51单片机数据采集系统1.doc

课程设计报告书设 计 任 务 书一、设计任务1一秒钟采集一次2把INO口采集的电压值放入30H单元中3做出原理图4画出流程图并写出所要运营的程序二、设计方案及工作原理方案： 1. 采用8051和ADC0809构成一种8通道数据采集系统         2. 可以顺序采集各个通道的信号         3. 采集信号的动态范畴：0～5V         4. 每个通道的采样速率：100 SPS  5．在面包板上完毕电路，将采样数据送入单片机20h～27h存储单元   6．编写相应的单片机采集程序，达到规定的性能工作原理： 通过一种A/D转换器循环采样模拟电压，每隔一定期间去采样一次，一次按顺序采样信号A/D转换器芯片AD0809将采样到的模拟信号转换为数字信号，转换完毕后，CPU读取数据转换成果，并将成果送入外设即CRT/LED显示，显示电压路数和数据值目 录第一章 系统设计规定和解决方案第二章 硬件系统第三章 软件系统第四章 实现的功能第五章 缺陷及也许的解决措施第六章 心得体会附录一　参照文献附录二　硬件原理图附录三　程序流程图第一章 系统设计规定和解决方案根据系统基本规定，将本系统划分为如下几种部分：l 信号调理电路l 8路模拟信号的产生与A/D转换器l 发送端的数据采集与传播控制器l 人机通道的接口电路l 数据传播接口电路数据采集与传播系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接受端（单片机、PC或其他设备）构成。

系统框图如图1-1所示图1-1 一般系统框图1.1 信号采集分析被测电压为0～5V直流电压，可通过电位器调节产生1.1.1 信号采集多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的构造形式数据采集方式选择程序控制数据采集程序控制数据采集，由硬件和软件两部分构成据不同的采集需要，在程序存储器中，寄存若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编新的程序，以满足不同采样任务的规定如图1-3所示图1-3 程序控制数据采集原理程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传播门启动的通道地址码由存储器中读出的指令拟定即变化存储器中的指令内容便可变化通道地址由于顺序控制数据采集方式缺少通用性和灵活性，因此本设计中选用程序控制数据采集方式采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回检测的方式，即一种数据采集的方式运用多路开关（MUX）让多种被测对象共用同一种采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质当采集高速信号时，A/D转换器前端还需加采样/保持(S/H)电路待测量一般不能直接被转换成数字量，一般要进行放大、特性补偿、滤波等环节的预解决被测信号往往由于幅值较小，并且也许还具有多余的高频分量等因素，不能直接送给A/D转换器，需对其进行必要的解决，即信号调理。

如对信号进行放大、衰减、滤波等一般但愿输入到A/D转换器的信号能接近A/D转换器的满量程以保证转换精度，因此在直流电流电源输出端与A/D转换器之间应接入放大器以满足规定本题规定中的被测量为0～5V直流信号，由于输出电压比较大，满足A/D转换输入的规定，故可省去放大器，而将电源输出直接连接至A/D转换器输入端多路数据采集输入通道的构造图1-4所示图1-4 多路数据采集输入通道构造ADC0809是TI公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，涉及一种8位的逼近型的ADC部分，并提供一种8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的以便用它可直接将8个单端模拟信号输入，分时进行A/D转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛,因此本设计中选用该芯片作为A/D转换电路的核心1.2.1 单片机系统分析1.复位电路 单片机在开机时都需要复位，以便中央解决器CPU以及其她功能部件都处在一种拟定的初始状态，并从这个状态开始工作51的RST引脚是复位信号的输入端复位电平是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上本系统中单片机时钟频率为6MHz则复位脉冲至少应为4us在MCS-51单片机系列芯片中，用8051或8751芯片可以构成最小系统。

由于8051和8751是片内有ROM/EPROM的单片机，用这种芯片构成的单片及最小系统简朴、可靠8051构成的最小系统特点：l 受集成度所限，只能用于小型控制单元l 有可供顾客使用的大量的I/O口线l 仅有芯片内部的存储器，故存储器的容量有限l 8051的应用软件要依托半导体掩膜技术植入，适于在大批量生产的应用系统中使用第二章 硬件系统2.1 信号调理电路信号调理的任务 将被测对象的输出信号变换成计算机规定的输入信号图2-1 信号调理过程对于多通道数据采集系统的输入通道，设立多路选择开关，可减少硬件开销如图2-1所示为避免小信号通过模拟开关导致较大的附加误差，在传感器输出信号过小时，每个通道应设前置放大环节（本文可不加以考虑）2.2 数据采集电路把持续变化量变成离散量的过程称为量化，也可理解为信号的采样 把以一定期间间隔T逐点采集持续的模拟信号，并保持一种时间t，使被采集的信号变成时间上离散、幅值等于采样时刻该信号瞬时值的一组方波序列信号，即采样信号2 ADC0809内部功能与引脚简介辨别率和精度在第一章中已作了相应的计算和分析ADC0809八位逐次逼近式A／D转换器是一种单片CMOS器件，涉及8位模拟转换器、8通道转换开关和与微解决器兼容的控制逻辑。

