微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)

1、 . . . 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì)學(xué)院： 信息工程學(xué)院專業(yè)： 電子信息工程班級(jí)： xxxx班學(xué)號(hào)： 6109080203：XX指導(dǎo)教師：坤第一部分課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課題名稱 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院(部) 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程專業(yè) 班 級(jí) 610908班 6月11日至6月18日共一周2010年6月18日一、設(shè)計(jì)容（論文闡述的問(wèn)題）設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本要求：要求具有8路模擬輸入 輸入信號(hào)為0500mV 采用數(shù)碼管8位，顯示十進(jìn)制結(jié)果 輸入量與顯示誤差<1%發(fā)揮部分：1、速度上實(shí)現(xiàn)高精度采集 2、提高系統(tǒng)精度 3、設(shè)計(jì)抗干擾性二、設(shè)計(jì)完

2、成后提交的文件和圖表1. 計(jì)算說(shuō)明書(shū)部分： 數(shù)據(jù)采集是指將壓力、流量、溫度、位移等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示、或打印的過(guò)程，相應(yīng)的系統(tǒng)就稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，取得所需的數(shù)據(jù)。同時(shí)，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)控。 數(shù)據(jù)采集性能的好壞，主要取決于他的精度和速度。在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有功能：（1）數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)按照選定的采樣周期，對(duì)輸入到系統(tǒng)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，稱為數(shù)據(jù)采集。（2）模擬信號(hào)處理模

3、擬信號(hào)是指隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)，模擬信號(hào)處理是指模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣和A/D轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)后，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確性判斷、標(biāo)度變換、線性化等處理。（3）數(shù)字信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理是指數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)后，需要進(jìn)行碼制的轉(zhuǎn)換處理，如BCD碼轉(zhuǎn)換成ASCII碼，以便顯示數(shù)字信號(hào)。（4）屏幕顯示就是用各種顯示裝置如CRT、LED把各種數(shù)據(jù)以方便于操作者觀察的方式顯示出來(lái)。（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是就是將某些重要數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器上。 在本次設(shè)計(jì)中，我們采用8259作為中斷控制器，8255作為并行接口，ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。2、圖紙部分：含有總體設(shè)計(jì)的功能框圖、所用各種器件的引腳圖、部邏輯結(jié)構(gòu)框圖以與相

4、應(yīng)器件的真值表，還包括總設(shè)計(jì)的硬件連接圖與軟件設(shè)計(jì)流程圖等。三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排序號(hào) 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 日期1 獲得設(shè)計(jì)題目與要求，查閱資料 7月10日2 形成初步設(shè)計(jì)思路與有針對(duì)性檢索資料 7月11日3 設(shè)計(jì)方案論證與選用相應(yīng)器件 7月12日4 設(shè)計(jì)硬件連接圖與軟件編程 7月13日5 形成整體設(shè)計(jì)報(bào)告并上交 7月14日四、主要參考資料1、微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù) 裘雪紅、顧新 電子科技大學(xué)2、高性能模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器件 書(shū)明、斌 電子科技大學(xué)3、微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)與應(yīng)用 樂(lè)善 華中理工大學(xué)4、IBM-PC 匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì) 美明、溫冬嬋 清華大學(xué)5、單片機(jī)典型外圍器件與應(yīng)用實(shí)例 是實(shí)科技

5、編著 人民郵電6、智能儀器原理與應(yīng)用 茂泰 電子工業(yè)7、微型計(jì)算機(jī)接口原理與技術(shù) 鄒逢興 國(guó)防科技大學(xué)8、匯編語(yǔ)言教程 朱慧真 國(guó)防工業(yè)9、微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù) 吳延海 大學(xué)10、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 閻石 高等教育第二部分一、 設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本要求:微型計(jì)算機(jī)最小系統(tǒng)具有8路模擬輸入 輸入信號(hào)為0500mV 采用數(shù)碼管8位，顯示十進(jìn)制結(jié)果 輸入量與顯示誤差<1% 中斷方式二、 設(shè)計(jì)方案論證1、設(shè)計(jì)思路（1）模擬信號(hào)產(chǎn)生器：自制一正弦波信號(hào)發(fā)生器，利用可變電阻改變振蕩頻率，使頻率在200Hz2kHz圍變化，再經(jīng)頻率電壓變換后輸出相應(yīng)15V直流電壓（200Hz對(duì)應(yīng)1V，2kHz對(duì)

