单片机通道数据采集系统设计方案

1、专业班级：学号：学生姓名：指导教师：起止时间：10 通道数据采集系统设计一、设计任务实现 10通道模拟信号的采集二、设计要求1、采样频率 200HZ ，位数 12位2、设计实现模拟/数字转换的方法，给出转换速度三、 设计原理1、 AD574A 芯片介绍AD574A 是单片高速 12 位逐次比较型A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转换器，其主要功能特性如下：分辨率： 12 位非线性误差：小于±1/2LBS 或 ±1LBS转换速率： 25u

2、s模拟电压输入范围：0 10V 和 0 20V ，0 ±5V 和0 ±10V 两档四种电源电压： ±15V 和 5V数据输出格式：12 位 /8 位芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式主要功能引脚介绍如下：AC ：模拟地DC：数字地CS：片选信号，低电平有效CE：片使能，高电平有效R/C：读 /启动信号，高电平读数据，低转换12/8 ：数据格式选择，高电平12 位数据同时有效，低电平时第一次输出高8 位，第二次输出低四位有效，中四位为零。A0 ：内部寄存器控制输入端，在12/8 接地的情况下，高电平时高8 位数据有效，低电平时低4 位有效，中间4 位为零，高4

3、 位为高阻态；在R/C为低的情况下，高电平启动12 位转换，低电平启动8 为转换。STS：工作状态输出端，高电平表示正在转换，低电平表示转换完毕AD574和单片机的接口在设计硬件电路时要十分注意的一点就是AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接方式：应该将高8 位DB4DB11接到数据总线的D0D7 ，低4 位DB0DB3接到数据总线的高4 位 D4D7 。如果接错的话就不能读取正确的转换结果，而且还很容易烧坏芯片。AD574A 的工作模式：如果需AD574A 工作于单一模式，只需将CE、 12/8端接至+5V 电源端， CS和 A0 接至 0V ，仅用 R/C端来控制 A/D 转换的启动

4、和数据输出。当RC=0 时，启动 A/D 转换器，经 25us 后 STS=1，表明 A/D 转换结束，此时将R/C 置1，即可从数据端读取数据。AD574 控制端标志意义：CEA0工作状态0XXXX禁止x1XXX禁止100X0启动 12位转换100X1启动 8位转换101接 +5VX12位并行输出有效101接 0V0高 8位并行输出有效101接 0V1低 4 位并行输出有效AD574的接口电路下图是8051 单片机与AD574A的接口电路，其中还使用了三态锁存器74LS373 和74LS00与非门电路，逻辑控制信号由(CS、 R/C和 A0) 有8051 的数据口P0 发出，并由三态锁存器

5、74LS373锁存到输出端Q0、 Q1 和 Q2 上，用于控制AD574A的工作过程。AD转换器的数据输出也通过P0 数据总线连至8051 ，由于我们只使用了8 位数据口，12 位数据分两次读进 8051，所以R/C 接地。当8051 的 p3.0 查询到STS 端转换结束信号后，先将转换后的12 位A/D数据的高8 位读进 8051 ，然后再将低4 位读进8051。这里不管AD574A是处在启动、转换和输出结果，使能端CE都必须为1，因此将8051 的写控制线WR 和读控制线RD 通过与非门 74LS00与AD574A的使能端CE相连。2、 74LS150 芯片介绍74LS150 是一个16

6、 选1 数据选择器（有选通输入端，反码输出）。数据选择端（ABCD）按二进制译码，以从16 个数据（ E0-E15 ）中选取1 个所需的数据。只有在选通端STROBE 为低电平时才可选择数据。输出端W 为反码数据。引脚图：引出端符号：A 、 B、 C、 D选择输入端E0-E15数据输入端STROBE选通输入端（低电平有效）W反码数据输出端Y数据输出端功能图：H= 高电平； L= 低电平； X= 任意； E0 E15=对应的 E 端电平3、 74HC573 芯片简介74HC573 是八进制3 态非反转透明锁存器为高性能硅门CMOS器件。SL74HC573跟 LS/AL573的管脚一样。器件的输入

7、是和标准CMOS输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL输出兼容。当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。×输出能直接接到CMOS ， NMOS 和 TTL 接口上×操作电压范围：2.0V6.0V×低输入电流：1.0uA×CMOS 器件的高噪声抵抗特性管腿安排：见右图功能表：输入输出输出使能锁存使能DQLHHHLHLLLLX不变HXXZX= 不用关心Z高阻抗最大值范围：符号VCCVINVOUTIINIOUTICCPDTstgTL参数值单位DC 供电电压（参考

8、 GND ）-0.5+7.0VDC 输入电压（参考 GND ）-1.5VCC+1.5VDC 输出电压（参考 GND ）-0.5VCC+0.5V每一个 PIN 的DC输入电流20mA每一个 PIN 的DC输出电流mA35DC 供电电流， VCC 和 GND 之间75mA在自然环境下， PDIP 和SOIC 封mW装下的功耗 750,500存储温度-65+150引线温度， 10（PDIP,SOIC ）260* 最大值范围是指超过这个值，将损害器件。操作最好在下面的推荐操作条件下：额定功率的下降 PDIP ： 10mW/ ， 65 125SOIC： 7 mW/ ， 65 125四、 设计过程1、本系

