数据采集器硬件设计

1、多路数据采集系统毕业设计摘要本文介绍了基于单片机的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模 拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的 重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制 采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机AT89S52来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括 A/D模数转换模块，保持采样模块，显示模块，和临 时存储部分。该系统负责数据采集并应答主机的命令。8路被测电压通过模数转换器 ADC0809进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并用LED数码显示器来显示所采集的结果。关键词：数

2、据采集 89C52单片机ADC0809AbstractThis article describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The data collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The introductive point of this te

3、xt is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data collection and communication control use modular design. The data collected to control with correspondence to adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardware ' s core is AT89S52, is

4、also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for data acquisition and answering the host machine.8 roads were measured the electric voltage to pass the in general use mold-few conversion of ADC0809,the realization carries on the conversi

5、on that imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect. LED digital display is responsible display the data.Keyword: data acquisitionAT89C52ADC0809第一章绪论1.1研究背景及其目的意义近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上 的测试系统，目标是测试中不依靠相关的

6、测试文件，由非成熟人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。 由于该种数据采集测试系统具有 高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任 务，因而得到了初步的认可。大概在 60年代后期，国内外就有成套的数据采集 设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶 为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动 检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工业现场 数据采集系统。20世纪80年代随着计

7、算机的普及应用，数据采集系统得到了很大的发展， 开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两 类，一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。 这类系统主要应用 于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。 第二类以数据米集卡、标准总线和 计算机构成，这一类在工业现场应用较多。20世纪80年代后期，数据采集发生 了很大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，是 系统的成本减低，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。1120世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运 用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集

8、成电路制造技术的不 断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS。数据采集技术已 经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统 采用模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系 统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到 了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片 机为核心的数据采集系统产生影响。 相较于数据采集板卡成本和功能的限制， 单 片机具多功能、高效率、高性能

9、、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机 又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满 足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单 片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。1.2国内外研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于20世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进 步,采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。 各种领域都用到了数据采集， 在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到

10、应用。我国的数字地震观测系统主要采用 TDE-124C型 TDE-224（型地震数据采集系 统。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可 靠性的TDE-324C型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟 放大后送至A/D数字化，A/D采用同时采样，采样数据经 DSP数字滤波处理后， 变成数字地震信号。该数据采集系统具备 24位A/D转化位数，采样率有50HZ 100HZ 200HZ由美国PASC（公司生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭 新系统，它由3部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术可实时采集技术可 实时采集物理实验中各物理量的数据

11、；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信 号输入计算机，采样速率最高为25万次/S ；（3）软件：中文及英文的应用软件。受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发 展。如爱尔兰ACRA公司2000年研发推出的新一代KAM50（机载数据采集系统到 了 2006 年。1.3该课题研究的主要内容数据采集技术是信息科学的重要分支之一，它研究信息数据的采集、存储、 处理以及控制等问题。它是对传感器信号的测量与处理，以微型计算机等高技术 为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集也是从一个或多个信号获取对象信 息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日益重 要的

12、检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数 据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系 统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个 系统。本课题要求完成8路数据采集器的功能设计，并对部分功能实现硬件设计。 能在模拟系统中调试完成。要求电路：总线功能；8路电压数据采集；能手动和自动控制电路是否循环采集，能手动加减采集通道；能对系统错误用led 灯报警。第二章数据采集的硬件设计与实现2.1数据采集硬件的总体框图(1) 采集信号：多路数据采集的信号主要是电压信号，由于该课题给出的是电 流，所以需经过I/V变换获得电压。(

13、2) A/D转换：A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、 声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经 各种传感器把各种物理量转换成电压信号。(3) 单片机：分析系统所要实现的功能可知，需要设计的功能模块应该包括多路开关，总线设计，显示设计，A/D转换设计，键盘设计等，对于这些功 能,选用51单片机来实现是合适的，采集数据、控制、键盘以及显示都 是MCS-51单片机的典型应用范畴。本系统采用 ATME公司的AT89C51 该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MC

14、S-51系列单片机的指令集和输出管脚相兼容。(4) LED数码管显示：用于显示采集通道和采集电压，本设计采用的是共阳极6位8段式数码管。(5) 按键开关：通过按键开关可以控制电路的米集方式， 及自动米集和手动米 集，当手动采集时，开关可以控制通道数加 1和减1。2.2方案论证2.2.1 A/D模数转换模/数转换是现代测控电路中非常重要的环节，它有并行和串行两种数据输 出形式。目前，模/数转换器ADC已被做成大规模集成电路，并有多种型号和种 类可供选择。本文介绍了 ADC0809勺性能特点：A/D转换器的种类很多，就位数来说，可以分为 8位、10位、12位和16位 等。位数越高其分辨率就越高，价