6、應(yīng)5V）。（2）八路數(shù)據(jù)采集器：數(shù)據(jù)采集器第1路輸入自制15V直流電壓，第27路分別輸入來(lái)自直流源的5，4，3，2，1，0V直流電壓（各路輸入可由分壓器產(chǎn)生，不要求精度），第8路備用。將各路模擬信號(hào)分別轉(zhuǎn)換成8位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)并/串變換電路，用串行碼送入傳輸線路。 （3）主控器：主控器通過(guò)串行傳輸線路對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和顯示。采集方式包括循環(huán)采集（即1路、2路8路、1路）和選擇采集（任選一路）二種方式。顯示部分能同時(shí)顯示地址和相應(yīng)的數(shù)據(jù)。2、發(fā)揮部分 （1）利用電路補(bǔ)償或其它方法提高可變電阻值變化與輸出直流電壓變化的線性關(guān)系；（2）盡可能減少傳輸線數(shù)目； （3）其它功能的改進(jìn)（例如：增加

7、傳輸距離，改善顯示功能）。本設(shè)計(jì)的基本思路是：根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)，首先從整體上規(guī)劃好整個(gè)系統(tǒng)的功能和性能，然后再對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，將比較復(fù)雜的系統(tǒng)分解為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，特別注意對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)與系統(tǒng)、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的接口關(guān)系進(jìn)行精心設(shè)計(jì)以與技術(shù)指標(biāo)的合理分解。然后再由子系統(tǒng)到部件、部件到具體元器件的選擇和調(diào)試。各部件或子系統(tǒng)各自完成后再進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，直到完成總體目標(biāo)?？紤]本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求，該系統(tǒng)的功能框圖如下：主控電路電源輸入顯示輸出串口轉(zhuǎn)并口并口轉(zhuǎn)串口圖1 系統(tǒng)功能框圖（二）、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)一、電源電路設(shè)計(jì)電源部分電路由變壓器、電橋、三端穩(wěn)壓器7805、濾波電容和整流二極管、電阻分壓組成。

8、電路的優(yōu)點(diǎn)是：直流電源輸入圍寬從7.5V24V都可以可靠工作，電路具有短路保護(hù)作用，紋波系數(shù)小，電壓穩(wěn)定為5V。如圖（1）所示。圖（1）5V穩(wěn)壓電源電路二、AD轉(zhuǎn)換和串口轉(zhuǎn)并口設(shè)計(jì)根據(jù)AD轉(zhuǎn)換器基本原理與特點(diǎn)，可以分為以下類型：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與壓頻變換型。AD轉(zhuǎn)換部分電路由集成電路0809完成，ADC0809是一種典型的AD轉(zhuǎn)換器，具有8路模擬輸入端口，地址線（2325腳）可決定對(duì)哪一路模擬輸入作A/D轉(zhuǎn)換。第22腳ALE為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平是，對(duì)地址信號(hào)進(jìn)行鎖存；6腳START為測(cè)試控制，當(dāng)輸入一個(gè)2us寬高電平脈沖時(shí)，就A/

9、D轉(zhuǎn)換；7腳EOC為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束是，EOC輸出高電平；9腳OE為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng)OE為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從端口輸出；10腳CP為0809的時(shí)鐘輸入端，利用單片機(jī)30腳的六分頻晶振信號(hào)再通過(guò)74LS74二分頻得到。單片機(jī)的P1、P3端口作四位LED數(shù)碼管顯示控制，PO端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P2端口用作0809的A/D轉(zhuǎn)換控制。ADC0809由一個(gè)8位AD轉(zhuǎn)換器、一個(gè)8路模擬量開(kāi)關(guān)、8路模擬量地址鎖存譯碼器和一個(gè)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器組成。AD 轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)是分辨率、轉(zhuǎn)換誤差、轉(zhuǎn)換速度。1、MCS-51與ADC0809的接口ADC0809時(shí)鐘信

10、號(hào)由單片機(jī)的ALE信號(hào)分頻獲得。ADC0809通道地址由P0 口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。轉(zhuǎn)換后的N個(gè)數(shù)據(jù)順序存放到起始地址為data_addr數(shù)據(jù)存區(qū)。圖3 ADC0809管腳圖串口轉(zhuǎn)并口部分電路由芯片74LS165組成，與ADC0809的連接電路如下：74LS165與ADC0809部結(jié)構(gòu)框圖2、ADC0809的時(shí)鐘頻率500KHZ的產(chǎn)生：從單片機(jī) ALE引腳產(chǎn)生的1MHZ頻率，通過(guò)D觸發(fā)器后變?yōu)?00KHZ，然后 輸入到ADC0809中的CLK引腳中。而D觸發(fā)器在74LS74芯片可以找到。如圖所示：74LS74部結(jié)構(gòu)框圖三、主控器電路主控器由AT89S51與其外圍電路組

