數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計

1、電氣工程學(xué)院課程設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計數(shù)據(jù)采集電路的設(shè)計學(xué) 生 姓 名 韓章強(qiáng) 學(xué) 號 2013411107 學(xué) 院 電氣工程學(xué)院 指 導(dǎo) 老 師 雷繼海 專 業(yè) 測控技術(shù)與儀器 答 辯 日 期 1測控電路課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計目的根據(jù)常用的電子技術(shù)知識，以及可獲得技術(shù)書籍與電子文檔，初步形成電子設(shè)計過程中收集、閱讀及應(yīng)用技術(shù)資料的能力；熟悉電子系統(tǒng)設(shè)計的一般流程；掌握分析電路原理及對主要技術(shù)性能進(jìn)行測試的常見方法；使學(xué)生學(xué)會使用電路仿真分析軟件（Multisim）在計算機(jī)上進(jìn)行電路設(shè)計與分析的方法。二、任務(wù)與要求設(shè)計一個數(shù)據(jù)采集電路，滿足以下條件：1.結(jié)合單片機(jī)的課程，選用 ADC0808A

2、/D 轉(zhuǎn)換器，采集輸入實時電壓，用四位的共陰數(shù)碼管顯示，并設(shè)計完整電路以及程序，仿真調(diào)試。2.設(shè)計的精度為小數(shù)點后兩位，輸入電壓的范圍是 0-5v,要求電路圖簡單合理。三、進(jìn)程安排1布置任務(wù)、查閱資料，方案設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，查閱參考資料，進(jìn)行方案設(shè)計及可行性論證，確定設(shè)計方案，2上機(jī)在Multisim境下按要求進(jìn)行設(shè)計。 3總結(jié)報告 四、所需調(diào)試工具Keil 和 Multisim 軟件。 2目 錄測控電路課程設(shè)計任務(wù)書.- 1 -1 課程設(shè)計要求.- 4 -2 89C51 單片機(jī)簡介 .- 4 -2.1 ADC0808 轉(zhuǎn)換器簡介 .- 4 -2.2 引腳功能 .- 5 -2.3A/轉(zhuǎn)換原理.

3、- 6 -3 時鐘電路.- 6 -3.1 復(fù)位電路.- 6 -3.2 LED 顯示電路.- 7 -4 仿真設(shè)計圖.- 7 -5 仿真心得.- 8 -6 程序.- 8 -6.1 程序調(diào)試.- 11 -參考文獻(xiàn).- 12 -致謝.- 12 -3摘要: 數(shù)據(jù)采集與顯示系統(tǒng)是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個接口。然后利用處理器處理，最后在顯示出來。數(shù)據(jù)采集與顯示技術(shù)廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域。被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號的各種物理量，如電壓、溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時值，也可是某段時間內(nèi)的一個特征值。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)測量是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。不論哪

4、種方法和元件，均以不影響被測對象狀態(tài)和測量環(huán)境為前提，以保證數(shù)據(jù)的正確性。數(shù)據(jù)采集含義很廣，包括對面狀連續(xù)物理量的采集。在計算機(jī)輔助制圖、測圖、設(shè)計中，對圖形或圖像數(shù)字化過程也可稱為數(shù)據(jù)采集，此時被采集的是幾何量（或包括物理量，如灰度）數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞 ；數(shù)據(jù)采集； 電路； 信號； Abstract Data acquisition and display system is the use of a device, collect data from outside the system and input to the internal system of an interface. Then

5、 the processor, finally came up on the screen. Data acquisition and display technology is widely used in various fields.Data is being collected has various physical quantities, are converted to electrical signals such as voltage, temperature, water level, wind pressure, etc., can be analog, also can

6、 be the digital quantity. Most of the data collected is instantaneous, but also a feature within a certain period of time value of accurate data measurement is. The basis for data collection. No matter what kind of methods and components are not affected the measured object and measuring environment

7、 is the premise to ensure the accuracy of the data. Data acquisition is a very broad meaning, including planar continuous physical collection. In computer aided drawing, mapping, design, digital graphics or image the process is called data acquisition, the acquisition is the geometric volume (includ

8、ing the physical quantities, such as the gray data).Keywords : Data acquisition; Circuit; Signal; 41 課程設(shè)計要求結(jié)合單片機(jī)的課程，選擇一款 A/D 轉(zhuǎn)換器，采集輸入實時電壓并顯示，并設(shè)計完整電路以及程序，仿真調(diào)試。 2 89C51 單片機(jī)簡介AT89C51 是一個低功耗，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫 1000 次的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造

9、，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS-51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，AT89C51 在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。51 單片機(jī)內(nèi)包含以下幾個部件：1)8 位微處理器（CPU） 。2)數(shù)據(jù)存儲器（128B RAM） 。3)程序存儲器（ROM/EPROM） 。4)4 個 8 位可編程并行 I/O 口（P0 口，P1 口，P2 口，P3 口） 。5)1 個全雙工的異步串行口。6)2 個 16 定時器/計數(shù)器。7)中斷系統(tǒng)。8)特殊功能寄存器（SFR） 。2.1 ADC0808 轉(zhuǎn)換器簡介ADC0808 是采樣分辨率為 8 位的、以

10、逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個 8 通道多路開關(guān)，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(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。 5圖 2-1 ADC0808 引腳圖2.2 引腳功能ADC0808 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝。各引腳功能如下：15 和 2628（IN0IN7）：8 路模擬量輸入端。8、14、15 和 1721：8 位數(shù)字量輸出端。22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。6（START）： A/D 轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少 100ns 寬）使其啟動（脈沖上升沿使 0809 復(fù)位，下降沿啟動 A/D 轉(zhuǎn)換） 。7（

