8通道數(shù)據(jù)采集器

1、摘要：本次課程設(shè)計(jì)采用的是單片機(jī)AT89C51和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808的溫度采集系統(tǒng)。用 電位器模擬輸入電壓，經(jīng)過AT89C51控制ADC0808將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再按 給定的公式將電壓值轉(zhuǎn)換成溫度值，并通過顯示模塊4位顯示數(shù)碼管顯示出來。本論文主要 描述了硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分，硬件部分更是詳細(xì)分析了本模擬采集器的各個部分的 電路原理，以及各個模塊之間的線路連接。并列出了所有的元器件，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能 的相應(yīng)程序。該設(shè)計(jì)出了一個簡單實(shí)用的數(shù)據(jù)采集器，具有成本低，可靠性高，擴(kuò)展功能強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：AT89C51 ADC0808 數(shù)據(jù)采集 目錄 TOC o 1-5 h

2、 z HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 概述1設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集器的意義1數(shù)據(jù)采集器的主要功能1硬件電路設(shè)計(jì)及描述1方案選擇及設(shè)計(jì)思想2設(shè)計(jì)方案的框圖3工作原理3電路中主要芯片的引腳對應(yīng)的功能3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 4.1主控芯片AT89C513原理圖及連接關(guān)系35.1數(shù)據(jù)輸入模塊35.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊45.3主控電路45.4顯示模塊6元件清單7軟件設(shè)計(jì)流程7系統(tǒng)模塊層次圖7程序流程圖7程序源代碼8測試11總結(jié)11參考文獻(xiàn)11概述設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集器的意義數(shù)據(jù)采集器是一種具有現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)采集、處

3、理功能的自動化設(shè)備。具備實(shí)時采集、自動 存儲、實(shí)時顯示、即時反饋、自動處理、自動傳輸功能。為現(xiàn)場數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性、實(shí) 時性、可用性提供了保證。數(shù)據(jù)采集器在各個領(lǐng)域中都有廣泛的運(yùn)用，以后有可能接觸到這些設(shè)備，有必要深入地分 析其工作原理、電路原理，同時設(shè)計(jì)一個簡單、實(shí)用的數(shù)據(jù)采集器。完成這個課程設(shè)計(jì)也是 讓我們在學(xué)習(xí)了模擬電路、數(shù)字電路、微機(jī)原理、單片機(jī)等相關(guān)課程理論知識有一個融會貫 通的過程。加深對理論知識的理解，以及學(xué)會理論知識實(shí)際應(yīng)用的處理方法。為設(shè)計(jì)一個電 子系統(tǒng)吸取經(jīng)驗(yàn)，為今后的自動化(電氣工程)綜合設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)固的基礎(chǔ)。同 時也是為了培養(yǎng)我們的動手能力，我們在即將畢業(yè)的前

4、期積累寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為以后工作 培養(yǎng)良好的工作態(tài)度。以分組的形式，更是讓的我們深入理解了團(tuán)隊(duì)合作的重要性。數(shù)據(jù)采集器的主要功能我們的數(shù)據(jù)采集器采用的主要元件是AT89C51和ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。其主要功能 是模擬采集信號，并對信號進(jìn)行處理，最終顯示出來采集結(jié)果。本次設(shè)計(jì)的要求是采集溫度 的信號。通過對電壓信號的采集，按公式計(jì)算出對應(yīng)的溫度。首先我們的模擬信號采用電位器產(chǎn)生，供給ADC0808, ADC0808有8路數(shù)據(jù)輸入，也 就是8路模擬電壓信號。在AT89C51的控制下，實(shí)現(xiàn)按鍵轉(zhuǎn)換要求通道的電壓值。溫度值T( C)與電壓U(V)對應(yīng)關(guān)系：T=15.4V。通過AT89C51的計(jì)算

5、輸出結(jié)果，顯示在4位共陽極數(shù) 碼管上。硬件電路設(shè)計(jì)及描述1.方案選擇及設(shè)計(jì)思想在查閱資料的時候，我們重點(diǎn)查閱了兩個方案的資料。方案一：在AT89C51的控制下，指定某通道將電壓信號發(fā)生器產(chǎn)生的輸入電壓信號輸入 ADC0808轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號輸入到AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后輸出并行信號，通 過MAX232將并行信號轉(zhuǎn)換成串行信號，再經(jīng)過串口 RS232輸入到上位計(jì)算機(jī)。通過計(jì)算 機(jī)顯示出采集模擬穩(wěn)定信號的數(shù)值。方案二：在AT89C51的控制下，指定某通道將電位器產(chǎn)生的輸入電壓信號輸入ADC0808 轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號后輸入AT89C51進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后輸出并行信號。使用四位數(shù)

