)任意參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查尋，將其在某一時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換提取出來(lái)，以便進(jìn)行比較，做出決策，調(diào)整控制方案，提高產(chǎn)品的合格率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從嚴(yán)格的意義上來(lái)說(shuō)，是用計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)或巡回檢測(cè)，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)行存

3、儲(chǔ)、處理、分析計(jì)算以及從檢測(cè)的數(shù)據(jù)中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(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(chǔ)與管理，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)輸出及顯示這五個(gè)部分組成。輸入通道要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)，采樣和信號(hào)轉(zhuǎn)換等工作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理要用存儲(chǔ)器把采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并進(jìn)行管理和調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除有關(guān)干擾噪聲，無(wú)關(guān)信息和必要的信息，提取出反映被測(cè)對(duì)象特征的重要信息。另外，就是對(duì)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(lái)物理量的形式，以可輸出的形態(tài)在輸出設(shè)備上輸出，例如打印、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

4、。1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究前景工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路數(shù)據(jù)采集勢(shì)必將得到越來(lái)越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢(shì)，做這方面的研究就顯得十分重要。在科學(xué)研究中，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成知識(shí)的重要手段之一。總之,，不論在哪個(gè)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。在本設(shè)計(jì)中對(duì)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作了基礎(chǔ)的研究，系統(tǒng)主要解決的問(wèn)題是如何進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及如何進(jìn)行多路的數(shù)據(jù)采集，并將所得數(shù)據(jù)保存到指定的存儲(chǔ)單元。設(shè)計(jì)對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)的上傳等問(wèn)題亦有所涉及。二、任務(wù)分析與方案確定2.1系統(tǒng)的模塊法劃分根據(jù)系統(tǒng)的基本要求，將本系統(tǒng)劃分為以下幾個(gè)模塊：l 信號(hào)采集、

5、調(diào)理模塊l A/D轉(zhuǎn)換模塊l 單片機(jī)89C51最小系統(tǒng)模塊l 人機(jī)通信模塊l 數(shù)據(jù)傳輸顯示模塊2.2系統(tǒng)方框圖鍵盤輸入AT89C51信息采集/調(diào)理ADC0809數(shù)碼顯示圖2-12.3信息采集調(diào)理模塊工業(yè)信號(hào)幅值范圍很寬，由于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓幅值被限制為05V，故在此處必要時(shí)需對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以便使工業(yè)信號(hào)滿足處理器的幅值要求。在多路數(shù)據(jù)采集信息中數(shù)據(jù)采集方式有順序控制數(shù)據(jù)采集和程序控制數(shù)據(jù)采集。2.3.1順序控制數(shù)據(jù)采集順序控制數(shù)據(jù)采集，顧名思義，它是對(duì)各路被采集參數(shù),按時(shí)間順序依次輪流采樣。原理如圖2-2所示，系統(tǒng)的性能完全由硬件設(shè)備決定。在每次的采集過(guò)程中,所采集參數(shù)的數(shù)目、采樣

6、點(diǎn)數(shù)、采樣速率、采樣精度都固定不變。若要改變這些指標(biāo)，需改變接線或更換設(shè)備方能實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集時(shí)，控制多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的信號(hào)來(lái)自脈沖分配器，在時(shí)鐘脈沖的推動(dòng)下，這些控制信號(hào)不斷循環(huán)，使多路轉(zhuǎn)換開關(guān)以先后順序循環(huán)啟閉。采樣/保持放大器多路轉(zhuǎn)換開關(guān)A/D轉(zhuǎn)換計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘譯碼器采樣/保持放大器圖2-22.3.2程序控制數(shù)據(jù)采集程序控制的數(shù)據(jù)采集是由硬件與軟件兩部分組成。可以根據(jù)不同的需求，通過(guò)按鍵選擇的方式進(jìn)行控制通道的選擇。如圖2-3 所示。程序控制數(shù)據(jù)采集的采樣通道地址可隨意選擇,控制ADC0809的8路模擬選通開關(guān)開啟的通道地址碼由存儲(chǔ)器中讀出的指令確定。即改變存儲(chǔ)器中的指令內(nèi)容便可改變通道地址。由