9、统需要的控制比较简单，选用80c51 单片机芯片进行控制。2、由于输入是10 通道模拟输入，12 位精度数字输出。所以选用的AD 转换芯片必须至少有 10 个模拟输入通道，而且数字输出为12 位。考虑到芯片的价格与芯片结构复杂程度要便于设计的因素，本设计选用一通道模拟输入、12 精度数字输出的AD574 模数转换芯片，与 16 选 1 数据选择器 74LS150 搭配使用。使用 74LS150 的 16 个输入通道中的10 个通道即可，然后把选择的通道中的模拟输入量送到AD574 。3、由于 12 位数字输出需要分两次送到单片机，因此需要在AD574 与单片机之间加数据锁存器，本设计选用74H

10、C573 锁存器。4、 74LS150 的通道选择由单片机的P1 口的 P1.0-P1.3 控制， 0000 对应 0 通道， 0001 对应 1 通道，1001 对应 9 通道。共使用10 个通道。具体原理见设计原理的74LS150 芯片介绍部分。5、软件流程图主程序：开始选择 0通道调用 AD 转换程序保存 AD 转换值通道号加一Y通道号 =11？NAD 转换子程序：AD 转换子程序启动 AD 转换YAdbusy=0 ？N返回 AD 转换值6、软件程序#include<absacc.h>#include<intrins.h>#include<reg51.h&g

11、t;#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define ADCOM XBYTE0xff7c #define ADLO XBYTE0xff7f #define ADHI XBYTE0xff7d/控制寄存器地址/数据字节低4 位地址/数据字节高8 位地址sbit r = P37 。sbit x = P36 。/p3.7/p3.6口口sbit adbusy = P30。/p3.0口uint ad574(void)/AD转换子程序r = 0。x = 0 。ADCOM = 0 。/ 启动转换while(adbusy = 0) 。retu

12、rn(uint)(ADHI<<4)+(ADLO&0x0f)。/ 返回转换数据main()/ 主程序uint idata result10 。/ 定义数据存储数组uchar ad_now = 0 。/ 通道号while(1)P1 = ad_now 。/通过 p1 选择通道_nop_() 。resultad_now = ad574() 。/取转换数据ad_now+ 。/ 通道号加一if(ad_now = 11) ad_now = 0 。/ 返回 0 通道/数据通过10 通道选择器进入AD574 （AD574 是一个 12 位数模转换期间，内置采样保持电路，无需附加外围电路），通

13、过单片机控制数据选择器的控制端口，选择进行AD 转换的通result10DFile:A4SizeTitleDate:CBA7、电路连接图ACCS?C?CapSW-PB 30pF200R?1Res11K R?Res1GND/EAALEP1P1.7.P16.P15P1.4.P13P1.2.P1.0 P0.P07P0.6.5 P0P0.3.P02P0.1.0P0.4/PSEN2031 29 3098 765432132 3334 35 3637 3839EARSTP1.P17P1.6.P15P1.4P1.3.P12P1.080c51GNDALEPSENP0.P07/AD7P0.6/AD6P0.5/A

14、D5.P04/AD4P0.3/AD3.P02/AD2P0.1/AD1.0/AD0DS5000-8-16X2X1P3.P35/T1P3.4/T0.P33/INTP3.2/INTP3.1.0/RXDP2.P27/A15P2.6/A14.P25/A13P2.4/A12P2.3/A11.P22/A10P2.1/A9.0/A8VCCP3P3.7/RD.6/WR18191716 1514 13 1211 10282726 2524 23 222140X2X1/T1/RD/TO1/WRTXDVCC2C?/INT1/INT0 RXD D7D6D5D4D3D2D1D0CapY?30pFXTAL2C?CapP0.

15、P07P0.6.P05P0.4P0.3.P02P0.1.0 ALE30pFGNDGND109876543211112GNDD7D6D5D4D3D2D1D0LEOEU?AQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0VDDMC74HC573NMC74HC573NDM74LS04M2112 1314 151617 181920U?AP1.3DM74LS00MQ5Q4Q3Q2Q0GNDGNDDATA6DATA83Q7Q6Q1VCCDATA1DATA2DATA3DATA4DATA5DATA71211109876543213GNDDE0E1E2E3E4E5E6E7100K74ls15074ls150W OUTR2RP

16、ot2STORBE100KR1Q1Q7Q0GNDGNDRPot2GND159810141312246 35CBAE15E14 E13E12E11E10E9E8VCCA0CECSR/CAD574Number1314151617 18192021222324AGNDREF OBIPO 12/8DGNDREF IN20V10VRNGRNG2007-12-15ADC574AJPP3.0STSD0D1D2D3D4D5D6D7D8D9STATV+VEED10D11VL+P1.2 P1.1 P1.0VCC111617 18 1920 2122 232425 2627 2817DATA9C:Documents

17、 and Settings.10DATA105V通道-15STS +15P0.P0P0.1.P02P0.3P0.4.P05P0.6.712位数模转4换Sheet ofDrawn By:.SchDocRevision五、 系统误差分析与补充说明1、 AD574 采样频率大于200HZ ，且满足 12 位精度转换，达到本实验要求。由于先高8位送入锁存器锁存，再传送低4 位，因此会对转换速度有一定的影响。2、 AD574 转换速率为25us，一个采样周期延迟25us。故每个采样数据转化后比原信号延迟 25us。3、本设计AD574 采用 10V IN 口，模拟信号输入电压幅值小于10V ， 1LBS<2.44mv 。故转化误差小于2.44mv 。4、由于单片机80C51 的存储单元非常少，采集转化后的数据量很大，因此用80C51 来存储采集转化后的数据没有实用性。本设计