15、格也就越贵。A/D转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。(1) 逐渐逼近式A/D转换器：它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接 式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。(2) 双积分A/D转换器：它是一种间接式的 A/D转换器，优点是抗干扰能力 强，精度比较高，缺点是数度很慢，适用于对转换数度要求不高的系统。(3) 并行式A/D转换器：它又被称为flash (快速)型，它的转换数度很高， 但她采用了很多个比较器，而 n位的转换就需要2n-1个比较器，因此电路规模 也极大，价格也很贵，只适用于视频 A/D转换器等数度特别高的领域。鉴于上面三种方案，在价格、转换速度等多种标准考量

16、下，在本设计选用的 是逐渐逼近式A/D转换器一一ADC0809。2.2.2单片机的选择单片机是一种面向大规模的集成电路芯片，是微型计算机中的一个重要的分支。此系统是由多路开关，采样保持器，CPU、零时存取数据存储器、LED数码管显示电路、按键开关及 A/D转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成了 一个最小但完善的计算机任务。单片机要使用特定的组译和编译软件编译程序， 在用keiluvision2把程序下载到单片机内。而本设计选用的是AT89C52.2.2.3显示部分LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使 用了 8个LED显示管，其中7个用于显示字符，1个用来显示小

17、数点，故通常 称之为八段发光二极管数码显示器。对 LED数码显示器的控制可以采用按时间 向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。 LED数码显示有动态扫描显示 法和静态显示。在单片机中，为了节省硬件资源，多采用动态扫描显示法。224按键键盘是一种常见的输入设备，用户可以向计算机输入数据或命令。根据案件 的识别方法分类，有编码键盘和非编码键盘两种。通过硬件识别的键盘称编码键 盘；通过软件识别的键盘成为非编码键盘。非编码键盘有两种接口方法：一种是独立按键接口；另一种是矩阵式按键接口。这里选用的是独立按键接口。1、独立按键接口在单片机中，如果所需的按键较少，可采用独立式键盘。每只按键接单片机 的一

18、条I/O线，通过对线的查询，即可识别各按键的状态。如图 2.2所示。3只 按键分别宇单片机的P1.0P1.2I/O线上。无按键按下时，P1.0P1.2线上均输入 高电平。当某按键按下时，与其相连的I/O线将得到低电平输入。此电路我们采用次方法。2. 矩阵式按键接口在单片机中需要的按键较多时，通常把键排成矩阵形式，这样可以节省硬件 资源。如对于20只按键接口，如采用按键独立方式，需要 20个I/O 口。如采用 矩阵式按键方式，则只需要9个I/O 口。如图2.3所示。单片机系统中的非编码 式键盘程序主要由判别是否有键按下子程序、键的识别子程序、找到闭合键后， 读入相应的键值，再转到相应的键处理程序

19、几个部分组成。第三章硬件部分3.1主要电路元件简介：3.1.1单片机：（1）单片机的概述单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU ,随机存取数据存储 器（RAM，只读程序存储器（ROM,输入输出电路（I/O 口），可能还包括定时 计数器，串行通信口（ SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制 电路（PWM）模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个 最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序 设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个

20、方面：集成 度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格 比高、可靠性高这几个方面。单片机按内部数据通道的宽度，可分为 4位、8位、16位及32位单片机。 它们被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、 智能接口、仪表仪器等各个领域。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地 位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥越来越大的作用。 随着移 动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势：1、微型单片化2、低功耗CMOS3、与多品种共存4、可靠性和应用水平

21、越来越高单片机有着微处理器所不具备的功能，它可以独立地完成现代工业控制所要 求的智能化控制功能这就是单片机的最大特点。然而单片机又不同于单板机，芯 片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路， 如果赋予它特定的 程序，它便是一个最小的、完整的微机控制系统。它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统 以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使芯片具备特定的智能。（2）简介 AT89C52AT89C5是一种低功耗、高性能 CMOS位微控制器，具有8K在系统可编程 Flash存储器。使用A

22、tmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常 规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。8AT89S5具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM 32位I/O 口线， 看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结 构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外， AT89S52可降至0Hz静态逻辑 操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下， CP停止工作，允许RAM

23、定 时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下， RAh内容被保存，振荡器 被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。8其引脚图， 如图3.2所示它一共有40个引脚，引脚又分为四类。其中有四个电源引脚，用来接入单片 机的工作电源。工作电源又分主电源、备用电源和编程电源。还有两个时钟引脚XTAL1 XTAL2还有由P0口、P1 口、P2口、P3口的所有引脚构成的单片机的输入/输出(10 )引脚。最后一种是控制引脚，控制引脚有四条，部分引脚具有复位 功能。综上所述，单片机的引脚特点是：1、单片机多功能，少引脚，使得引脚复用现象较多。2、 单片机具有四种总线形式：P0和P2组成