8路转换开关能直接连通8个单端模拟信号中的任何一种其内部构造如图2-2所示图2-2 ADC0809内部构造1.ADC0809重要性能u 逐次比较型u CMOS工艺制造u 单电源供电u 无需零点和满刻度调节u 具有三态锁存输出缓冲器，输出与TTL兼容u 易与多种微控制器接口u 具有锁存控制的8路模拟开关u 辨别率：8位u 功耗：15mWu 最大不可调误差不不小于±1LSB（最低有效位）u 转换时间（）128usu 转换精度：u ADC0809没有内部时钟，必须由外部提供，其范畴为10～1280kHz典型时钟频率为640kHz2.引脚排列及各引脚的功能，引脚排列如图2-3所示各引脚的功能如下：IN0～IN7：8个通道的模拟量输入端可输入0～5V待转换的模拟电压D0～D7：8位转换成果输出端三态输出，D7是最高位，D0是最低位A、B、C：通道选择端当CBA=000时，IN0输入；当CBA=111时，IN7输入图2-3 A/DC0809引脚ALE：地址锁存信号输入端该信号在上升沿处把A、B、C的状态锁存到内部的多路开关的地址锁存器中，从而选通8路模拟信号中的某一路START：启动转换信号输入端。

从START端输入一种正脉冲，其下降沿启动ADC0809开始转换脉冲宽度应不不不小于100～200nsEOC：转换结束信号输出端启动A/D转换时它自动变为低电平OE：输出容许端CLK：时钟输入端ADC0809的典型时钟频率为640kHz，转换时间约为100μsREF(-)、REF(+)：参照电压输入端ADC0809的参照电压为＋5VVCC、GND：供电电源端ADC0809使用＋5V单一电源供电当ALE为高电平时，通道地址输入到地址锁存器中，下降沿将地址锁存，并译码在START上升沿时，所有的内部寄存器清零，在下降沿时，开始进行A/D转换，此期间START应保持低电平在START下降沿后10us左右，转换结束信号变为低电平，EOC为低电平时，表达正在转换，为高电平时，表达转换结束OE为低电平时，D0～D7为高阻状态，OE为高电平时，容许转换成果输出2.2.3 ADC0809与MCS-51系列单片机的接口措施ADC0809与8051单片机的硬件接口有3种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本题中选用中断接口方式由于ADC0809无片内时钟，时钟信号可由单片机的ALE信号经D触发器二分频后获得。

ALE引脚得脉冲频率是8051时钟频率的1/6该题目中单片机时钟频率采用6MHz,则ALE输出的频率是1MHz，二分频后为500Hz,符合ADC0809对频率的规定由于ADC0809内部设有地址锁存器，因此通道地址由P0口的低3位直接与ADC0809的A、B、C相连通道基本地址为0000H～0007H其相应关系如表2-1所示表2-1 0809输入通道地址地址码输入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7控制信号：将P2.7作为片选信号，在启动A/D转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC的地址锁存和启动转换由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同步也启动转换在读取转换成果时，用单片机的读信号和P2.7引脚经或非门后，产生正脉冲作为OE信号，用一打开三态输出锁存器START信号和OE信号的逻辑体现式为当8051通过对0000H～0007H（基本地址）中的某个口地址进行一次写操作，即可启动相应通道的A／D转换；当转换结束后,ADC0809的EOC端向8051发出中断申请信号；8051通过对0000H～0007H中的某个口地址进行一次读操作，即可得到转换成果。

ADC0809时序图第3章 软件系统ORG 0000h      MOV r1,#20h ； 取数20h送 r1中      MOV r2,#8h    ; channel number!    ；取数8h送r2中          MOV TL0,#0h ；启动 TL0      MOV TH0,#0b8h ；设立定期初值THO      ;MOV tmod,#1h ；选择工作方式1      clr et0 ；清零      setb tr0       ；启动T0工作      MOV scon,#40h ；设立串口工作方式1      MOV dptr,#78ffh ；取源数据地址送dptrloop:  MOV a,r2 ；将r2中的数据送累加器a中      SUBB a,r1 ；将r1中的数据与a中数据进位减法运算      jnz loop2 ；成果不为零则转loop2      MOV r1,#0h ；对r1清零  。