6、碼顯示管來做獨(dú)立的顯示設(shè)備將輸出信號顯示出來。兩套方案的比較，在模擬信號部分，兩套方案均產(chǎn)生0-5V的可調(diào)電壓，方案一采用的 是電壓信號發(fā)生器，方案采用電位器產(chǎn)生可變電壓(0-5v)，我個人認(rèn)為和小組成員都覺得 用電位器較電壓信號更加簡單，具有很強(qiáng)的可操作性，可在后期工作中將電位器集成在電路 板上，使模擬信號有良好的可移動性。在控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片上，兩套方案均采用相同的 設(shè)計(jì)思想。兩套方案最大的區(qū)別在于顯示電路上，方案一采用計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)，將單片機(jī) 輸出的并行好通過通信芯片MAX232轉(zhuǎn)換成串行信號后，顯示在計(jì)算機(jī)上。方案二則采用 獨(dú)立的顯示設(shè)備四位數(shù)碼顯示管?？梢圆捎貌⑿袆討B(tài)掃描的方式接

7、入單片機(jī)直接讀取并行信 號。方案一中的需要設(shè)計(jì)單獨(dú)的通信模塊，使得電路較方案二更加復(fù)雜，而且需要在計(jì)算機(jī) 上編寫相應(yīng)的程序，工作量之大。不符合我們簡單實(shí)用的設(shè)計(jì)思想。綜上所述，我們選擇了方案二。在本次課程設(shè)計(jì)中，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們組的出發(fā)點(diǎn)是 設(shè)計(jì)簡單實(shí)用的數(shù)據(jù)采集器，將各個部分模塊化，以此為設(shè)計(jì)思想，盡可能的簡化電路設(shè)計(jì)， 使其具有很強(qiáng)的可操作性和可移動性。方案二電路簡單實(shí)用，成本低，完全符合我們的設(shè)計(jì) 初衷。因此我們選擇了方案二。設(shè)計(jì)方案的框圖工作原理模擬信號有電位器產(chǎn)生0-5V的可調(diào)電壓。上電以后，AT89C51輸出啟動信號給 ADC0808，ADC0808開始轉(zhuǎn)換第一通道的模擬信號。轉(zhuǎn)

8、換完成以后發(fā)出完成信號給 AT89C51，轉(zhuǎn)換后的并行數(shù)據(jù)由P1 口輸入單片機(jī)，單片機(jī)接收數(shù)據(jù)后由程序按溫度值T（ C）與電壓U（V）對應(yīng)關(guān)系：T=15.4V完成換算，最后由P0 口輸出顯示數(shù)據(jù)，由四位數(shù)碼顯 示管顯示。ADC0808內(nèi)部自帶8路數(shù)據(jù)選擇器，由單片機(jī)控制片選信號，完成按鍵選擇信 號的功能。電路中主要芯片的引腳對應(yīng)的功能4.1主控芯片AT89C51|-Zi =- ulZ2 VCG140(is EX) Pi.1 rz39 PC.O (ADD)Pl.2 03-3S PQ.1 (AD1 jP1.3IZ437 P0.2 (AD2：.Pl 一4 匚&3 P0.3 (AQ3)(U-0S1)

9、PIS口8.3& P0.4 (ADJ)(NISO) PL。匚T34 PG .5 (AD5)(SCK) P1.7IZ&33 P0.6 I.AD6：is-32 PQ，7 (AD71FI志口)F3.0L10si日場VPP網(wǎng)PS ; 口1130 ALb-rPDG(lNTd)P3.sE12罌 P&ES1(iNTi-) P3.3 :132B P2.7 I.A151g P3 4L1497 P2 8 A14)(Tt)P3.5lZ15戮 P2.5 (A13)(WR) P3.6IZ2S P2.4 (A12)仰)P3.7L1724J P2.3 (AIT)XTAL2 匚ia23 P2.2 lAlO)KTA.L1 匚1

10、922 P2.1 啊GN D：2i P2.0 (AQ|圖5 AT89S52管腳圖AT89C51與AT89S52相仿，具有如下特點(diǎn)：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲 器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中 斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計(jì)數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗 （WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S52設(shè)計(jì)和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模 式下，CPU暫停工作，而RAM定時計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié) 振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止

11、芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具 有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。VCC:供電電壓。GND：接地。PO 口： PO 口為一個8位漏極開路雙向I/O 口，每腳可吸 收8TTL門流。當(dāng)PI 口的管腳第一次寫入1時，被定義為高祖輸入。PO能夠用于外部程序 數(shù)據(jù)存儲器，他可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，PO作為原碼輸入口， 當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，PO輸出原碼，此時PO外部必須被拉高。P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的八位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接受輸出4TTL 門電流。P1 口管教寫入1時，被內(nèi)部上拉為高，