24、的16位地址地址总线；P0分 时复用为 8位数据总线；ALE PSEN RST EA和P3口的 INTO、INT1、TO、T1、WR RD以及P1 口的T2、T2EXA成控制总线；而P3口的RXD TX组成串行通信总线。89C52单片机的主要功能与MCS-51单片机产品兼容8K字节在系统可编程Flash存储器1000次擦写周期全静态操作：0HZ33Hz三级加密程序存储器32个可编程I/O 口线三个16位定时器/计数器八个中断源全双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断可唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符3.1.2 LED数码显示器的应用原理简单的讲，LED数码显示器就是由发光二极管

25、组成的，其内部结构如图3.3所示，LED数码显示器有两种连接方式：(1) 共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极与输入端相连。如图3.4所示（2）共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。如图3.5所示图3.4共阳极接法为了显示字符，要为LEDS示器提供显示段码（或称字形代码），组成一个 “8”字的七段，再加上1个小数点位，共计八段。各段位码位的对应关系如表3.1 所示。3.1.3外部驱动设备74LS373八D锁存器（3S,锁存允许输入有回环特性）简要说明：74LS

26、373为三态输出的八 D透明锁存器，共有 54S373和74LS373两 种线路.74LS373的输出端0007可直接与总线相连。当三态允许控制端 0E为低电平时，Q0Q7为正常逻辑状态，可用来驱 动负载或总线。当 0E为高电平时，Q0Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不 为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，Q随数据D而变。当LE为低电平时， D被锁存在已建立的数据电平。当 LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交 流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。引出端符号:DOD7数据输入端OE三态允许控制端（低电平有效）LE锁存允许端Q0Q7输出端真值表：DnLEOE

27、OnHHLHLHLLXLLQ0XXH高阻态3.1.4 A/D转换器ADC0809简介ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制 逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式 A/D转换器，可以和单片机直接接口。（1）ADC0809的内部逻辑结构由下图可知，ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D 转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的 数据。（2）. ADC0809引脚结构ADC08

28、09各脚功能如下：D7-D0: 8位数字量输出引脚。IN0-IN7 : 8位模拟量输入引脚。VCC : +5V工作电压。GND :地。REF（ +）:参考电压正端。REF（-）:参考电压负端。START : A/D转换启动信号输入端。ALE :地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC:转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平OE:输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。CLK :时钟信号输入端（一般为 500KHZ）。A、B、C:地址输入线。9 To IT 1T14FN3IM2IN4INITN5INOIN6ATN7BSTCFOCD3D7OEn

29、<5CLKVCGFMXOVEF4-DO»1D22827互Ts-2d22ITTzo"19Tii17T6Ts2.ADC0809应用说明(1) .ADC0809内部带有输出锁存器，可以与 AT89S51单片机直接相连。(2) .初始化时，使ST和0E信号全为低电平。(3) .送要转换的哪一通道的地址到 A , B, C端口上。(4) .在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。(5) .是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。(6) .当EOC变为高电平时，这时给 0E为高电平，转换的数据就输出给单 片机了。3.1.5 译码器 74LS138工作原理： 当一个选通端(

30、E1 )为高电平，另两个选通端(/E2)和/(E3)为低电平时，可将地址端(A0、A1、A2 )的二进制编码在 丫0至丫7对应的输出 端以低电平译出。比如：A2A1A0=110时，则丫6输出端输出低电平信号。 利用E1、E2和E3可级联扩展成 24线译码器；若外接一个反相器还可级联扩展成32线译码器。 若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器。 可用在8086的译码电路中，扩展内存在此电路中，译码器74LS138,与74ls373构成单片机总线，74ls138用于连 接外部设备功能表：15 I IK申ID4)逻辑符号(b)引謀事布 图?,8.6血融灰器?4HC?4的遇

31、辑 吧和引脚分X3.1.6 74HC74 双D触发器:74HC74为单输入端的双D触发器。一个片子里封装着两个相同的D触发器, 每个触发器只有一个D端，它们都带有直接置0端RD和直接置1端SD,为低电 平有效。CP上升沿触发。国表L S.2D解岌器74IK74船逻辑功陀表才此次设计中，74HC74用于为ADC0809!供脉冲信号，这里单片机晶振我 们采用12M ALE输出频率为大概2MKZ此处，我们用74HC74对其进行2分频, 输出大概1MHZ勺频率，用于满足ADC0809寸钟需求。3.2电路组合：321电路N变换设计:变送器输出的信号为0-20MA统一信号，需要经过I/V变换变成电压信号后