7、于順序控制數(shù)據(jù)采集的方式缺乏通用性和靈活性，即本次設(shè)計(jì)將采用程序控制數(shù)據(jù)采集的方式。當(dāng)采集高速信號(hào)時(shí)，A/D 轉(zhuǎn)換器前端還需加采樣/保持(S/H)電路。待測(cè)量一般不能直接被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通常要進(jìn)行放大、特性補(bǔ)償、濾波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理。被測(cè)信號(hào)往往因?yàn)榉递^小，而且可能還含有多余的高頻分量等原因，不能直接送給A/D轉(zhuǎn)換器，需對(duì)其進(jìn)行必要的處理,即信號(hào)調(diào)理。如對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、衰減、濾波等。在本次設(shè)計(jì)中為了盡量減小采集數(shù)據(jù)的誤差，采用了將被測(cè)信號(hào)放大至接近A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程。即在A/D轉(zhuǎn)換之前接入放大器電路來(lái)滿足設(shè)計(jì)的需求。A/D轉(zhuǎn)換器采樣/保持放大器采樣/保持放大器3位地址碼圖2-32.4 A/D

8、轉(zhuǎn)換模塊2.4.1A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間的選擇轉(zhuǎn)換速率是指完成一次A/D 轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。8 位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us 左右，典型的多通道8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0808/0809(8通道)、ADC0816（16通道）等。12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為25us。，典型的多通道12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器有AD574、AD1674、ADC1211等。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許，可選8 位逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器。2.4.2A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定信號(hào)采集的精度和分辨率。本系統(tǒng)所用

9、的A/D轉(zhuǎn)換器為ADC0809，即為8位的A/D轉(zhuǎn)換器，所采集的信號(hào)精度為：2-8=0.39%當(dāng)輸入為05V時(shí)，其分辨率為：VFs2N-1=528-1=0.0196VVFsA/D 轉(zhuǎn)換器的滿量量程N(yùn) ADC的二進(jìn)制位數(shù)量化誤差為：Q=VFs2N -12=528-12=0.0098VADC0809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(gè)8位的逼近型的ADC部分并提供一個(gè)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(shè)計(jì)提供了很大的方便。用它可直接將8個(gè)單端模擬信號(hào)輸入，分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛。 2.5單片機(jī)89C51最小系統(tǒng)模塊2.5.1 A

10、T89C51 89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）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(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)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(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。2.5.2CPU的運(yùn)算器和控制

11、器的組成1、運(yùn)算器 運(yùn)算器以完成二進(jìn)制的算術(shù)、邏輯運(yùn)算部件AUL為核心，再加上暫存器TMP、累加器ACC、寄存器B、程序狀態(tài)標(biāo)志寄存器PSW及布爾處理器。累加器ACC 是一個(gè)八位寄存器，它是CPU 中工作最頻繁的寄存器。在進(jìn)行算術(shù)、邏輯運(yùn)算時(shí)，累加器ACC往往在運(yùn)算前暫存一個(gè)操作數(shù)(如被加數(shù))，而運(yùn)算后又保存其結(jié)果(如代數(shù)和)。寄存器B主要用于乘法和除法操作。標(biāo)志寄存器PSW也是一個(gè)八位寄存器，用來(lái)存放運(yùn)算結(jié)果的一些特征,如有無(wú)進(jìn)位、借位等。其每位的具體含意如下所示:CYACF0RS1RS0OV-P其中系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中我們最為關(guān)注:(1) CY(PSW.7)：進(jìn)/借位標(biāo)志位，CY也常寫作C。在執(zhí)

12、行加法（或減法）運(yùn)算指令時(shí)，如果運(yùn)算中最高位向前有進(jìn)位（或借位），則CY位由硬件自動(dòng)置1；否則CY清0。CY也是進(jìn)行位操作時(shí)的位累加器 (2)AC（PSW.6）：輔助進(jìn)/借位標(biāo)志，也稱半進(jìn)位標(biāo)志。在執(zhí)行加法（或減法）操作時(shí)，如果運(yùn)算中（和或差）的低半字節(jié)（位3）向高半字節(jié)有進(jìn)位（或借位），則AC位將被硬件置1，否則AC被清0。(3) OV（PSW.2）：溢出標(biāo)志位，反映帶符號(hào)數(shù)的運(yùn)算結(jié)果是否有溢出，有溢出時(shí),此位1，否則為0。(4)P（PSW.0）：奇偶標(biāo)志位，反映累加器ACC 內(nèi)容的奇偶性，如果ACC 中的運(yùn)算結(jié)果有偶數(shù)個(gè)1（如11001111B,其中有6 個(gè)1），則P 為0，否則，P=1。