12、可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時， 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，P1 口作為第八位地址接 受。P2 : P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的8為雙向I/O 口，P2 口緩沖器可接受，輸出4個TTL 門電流，當(dāng)P2 口被寫1時，其管腳內(nèi)部上拉電阻被拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，并輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故，P2 口作為外部程序存儲 器或16位地址外部存儲器進(jìn)行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址1時，他利用 內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部8位存儲器進(jìn)行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在FLASH編程和校

13、驗(yàn)時接受高八位地址信號和控制信號。P3 : P3 口管腳時八個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL門電流。 當(dāng)P3 口寫入1后，他們被內(nèi)部上拉為高電平，并用做輸入，作為輸入由于外部下拉位低電 平，P3 口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，P3 口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接受一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。 在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈

14、沖信號，此頻率為振蕩頻率的1/6.因此它可用作對外部輸出地脈沖或用于定時目的。然而 要注意的是：每當(dāng)用做外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳一個ALE脈沖。而想禁止ALE脈沖的輸出可 在SFR8EH地址上置0.此時ALE只有執(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，置位無效。PSEN:外部程序存儲器的選通信號，再由外部程序存儲器取值期間，每個機(jī)器周期兩 次/PSEN有效。但在訪問外部存儲器時，這兩次有效地/PSEN信號將不出現(xiàn)。EA/VPP:當(dāng)EA低電平時，則在此期間外部存儲器(0000H-FFFFH)，不管是否有內(nèi)部程序 存儲器。注意加密方式

15、1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA保持高電平時，此間內(nèi)部程 序存儲器，在FLASH編程器件，此引腳也用于施加12v編程電源(VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器輸出。原理圖及連接關(guān)系5.1數(shù)據(jù)輸入模塊本次采集器設(shè)計(jì)的輸入的模擬信號比較簡單，采用滑動變阻器，外接+5V電壓作為輸入 模擬信號，標(biāo)示為RV1分別接入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0808的IN0-IN7（26,27,28，1,2,3,4, 5 號管腳）。完全符合輸入模擬信號0-5V的調(diào)節(jié)范圍，有效可靠的模擬電壓信號。5.2模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊U2 -IHOihi jCLOCK C V/t

16、D Tril3 1 I.H 1Ih2IN3EOCIN4IN5 UT1inb UT2IH7 UT3OUT4ADD AOUT5ADC-日 UT6ADD COUT?ALE UTSVREF(+)VREF0OEADC080S121625242?22262E廣.2l20191881514179-10模擬信號通過輸入端IN0IN7： 8路模擬量輸入端。ADDA,ADDB,ADDC三個是數(shù)據(jù) 選擇控制端輸入片選信號與P3.1,P3.2,P3.3連在一起，由A，B，C和IN0-IN7構(gòu)成3-8數(shù)據(jù) 器，通過AT89C51中的按鍵程序控制片選信號。START是A/D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸 入一個正脈沖（至少100

17、ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0808復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 ALE是地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。將ALE和START連在一起與P3.4相連， 在A/D轉(zhuǎn)換完成后正脈沖的處于高電平，即可控制地址鎖存器。該脈沖依靠編寫的單片機(jī) 中斷程序模擬一個正脈沖控制。OE端口是數(shù)據(jù)輸出允許信號，由單片機(jī)輸入高電平控制。 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。OUT1-OUT8 是A/D轉(zhuǎn)換的輸出數(shù)字端口，與P1 口相連。連接方式是OUT1-OUT2和P1.7-P1.0。12和 16號管腳是接基準(zhǔn)電壓分別接VCC和GND。另外10號端口是時鐘頻率大小不得超過

18、640KHZ。本次設(shè)計(jì)中我們采用終端輸出脈沖來模擬這個時鐘脈沖，但是效果不好，所以采 用外接500KHZ的信號。5.3主控電路RP110uF-=：TEXT：=-XTAL11894ao31-1234581s-XTAL2RSTPO.O/ACOF0.1/AD1P0.2/AD2F0.3/AD3F0.4/Ar4P0.5/AC-5FO.e/ADEiPO.7/AC7PSENALE EAF1.0P1.1P1.2P1.3P1.4F1.5P1 .&P1.7P2.0/A8P2.1/ASP2.2/A10P2.3/AHF2.4/A12F2.5/A13P2.B/A14P2.7/A15F3.CI/RXD P3.1/TXD

19、P3.2/ir-JTLi P3.3/IHT1P3.4/T0P3.5/T1 P3.6/WRP3 7.W3B3524333221222325跆w 了現(xiàn)ICi 11 121314151617這是單片機(jī)部分的復(fù)位電路和時鐘脈沖電路。復(fù)位電路采用電平復(fù)位的方式，晶振的頻 率為11.0592MHZ。連接方式如圖分別連到單片機(jī)的19，18,9好腳。I-I IP2.4/A12F2.5/A13P2.S/A14FZ.7/A15這是AT89C51單片機(jī)主控部分的接法，其中P3.1到P3.7與A/D轉(zhuǎn)換芯片相連，做控 制口。在A/D部分已經(jīng)詳細(xì)介紹了連法。P2.0-P2.3是四位數(shù)碼顯示管的控制端。P2.5和P2.6