32、 才能处理，对于电动单元组合仪表， DDZ-11型号的输出信号标准为0-10mA而 DDZ-111型和DDZ-S系列的输出信号标准时4-20mA因此我们需要研究I/V变换 的实现方法：（1）无源I/V变换 无源I/V变换主要是利用无源电阻来实现的， 并可以 考虑加滤波和输出限幅等保护措施，如下图：对于0-20mA输入信号，可取 R1=100欧，R2=250欧，且R2为精密电阻，这 样当输入的I为0-20MA时，输出电压为0-5V。（2）有源I/V变换 有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器。电阻来实现，如下图:R2为精密电阻，阻值为250欧，通过采样电阻R2将电流信号转换为电压信 号，取R

33、4=1K, R5设定为4.7K电位器，通过调整R3的值，可使0-20MA输入 对应于0-5V的电压输出。本次设计采用的是I/V无源变换。3.2.2单片机主控电路：MCS-51单片机的时钟可以由两种方式产生，一种是内部方式，一种是外部 方式。本次设计采用的是内部时钟：如上图，振荡晶体采用的是12MHZ电容C1, C2取值通常在20PF-100PF之间的选择，典型值为 30PF左右，本电路采用的是 33PF。电路复位操作有上电自动复位和按键手动复位两种方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的，只要电源的上升时间不超过1MS就可以时间上电自动复位了，及通过电源就完成了系统的复位初始化。

34、 按键手动复位 有电平和脉冲方式两种。其中按键电平复位时通过按键式复位端经电阻与Vcc电源接通而实现的，而按键脉冲复位这是利用 RC微分电路产生的正脉冲来实现 的。复位电路虽然简单，但是它的作用非常重要，一个单片机系统能否正常运行,首先要检查是否能复位成功，初步检查可用示波器探头监视 RST引脚，按下 复位键，观察是否有足够幅度的波形输出（瞬时的），还可以通过改变复位电路 阻容值进行试验。323单片机系统总线：所谓总线，就是计算机各模块之间互换和传送信息的一组信号线，以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可分为片级总线 和系统总线，片级总线包括数据总线，地址总线，控制总

35、线。I2C总线。SPI总线，SCI总线等；系统总线又包括ISA总线，EISA总线，VESA总线,PCI总线等， 外部总线包括RS232 RS485 USB等总线。本次实验电路采用的是片级总线扩展8位数据传送的数字量输入/输出模板。单片机在扩展多片外部存储器和I/O 口时，所有外部扩展器件的片选端口都 必须按照地址线进行选择，片选是在保证对外部扩展的公共地址空间寻址的条件 下，使用剩余的地址线进行线选或经过译码来实现的：XTA42rauwiWTALE IXP2J3Mmw 即MIOXCO L 丘du一3 3*.*aw* TOTJNPTJ3nsnriil2Wi$HStTE9T上图采用的线选法扩展和采

36、用译码法扩展的电路图。线选法是利用剩余的 高位地址线直接进行选片，因此电路比较简单，但地址空间不连续，造成地址空 间浪费。译码法是通过外接译码器队地址译码来进行选片，因此空间不会浪费，但 由于使用译码器增加了电路复杂性，常用芯片有：2-4线译码器74LS139, 3-8译码器74LS138 4-16线译码器74LS154等，如上图，地址线 A12, A13,A14,用 3-8译码器提供8条片选线。3.2.4数码管显示电路数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。此次设计采用 的是6位8段共阳数码管（用2个3位数码管代替）其原理图如下：aJT -fc-3ua*BQQD q甲1 

37、3;aGmb'HIUJ6c吕in &GOQ3 Q.&flP+13乂OEnL nsi#川TID怖1iG(PIS1SR-o'11-ppLKIIILEtiT+LS33-,3OD QJ21'D1 tmSZ 'ft 2025目'1 Shj.Q3 c*9121临15G aDI7147 ；t'TIS'1応-I*LCT3ciUBa.HO 3阳 01OD8>15 B1R!*CZ7S3G203SIP*13EL*孙151=TE«psir轉Q55击D71S&7075l_I 1.iTE9sCLKHlLle=_16U6 1Rn