11、成。其外圍電路有復(fù)位電路、時(shí)鐘源電路等等。1、復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位電路如圖（5）所示，復(fù)位電路具有上電自動(dòng)復(fù)位作用。必要時(shí)可按復(fù)位鍵手動(dòng)復(fù)位，提高了復(fù)位電路的抗干擾能力。 圖（5）復(fù)位電路2、時(shí)鐘源設(shè)計(jì)時(shí)鐘源電路如圖（6）所示，X1和X2之間跨接晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，這就是單片機(jī)的時(shí)鐘電路，時(shí)鐘電路產(chǎn)生的振蕩脈沖經(jīng)過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行二分頻之后，才成為單片機(jī)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。主控器總體電路如圖所示：1、P0口接上拉電阻的作用是保證其工作電壓。2、P1.5 P1.6 P1.7 是外界往單片機(jī)里面寫(xiě)程序的3個(gè)引腳。3、由硬件設(shè)定，一般P0.2為輸入74L164的數(shù)據(jù)線，P0.3為輸入7

12、4L164的時(shí)鐘線。4、ALE引腳置5V（即置1）是為了使單片機(jī)執(zhí)行程序時(shí)從部ROM開(kāi)始查詢?cè)俚酵獠縍AM,如果為置0時(shí)則只從外面的RAM查詢。5、從7615中傳送過(guò)來(lái)的串行數(shù)據(jù)輸入MC-51時(shí)，可以從P0,P1,P2,P3中的任意空閑引腳中輸入。四、顯示部分這個(gè)電路主要是用74LS164完成，與顯示的數(shù)碼管相連。這部分主要將數(shù)據(jù)通過(guò)串行變?yōu)椴⑿?，然后顯示到數(shù)碼管中。1、80C51單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)是串行的，需要把它變?yōu)椴⑿械牟拍茉跀?shù)碼管顯示，那么就要用到74L164芯片作為轉(zhuǎn)換器件。74L164的作用是將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。2、74L164輸出的并行數(shù)據(jù)輸進(jìn)到數(shù)碼管里面就可以顯示了。具體的

13、顯示時(shí)間長(zhǎng)短則要看程序設(shè)計(jì)的延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短。3、果要顯示多個(gè)數(shù)字，則要85C51單片機(jī)的時(shí)鐘線控制，如圖所示：數(shù)據(jù)從SDA輸入，是串行數(shù)據(jù)。當(dāng)有8位數(shù)據(jù)移入到第一個(gè)芯片時(shí)，則該芯片將這8位數(shù)據(jù)從QAQH口并行輸出，再輸入到數(shù)碼管，從而實(shí)現(xiàn)了串到并的過(guò)程。但是當(dāng)時(shí)鐘線CLK每上跳變一次時(shí)，SDA數(shù)據(jù)便會(huì)輸入一位到74L164中。CLK不斷跳變，SDA不斷往74L164壓入數(shù)據(jù)，則某數(shù)字從數(shù)碼數(shù)碼管的左到右顯示。至于在某個(gè)數(shù)碼管顯示多久就要看程序的延時(shí)時(shí)間了。（三）系統(tǒng)主要程序的設(shè)計(jì)1、初始化程序系統(tǒng)上電時(shí)，將70H77H存單元清零，P2口清零。2、主程序 在剛上電室，因70H77H存單元的數(shù)據(jù)為

14、0 ，則每一通道的數(shù)碼管顯示值都為000。當(dāng)進(jìn)行一次測(cè)量后，將顯示出每一通道的A/D轉(zhuǎn)換值。每個(gè)通道的數(shù)據(jù)顯示時(shí)間在1s左右。主程序在調(diào)用顯示程序和測(cè)試程序之間循環(huán)，其流程圖如下所示：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主程序流程圖外部中斷流程圖3、顯示子程序 采用動(dòng)態(tài)掃描方法實(shí)現(xiàn)四位數(shù)碼管的數(shù)值顯示。測(cè)量所得A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放在70H77H存單元中。測(cè)量數(shù)據(jù)在顯示時(shí)需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換成為十進(jìn)制BCD碼放在70H77H中，其中7BH存放通道標(biāo)志數(shù)。寄存器R3用來(lái)作8路循環(huán)控制，R0用作顯示數(shù)據(jù)地址指針。4、模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序 模數(shù)轉(zhuǎn)換測(cè)量子程序是用來(lái)控制對(duì)ADC0809路模擬輸入電壓的A/D轉(zhuǎn)換，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)值移入70H77