20、 是按鍵的控制端。P0.0-P0.7是顯示的數(shù)據(jù)輸出端與四位數(shù)碼管的A-G相連。這個是簡單的按鍵部分，P2.4按鍵選通轉(zhuǎn)換那一路，執(zhí)行的方式是按一下顯示下一路， 按0-7路的方式循環(huán)。5.4顯示模塊:ARP1n n u u o.u3PBCDEFQ DF1 E34溫度顯示部分，我們使用的是四位數(shù)碼管（共陽極），其中標(biāo)示的是P0.0-P0.7和A-DPF2Q：股: F2七四 F2.2/A10 P2.3XA.11 P? 4XA1?PO.OWJ PO.I/AD-I F0.2/PD2 P0.3/D3 P0.4.WM PCI.=5g5 FO.6/PI：6的連接方式，是數(shù)據(jù)輸出端。P2.0-P2.3與1-4

21、相連，做控制端口，控制那一位顯示。RP1是排阻，阻值單個是1K。因?yàn)镻O 口是用來做數(shù)據(jù)端的，必須串上拉電阻。F3.1/TXDP3.2/ltJTuP3.3/INT1P3.4.-TUP3.5.-T1P3.7/RD通道標(biāo)號顯示部分，通過4511與P3.1-P3.3連接譯碼，驅(qū)動數(shù)碼管（共陰極）顯示通道 標(biāo)號。元件清單本次課程設(shè)計(jì)所用元件清單如下:元器件名稱數(shù)量（個）ADC08081AT89C51145111單個數(shù)碼顯示管174HC24511K排阻11K滑動變阻器810uF電容133P電容2按鍵開關(guān)2510 Q電阻110K電阻112M晶振14位一體數(shù)碼顯示管1三.軟件設(shè)計(jì)流程系統(tǒng)模塊層次圖程序流程圖

22、程序源代碼#include#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/#define input P1/#define TT P0sbit START=P3A4;sbit CLK=P3A5;sbit OE=P3A6;sbit EOC=P3A7;sbit E=P3A0;sbit AA=P3A1;sbit BB=P3A2;sbit CC=P3A3;sbit K1=P2A4;sbit P07=P0A7;uchar t1=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x8

23、0,0 x90;uchar a,b;/void delay1();void display(uint temp1);/* 延時 1 */void delay1(void) for(a=248;a0;a-);for(b=248;b0;b-);/*延時 2*/void delay2()int i;for(i=5000;i0;i-);/*A/D 轉(zhuǎn)換程序*/uchar AD()uchar dat;if(!EOC)START=1;START=0; while(!EOC); START=1;START=0; dat=input; return dat;/*加地址，選擇模擬通道*/void get_add

24、(uchar add)CC=add/4;BB=add%4/2;AA=add%2;delay2();/*動態(tài)掃描程序*/void display(uint temp1)uint aa,bb,cc,dd;aa=temp1%10;temp1/=10;bb=temp1%10;temp1/=10;cc=temp1%10;dd=temp1/10;P2=0 xf1;P0=t1dd;delay1();P2=0 xf2;P0=t1cc;delay1();P2=0 xf4;P0=t1bb&0X7F;delay1();P2=0 xf8;P0=t1aa;delay1();/*電壓顯示轉(zhuǎn)溫度顯示函數(shù)*/void c_u

25、(int aa)aa=aa*15.4*5*10/255;display(aa);/* 主程序 */void main(void)uchar rr,tt;TMOD=0 x02;TR0=1;ET0=1;IT0=1;EX0=1;EA=1;tt=0;while(1)get_add(tt);AD();rr=input;c_u(rr);if(!K1)while(!K1);tt+;tt=tt%8;/*中斷時鐘脈沖*/void timer() interrupt 1CLK=CLK;測試在仿真成功以后，我們開始進(jìn)行對電路板開始布線，并檢查元器件時候有損壞。完成了 檢查工作之后，便開始焊接元件。在電路焊接完成后，在沒有加電的情況下對電路進(jìn)行測試， 對照電路原理圖檢查電路中是否有虛焊和漏焊。在完成了上述基本的檢查之后，給電路上電， 對各個部分的電路進(jìn)行了檢查。模擬信號的測試模擬信號采用的是8個電位器，電源接0-5V，輸出的電壓經(jīng)過電壓表 的測試與設(shè)計(jì)要求中的相符合。當(dāng)電位器值滿時，理論電壓為5V，用電壓表測出值為4.98V。 與所要求的值誤差不大。單片機(jī)電路測試