38、15 D 4UQ该电路由2个外部设备74ls373驱动，一个驱动数码显示，一个驱动数码选 段，第一个74LS373的锁存允许段LE的地址是0X8000，通过单片机编程，可 以控制其高低电平转换，当LE为高电平时，芯片工作，对数码管进行数字显示 操作，当LE为低电平时，对数码管显示数字进行锁存，然后由第二个 74LS373 进行段选，第二个74LS373地址线0X9000，当选中其地址后，由P0端口控制 其选哪一段。外部驱动电路的锁存允许端接到单片机总线上的74LS138输出上，这样接的好处是能有效避免单片机管脚不够接外部设备，加入总线及驱动设备，能有效扩展外部设备的连接325报警电路报警电路分

39、为声音报警和灯光报警，当系统出现未知错误或者人为操作错 误，可以采用电路报警，在本次设计中，报警器的主要作用是提高安全性，提高 工作人员工作效率等。由8个led灯构成一个报警电路，该8路灯借鉴LED数码管内部结构连接， 采用共阳极连接，阳极部分接在外部设备 74LS373的一个输出端口上，起选片作 用。阴极接到和数码管公用的外部设备上。当系统出现非正常状况时，LED丁闪烁报警。326 硬件设计思路：此次设计采用总线设计，对单片机I/O 口进行扩展使用，加入译码器74LS138可外部扩展8个设备，其地址线线接 P2高位。74ls373接P0端口，允 许锁存端口接74LS138,这样接不仅有效节约

40、单片机I/O端口，同时为6为数码 管提供了驱动电路，8路输入A/D转换器各个控制端接单片机 P1 口，同时接P1 口的还有电子开关，这样有助于软件编程，各个引脚是做什么的就一目了然，A/D 转换电路是输入电流为0-20MA经过I/V变换，将电流变成电压 0-5V再传到 ADC0809进行A/D转换，此刻得到的是一个8位2进制数，我们无法知道实际电 压是多少，于是我们需要转换成实际模拟电压并显示出来，便于记录。由于转换的二进制最大为11111111,又因为ADC0809勺基准电压我设计的是5V。可用如下公式思想进行换算:模拟量/5V=模拟量转换后的二进制数111111111将公式的右边转换成十进

41、制：模拟量/5V=进制转换后的十进制数/255 将得到的数据经过处理后显示在 LED数码管上即可此次设计采用总线，总线是把微处理器(CPU)，I/O 接口连接在一起。采 用总线结构，可以减少信启传输线的根数，提高系统的可靠性，增加系统的灵活 性。第四章软件部分4.1软件总体结构设计:4.2各模块软件程序流程421 ADC模数转换流程该系统的采样时间设为没每秒采样 40个样点，每当时间到50ms的倍数时启动转换，当开启的N (N<8路采样通道转换结束时，转换停止。采样完的数据传到cpu后进行显示、存储等处理。如下图:422显示模块LED流程图：423开关处理模块:第五章调试步骤5.1程序调

42、试数据采集系统的主要分为以下几个模块：数据采集转换模块、键盘控制模块、 时钟模块、液晶显示模块。其中数据采集模块包括AD电压信号量采集。由于程序比较多，整体调试不容易发现和改正错误，故采取子程序调试的 方法，但要明确子程序的具体功能。例如：调试显示子程序时，只将显示子 程序进行C语言编程，确认无误后单步执行，观察数码管输出状态是否正确。， 调试A/D转换电路，输入电压，观察A/D转换输出结果是否正确。如果有问题找出问题所在。采取各个击破的方法调试好各个子程序。确定各子程序无误后，再调试完整的程序，要注意各子程序之间的衔接 以及和主程序之间的调用和返回。运行后，观察有无键盘显示功能。若运行 结果

43、不正确，首先应根据程序运行的实际现象分析判断哪些因素可引起相关 故障，再通过调试方法逐一认证和排除。通过反复调试，发现并排除软件与 硬件存在的各类问题，以满足系统设计的预期目的。5.2调试结果当单片机编入程序后， 数码管能正确显示数字，并可以循环显示，当给A/D 转换器件ADC0809俞入一个电压信号时，能按照公式正确进行 A/D转换，可在 A/D转换输出口显示。当按下开关开关 1，系统自动循环检测，当 按下开关2， 系统数字加1,当按下开关3,系统数字减1。第六章电路PCB设计6.1多路数据采集器PCB设计: 一个完整的PCB电路板设计必须遵循以下基本原则：电气连接正确：电路板设计好后，必须保证电路板上各元器件电气连接正确； 符合电路设计者的意图；符合电路板安装的要求：电路板设计、 安装、调试好后，一般都要安装到某一 机箱中，因此电路板的外形、安装孔的大小、安装孔放置的位置等应当事先设计 好；元器件布局合理：元器件布局应当从机械结构、散热、 电磁干扰、将来布线方 便性等方面进行综合考虑；电路