13、由于PSW 存放程序執(zhí)行中的狀態(tài)，故又叫程序狀態(tài)字。運(yùn)算器中還有一個(gè)按位（bit）進(jìn)行邏輯運(yùn)算的邏輯處理機(jī)(又稱布爾處理機(jī))。2、控制器是CPU 的神經(jīng)中樞，它包括定時(shí)控制邏輯電路、指令寄存器、譯碼器、地址指針DPTR 及程序計(jì)數(shù)器PC、堆棧指針SP 等。這里程序計(jì)數(shù)器PC 是由16 位寄存器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器。要單片機(jī)執(zhí)行一個(gè)程序，就必須把該程序按順序預(yù)先裝入存儲(chǔ)器ROM 的某個(gè)區(qū)域。單片機(jī)動(dòng)作時(shí)應(yīng)按順序一條條取出指令來(lái)加以執(zhí)行。因此，必須有一個(gè)電路能找出指令所在的單元地址,該電路就是程序計(jì)數(shù)器PC。當(dāng)單片機(jī)開始執(zhí)行程序時(shí),給PC 裝入第一條指令所在地址，它每取出一條指令（如為多字節(jié)指令,則每取出

14、一個(gè)指令字節(jié)），PC 的內(nèi)容就自動(dòng)加1，以指向下一條指令的地址,使指令能順序執(zhí)行。只有當(dāng)程序遇到轉(zhuǎn)移指令、子程序調(diào)用指令或遇到中斷時(shí)，PC 才轉(zhuǎn)到所需要的地方去。8051CPU 指定的地址,從ROM 相應(yīng)單元中取出指令字節(jié)放在指令寄存器中寄存。然后，指令寄存器中的指令代碼被譯碼器譯成各種形式的控制信號(hào)，這些信號(hào)與單片機(jī)時(shí)鐘振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖在定時(shí)與控制電路中相結(jié)合，形成按一定時(shí)間節(jié)拍變化的電平和時(shí)鐘，即所謂控制信息，在CPU 內(nèi)部協(xié)調(diào)寄存器之間的數(shù)據(jù)傳輸、運(yùn)算等操作。3、存儲(chǔ)器是單片機(jī)的又一個(gè)重要組成部分，每個(gè)存儲(chǔ)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)地址,如256 個(gè)單元共有256 個(gè)地址，用兩位16 進(jìn)制數(shù)表示,

15、即存儲(chǔ)器的地址(00HFFH)。存儲(chǔ)器中每個(gè)存儲(chǔ)單元可存放一個(gè)八位二進(jìn)制信息,通常用兩位16 進(jìn)制數(shù)來(lái)表示，這就是存儲(chǔ)器的內(nèi)容。2.6人機(jī)通信模塊人機(jī)通信即指人通過(guò)輸入裝置給計(jì)算機(jī)輸入各種數(shù)據(jù)和命令，以進(jìn)行操縱和控制，而計(jì)算機(jī)則執(zhí)行命令和將數(shù)據(jù)處理的結(jié)果及時(shí)地顯示出來(lái)的人機(jī)交互過(guò)程。在本次設(shè)計(jì)中用鍵盤來(lái)進(jìn)行輸入，鍵盤的設(shè)計(jì)有獨(dú)立按鍵和矩陣按鍵兩種。2.6.1鍵盤接口鍵盤是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最廣泛的一種數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。鍵盤是一組按鍵的組合。鍵通常是一種常開型按鈕開關(guān)，常態(tài)下鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，按下鍵時(shí)它們才閉合（短路）。通常，鍵盤有編碼和非編碼兩種。編碼鍵盤通過(guò)硬件電路產(chǎn)生被按按鍵的鍵碼和