15、H存單元，其程序流程圖如下：三、軟件設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主程序流程圖四、系統(tǒng)的調(diào)試首先設(shè)計(jì)出正確的電路原理圖，然后進(jìn)行PCB板布線。在PCB板制作出來(lái)后，首先對(duì)其進(jìn)行電路檢測(cè)，檢查PCB板上是否有斷路、短路。在完成對(duì)PCB裸板的測(cè)試之后，開(kāi)始焊接元器件。在電路焊接完成后，首先對(duì)在沒(méi)有加電的情況下對(duì)電路進(jìn)行測(cè)試，對(duì)照電路原理圖和PCB圖以檢測(cè)電路中是否有虛焊、漏焊。在完成上述這些基本的檢測(cè)之后，給電路上電，對(duì)各部分電路分別進(jìn)行檢測(cè)。1、電源電路的測(cè)試在電路板上，設(shè)計(jì)了兩個(gè)發(fā)光二極管以檢測(cè)電路中所用到+5V 電源和+3.3V電源。在通電之后，可以看到電路板上的兩個(gè)發(fā)光二極管都被點(diǎn)亮，用電壓表測(cè)試電路中

16、+5V電壓端點(diǎn)，得到的電壓值為+5.0089V，測(cè)試穩(wěn)壓源輸出端電壓值為+3.267V。2、單片機(jī)電路的測(cè)試在上電后，首先對(duì)AT89S51進(jìn)行測(cè)試，因?yàn)樗刂普麄€(gè)電路板的運(yùn)行。AT89S51的電壓輸入端，測(cè)試電壓為+3.376V，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)其電壓正常。編寫(xiě)了一個(gè)簡(jiǎn)單的延時(shí)程序驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)檢測(cè)單片機(jī)能否正常工作。3、數(shù)據(jù)采集電路的測(cè)試按照原理圖進(jìn)行電路連線，注意將單片機(jī)和ADSC0809共地，用一個(gè)可變電壓作為輸入量輸入到ADC0809中，將經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理后的信號(hào)用數(shù)碼管顯示出來(lái)。檢查電路連接正確后，將編寫(xiě)好的數(shù)據(jù)采集程序燒入單片機(jī)中。首先在程序中賦上三個(gè)具體的數(shù)字，經(jīng)編譯后，在數(shù)碼管上能

17、正確的顯示出來(lái)。當(dāng)輸入的電壓是不斷變化時(shí)，數(shù)碼管上顯示的數(shù)字也跟隨著不斷變化。由此可見(jiàn)，該系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能。五、總結(jié)語(yǔ)本設(shè)計(jì)以74LS165、74LS164、ADSC0809和AT89S51為基本器件，具體介紹了各芯片的功能以與特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出各硬件接口電路的連接方式，同時(shí)還編寫(xiě)出了數(shù)據(jù)采集程序，實(shí)現(xiàn)了一種的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅具有成本低，開(kāi)發(fā)周期短等特點(diǎn)，而且經(jīng)進(jìn)一步擴(kuò)展可以增大其應(yīng)用圍。因此本文為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一種實(shí)用、方便、可靠的解決方案。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，對(duì)05V的電壓信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集都獲得了成功，并且精度高，性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備體現(xiàn)了目前數(shù)

18、據(jù)采集系統(tǒng)小型化、使用方便、造價(jià)低廉的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，本設(shè)計(jì)也為較高精度的數(shù)據(jù)采集提供了一種新穎、方便和可靠的解決方案。由此可見(jiàn), 這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有著廣闊的發(fā)展前景和市場(chǎng)需求。參考資料：附錄附錄1元件清單序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1單片機(jī)AST89S5112A/D轉(zhuǎn)換ADC08095四位數(shù)碼管XY56411RA26I2C存儲(chǔ)器24C0227MAX23218DB919九針串口線110三極管IN9012811三端穩(wěn)壓器7805212整流管二極管IN4001213二極管IN4148414發(fā)光二極管315蜂鳴器216按鈕517排阻4X10K418晶振11.0592MHZ219極性電容470uF220極性電容10uF421極性電容0.1uF522非極性電容0.33uF223非極性電容104224電阻4.7K825電阻2K