11、EOC）： A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A/D 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） 。9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A/D 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。10（CLK）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于 640KHZ。12（VREF（+） ）和 16（VREF（-） ）：參考電壓輸入端11（Vcc）：主電源輸入端。13（GND）：地。2325（ADDA、ADDB、ADDC）：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路62.3A/轉(zhuǎn)換原理基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減

12、砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，先將逐次逼近寄存器最高，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱為 Vo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量 Vi 進(jìn)行比較，若 VoVi，該位 1 被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為 1，將寄存器中新的數(shù)字量送 D/A 轉(zhuǎn)換器，輸出的 Vo 再與 Vi 比較，若 VoVi，該位 1 被保留，否則被清除。重復(fù)此過程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。逐次逼近的操作過程是在一個控制電路的控制下進(jìn)行的。3 時鐘電路XTAL

13、1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 12MHz，時鐘頻率就為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz-24MHz 內(nèi)選擇。電容取 30PF左右。系統(tǒng)的時鐘電路設(shè)計是采用的內(nèi)部方式，即利用芯片內(nèi)部的振蕩電路如下圖 3-1 所示：圖 3-1 時鐘電路3.1 復(fù)位電路由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合電容電壓不能突變的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系統(tǒng)一上電,RST 腳將會出現(xiàn)高電平,并且,這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC 值來決定.典型的 51 單片機(jī)當(dāng) RST 腳

14、的高電平持續(xù)兩個機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書推薦 C 取 10u,R 取 8.2K.當(dāng)然也有其他取法的,原則就是要讓 RC 組合7可以在 RST 腳上產(chǎn)生不少于 2 個機(jī)周期的高電平.至于如何具體定量計算,可以參考電路分析相關(guān)書籍.復(fù)位電路如下所示。圖 3-2 復(fù)位電路3.2 LED 顯示電路本項目所用顯示屏為 4 位 LED 顯示屏。本 LED 顯示器為 8 段（DP 為小數(shù)點段） ，每一段為一個發(fā)光二極管。發(fā)光二極管有共陽極和共陰極兩種。本顯示器的發(fā)光二極管為共陰極數(shù)碼管。發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常在此共陰極接地，當(dāng)某個發(fā)光二極管

15、的陽極接低高平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。通過給 LED 顯示器提供不同的代碼，是這些不同的 LED 顯示器相應(yīng)的段發(fā)光顯示不同的字型，這些代碼稱為段碼。本項目所用段碼值如下 （表 1） 所示：表 1 LED 共陰數(shù)碼管段碼數(shù)字0123456789段碼0 x030 x9f0 x250 x0d0 x990 x490 x410 x1f0 x010 x094 仿真設(shè)計圖如下 4-1 圖所示8afbeddpcgabcdefgdp4h3h2h1h1h2h3h4hD7D6D5D4D3D2D1D0OESTEOCSTEOCD0D1D2D3D4D5D6D7OESTXTAL218XTAL119ALE30

16、EA31PSEN29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD10P3.1/TXD11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51X

17、1CRYSTALC630pC730pR13100C81u234567891RP110k12U2:A740434U2:B740456U2:C74041312U2:D7404OUT121ADD B24ADD A25ADD C23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START6OUT58EOC7OE9CLOCK10OUT220OUT714OUT615OUT817OUT418OUT319IN228IN127IN026ALE22U3ADC080821%RV110kU3(CLOCK)Volts+3.95圖 4-1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)仿真圖5 仿真心得 這次通過自己再一次熟

18、悉仿真軟件，學(xué)到了在連線過程使用總線和網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，使得整體布局顯得非常的美觀，比以前密密麻麻的連線效果好多了。從效率上來說也節(jié)省了時間。對于別人來看，也方便多了，很容易看懂。加深了對仿真軟件的認(rèn)識。6 程序#include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char#define Data_ADC0809 P1sbit ST=P32;sbit EOC=P33;sbit OE=P31;sbit DIAN = P05; /小數(shù)點9unsigned char dis3; /顯示數(shù)值unsigned int sum=0;unsigned i

19、nt temp=0;unsigned int dat=0;/*共陰 LED 段碼表*/Unsigned char code tab=0 x5F,0 x44,0 x9D,0 xD5,0 xC6,0 xD3,0 xDB,0 x47,0 xDF,0 xD7,0 x5e/*字母 U*/;/gc.debfa/*uchar ADC0809()uchar temp_=0 x00;OE=0;ST=0;ST=1;ST=0;while(EOC=0)OE=1;temp_=Data_ADC0809;OE=0;return temp_;void delay(unsigned int x)/延時函數(shù) unsigned i

20、nt i,j; for(i=0;ix;i+)for(j=0;j121;j+);/*函數(shù)功能:將 0-255 級換算成 0.00-5.00 的電壓數(shù)值入口參數(shù):i出口參數(shù):*/void convdata(unsigned char dat1)unsigned int Vo;Vo=dat1*1.96; 10 dis0 = Vo/100; /十位 dis1 = Vo%100/10; /個位 dis2 = Vo%100%10; /小數(shù)點后第 1 位/*函數(shù)功能:數(shù)碼管顯示子程序入口參數(shù):出口參數(shù):*/void display(void) P0=tabdis0; P2=0 xfe; /11011111 delay(1); P2=0 xff;DIAN=0; P0=tabdis1; P2=0 xfb; /10111111 delay(1); P2=0 xff; P0=tabdis2; P2=0 xef; /01111111 delay(1); P2=0 xff;P0=tab0; P2=0 xbf; delay(1); P2=0 xff;/*函數(shù)功能:主程序入口參數(shù):出口參數(shù):*/void main(void)unsigned char p=0; while(1) /主循環(huán) for(p=0;p20;p+)11sum=sum+ADC0809();display();/