16、一個(gè)選通脈沖。選通脈沖可作為CPU的中斷請(qǐng)求信號(hào)。這種鍵盤使用方便，所需程序簡(jiǎn)單，但硬件電路復(fù)雜，常不被單片機(jī)采用。非編碼鍵盤按組成結(jié)構(gòu)又可分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨(dú)立式鍵盤的工作過(guò)程與矩陣式鍵盤類似，無(wú)論是硬件結(jié)構(gòu)還是軟件設(shè)計(jì)都比較簡(jiǎn)單。圖2-4 獨(dú)立鍵盤特點(diǎn)：每個(gè)按鍵占用一條I/O線，當(dāng)按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口利用率不高，但程序編制簡(jiǎn)單。適用于所需按鍵較少的場(chǎng)合。圖2-5 44矩陣鍵盤特點(diǎn)：電路連接復(fù)雜，但提高了I/O口利用率，軟件編程較復(fù)雜。適用于需使用大量按鍵的場(chǎng)合。在本次系統(tǒng)設(shè)計(jì)中用到的按鍵不多，所以采用的獨(dú)立式鍵盤。2.7數(shù)據(jù)傳輸顯示模塊2.7.1數(shù)碼管的介紹數(shù)碼管也稱LED數(shù)

17、碼管，晶美、光電、不同行業(yè)人士對(duì)數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)級(jí)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)級(jí)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰級(jí)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(CO

18、M)的數(shù)碼管，共陰級(jí)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差

19、異外，編程方法也是不同的。圖2-6是共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。 圖2-6 （a）數(shù)碼管內(nèi)部電路 （b）共陰極接法 （c）共陽(yáng)級(jí)接法2.7.2數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。（1）、靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如

20、驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89C51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。（2）動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示

21、出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。 本系統(tǒng)的顯示模塊采用八段數(shù)碼管進(jìn)行顯示，驅(qū)動(dòng)電路采用動(dòng)態(tài)顯示。三、硬件設(shè)計(jì)3.1信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)3.1.1傳感器的安裝信號(hào)調(diào)理電路主要涉及在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)安裝傳感器。主要為模擬傳感器件。如在溫度采集系統(tǒng)中需

22、要在待測(cè)點(diǎn)安裝溫度傳感器以及在測(cè)重系統(tǒng)中安裝壓力傳感器等。常用的傳感器有濕度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、煙霧及有毒氣體傳感器等。3.1.2放大、衰減、濾波等預(yù)處理電路設(shè)計(jì)待測(cè)量一般不能直接被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通常要進(jìn)行放大、特性補(bǔ)償、濾波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理。被測(cè)信號(hào)往往因?yàn)榉递^小，而且可能還含有多余的高頻分量等原因，不能直接送給A/D 轉(zhuǎn)換器，需對(duì)其進(jìn)行必要的處理，即信號(hào)調(diào)理。如對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、衰減、濾波等。常用方法是添加小信號(hào)放大電路進(jìn)行放大，然后對(duì)其幅值做衰減，最后再通過(guò)帶通濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)低頻或者過(guò)高頻的抑制。3.2數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)把連續(xù)變化量變成離散量的過(guò)程稱為量化，也可理解為信號(hào)的采樣。

23、把以一定時(shí)間間隔T 逐點(diǎn)采集連續(xù)的模擬信號(hào)，并保持一個(gè)時(shí)間周期，使被采集的信號(hào)變成時(shí)間上離散、幅值等于采樣時(shí)刻該信號(hào)瞬時(shí)值的一組方波序列信號(hào)，即采樣信號(hào)3.2.1A/D轉(zhuǎn)換的步驟A/D轉(zhuǎn)換步驟為：采樣、保持、量化和編碼。1、 采用與保持采樣定理：fs2fimax式中fS為取樣頻率，fimax為輸入信號(hào)VI的最高頻率分量的頻率。圖3-1 采樣與保持波形示意圖由于A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓在一段時(shí)間內(nèi)不變，直到下一次采樣的開始。實(shí)際中采樣-保持是做成一個(gè)電路。圖3-2 采樣與保持電路如上圖3-2所示，采樣保持電路（a）取樣保持電路原理圖（b）輸出波形圖 2、量

24、化與編碼 如同用天平稱物體質(zhì)量，一般把上述采樣保持后的值以某個(gè)“最小數(shù)量單位”的整數(shù)倍來(lái)表示，這一過(guò)程稱為量化。規(guī)定的最小數(shù)量單位稱為量化單位或量化間隔，用“” 表示。 量化的方法一般有兩種：四舍五入法和舍去小數(shù)法。 （1）四舍五入法：把/2的電壓作為“0”處理，把/2而3/2的電壓作為“1”處理； （2）舍去小數(shù)法：把的電壓作為“0”處理，把而2的電壓作為“1”處理。把上述量化結(jié)果用代碼表示，稱為編碼。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)用ADC0809芯片來(lái)完成。3.2.2ADC0809內(nèi)部功能與引腳功能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

25、微處理器兼容的控制邏輯。8 路轉(zhuǎn)換開關(guān)能直接連通8 個(gè)單端模擬信號(hào)中的任何一個(gè)。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖1、ADC0809 主要性能l 逐次比較型l CMOS 工藝制造l 單電源供電l 無(wú)需零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整l 具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與TTL 兼容l 易與各種微機(jī)控制器接口l 具有鎖存控制的8 路模擬開關(guān)l 分辨率:8 位l 功耗:15mWl 最大不可調(diào)誤差小于1LSB（最低有效位）l 轉(zhuǎn)換時(shí)間(500 fCLK =500KHz )128usl 轉(zhuǎn)換精度: 0.4% l ADC0809 沒(méi)有內(nèi)部時(shí)鐘，必須由外部提供，其范圍為101280kHz。典型時(shí)鐘頻

26、率為640kHz。2、 引腳排列與各引腳的功能（a）引腳排列如圖3-4所示。圖3-4 ADC0809引腳圖（b）各引腳的功能如下：IN0IN7：8 個(gè)通道的模擬量輸入端?？奢斎?5V 待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。D0D7：8 位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，D7 是最高位,D0 是最低位。A、B、C：通道選擇端。當(dāng)CBA=000 時(shí),IN0 輸入；當(dāng)CBA=111 時(shí),IN7 輸入。ALE：地址鎖存信號(hào)輸入端。該信號(hào)在上升沿處把A、B、C 的狀態(tài)鎖存到內(nèi)部的多路開關(guān)的地址鎖存器中，從而選通8 路模擬信號(hào)中的某一路。START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端。從START端輸入一個(gè)正脈沖，其下降沿啟動(dòng)ADC0809開始轉(zhuǎn)

27、換。脈沖寬度應(yīng)不小于100200ns。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)它自動(dòng)變?yōu)榈碗娖?。CLK：時(shí)鐘輸入端。ADC0809 的典型時(shí)鐘頻率為640kHz,轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100s。REF(-)、REF(+)：參考電壓輸入端。ADC0809 的參考電壓為+5V。VCC、GND：供電電源端。ADC0809使用+5V單一電源供電。（c）工作過(guò)程為：當(dāng)ALE 為高電平時(shí)，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(shí)，所有的內(nèi)部寄存器清零,在下降沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,此期間START應(yīng)保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，EOC為

28、低電平時(shí)，表示正在轉(zhuǎn)換，為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為低電平時(shí)，D0D7為高阻狀態(tài)，OE為高電平時(shí)，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。通道的選擇如下圖3-5所示：地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7圖3-5 ADC0809通道選擇地址碼3.3AT89C51與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809的接口電路設(shè)計(jì)3.3.1 AT89C51芯片1、引腳圖圖3-6 AT89C51引腳圖2、管腳說(shuō)明VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每個(gè)腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。

29、P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入

30、時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

31、I/O 口管腳備選功能P3.0 /RXD串行輸入口P3.1 /TXD串行輸出口P3.2 /INT0外部中斷0P3.3/ INT1外部中斷1P3.4 /T0定時(shí)器0外部輸入P3.5/ T1定時(shí)器1外部輸入P3.6 /WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通P3.7/ RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通圖3-7 P3口的第二功能圖RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指令期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低