单片机的应用于数据采集-存储--显示

1、WIT单片机课程设计-用单片机控制的数据采集系统第一章 设计任务与要求1. 设计任务单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度。本次设计以8051单片机为核心，实现空调的智能控制因为8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。而且还适用于仪器仪表，不仅能完成测量还可以进行数据的处理和监控等。本次以单片机为主控器设计单片机主电路、数据采集接口电路扩展A/D和D/A接口，构成一路模拟量输入的数据采集系统，要求设计制作出硬件电路、LED显示电路、时钟信号控制电路，能够实现对多路电压值进行测量，能够显示当

2、前实际的温度值，温度值精度小数点后1位，可以通过ADC0809模数转换芯片将采集的模拟信号转换为数字信号并在LED显示屏显示出来。2. 设计要求以单片机为控制器核心扩展A/D和D/A接口，构成一个多路模拟量输入的数据采集系统，要求设计制作出硬件电路，编制并调试出程序。多路数据采样系统框图第二章 设计依据单片机在工业控制系统诸多领域得到了极为广泛的应用。特别是其中的51系列的单片机的出现，具有更好的稳定性，更快和更准确的运算精度。本次设计以8051单片机为核心，实现空调的智能控制因为8051单片机应用广泛，性能稳定，抗干扰能力强，性价比高。而且还适用于仪器仪表，不仅能完成测量还可以进行数据的处理

3、和监控等。51系列单片机主要功能：l 8位CPU。l 片内带震荡器，振荡频率fose范围为1.2到12MHz;可有时钟输出。l 128个字节的片内数据存储器。l 4KB的片内程序存储器。l 程序存储器的寻址范围为64KB。l 片外数据存储器的寻址范围为64KB。l 21个字节专用寄存器。l 4个8位并行I/O接口：p1、p2、p3、p0。l 1个全双工串行I/O接口，可多机通信。l 2个16位定时/计数器。l 中断系统有5个中断源，可编程为2个优先级。l 111条指令，含乘法指令和除法指令。l 有强的位寻址、位处理能力。l 片内采用单总线结构。l 用单一+5V电源。数据采样是智能仪表、自动控制

4、系统中不可缺少的部分，本次设计中由于8051单片机本身不具备将电量信号转换成数字量的功能，所以必须扩展A/D、D/A接口。输入信号是用5 V 电源经电位器调节得到05 V的采样输入信号送入ADC电路。单片机分时对模拟输入信号进行采集，获得数值信号单片机内存储RAM中，也可以使用扩展RAM。经处理后的信号之后单片机将RAM中的数值量送入D/A转换电路，D/A电路通常输出与数字量相对应的模拟电流，经I/ V变换成模拟电压值。第三章 控制系统性能说明单片机多通道温度采集测控系统采用集成温度传感器满足温度测量，并将温度信号转换成电流，转换为电压信号，通过放大电路最终交由模/数转换芯片转换成数字信号经单

5、片机处理并经输出驱动电路显示于LED数码管。该测量仪可实现多点不同区域测量，单通道，循环测量。还具有超温报警和自动控制功能，当温度超过某一设定值时，系统控制继电器来关闭加温设备。除此之外，考虑到测控会用于工业生产当中，可靠性要求比较重要，并要具有抗干扰能力和避免、消除干扰的能力，以保证系统平稳工作。由以上大致分析，整个系统控制将由8051单片机为核心构成。选用ADC0809作为模/数转换芯片，各个检测信号、控制信号、显示信号可由单片机的I/O口进行，并由程序保证系统抗干扰的能力。将数据采集接口T-DETECT端口电压传入ADC0809数模转换元件中的IN-0通道，经转换后通过D0至D7与单片机

6、P0口连接，把转换完的模拟信号以数字信号的信号的形式传给单片机，信号经过单片机处理后输入LED数码显示管显示。本设计使用的数据流输出为串入并出形式，这样的好处是使用接口较少，使用方便。系统总体方案结构图第四章 硬件设计1. 主要电路下面主要介绍温度采集系统中设计到的一些系统中的主要模块电路的设计原理和工作方式。1.1 温度测量与控制电路本实验需要用到CPU模块和温度测量与控制模块、并行模数转换模块、8279显示模块。温度测量与控制电路原理参见图。温度测量与控制电路1.2 静态数码管显示电路本次实验设计需要用到CPU模块和静态数码管显示模块。静态数码管显示电路原理图参见下图。静态数码管显示电路（

7、a）. 系统各跳线器处在初始设置状态。用导线对应连接静态数码管显示模块的DIN、CLK到CPU模块的P30、P31。（b）. 启动PC机，运行程序。（c）. 观察数码显示结果。2. 硬件设计2.1 单片机主电路设计在本次课题设计中我们选择了8051芯片，其具有功能强、体积小、成本低、功耗小等特点，它可单独地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。8051单片机2.2 测量、转换电路设计 使用ADC0809作为数模转换元件，其引脚图:ADC0809引脚图ADC0809是带有8路模拟开关的8位A/D转换芯片，所以它可有8个模拟量的输入

8、端，由芯片的A，B，C三个引脚来选择模拟通道中的一个。 A，B，C三端分别与AT89C51的P0.0P0.2相接。地址锁存信号(ALE)和启动转换信号（START），由P2.6和/WR或非得到。输出允许，由P2.6和/RD或非得到。时钟信号，可有89C51的ALE输出得到，不过当采用12M晶振时，应该先进行二分频，以满足ADC0809的时钟信号必须小于640K的要求。与单片机的连接如图所示数据转换系统电路图2.3 显示电路设计2.3.1 LED数码管构成 LED数码管显示器是由发光二极管显示字段的显示器件，也称为数码管。其外形结构如图所示。它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可用来显示0-9

9、、A-F及小数点“.”等字符。数码管有共阴极和共阳极两种结构规格，电阻为外接。共阴极数码管的发光二极管阴极共地，当某发光二极管的阳极为高电平时，二极管点亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极，并接高电平，对于需点亮的发光二极管将其阴极接低电平即可。 (a) 共阴极 (b) 共阳极 （C）字段显示2.3.2 显示方式（a）. 静态显示方式直接利用并行口输出。LED显示工作于静态显示方式时,各位的共阴极连接在一起接地;每位的段选线分别于一个8位的锁存输出相连。一般称之为静态显示,是由于显示器中的各位相互独立。而且各位的显示字符一经确定,相应锁存器的输出将维持不变,直到显示另一个字符为止。本实验采用串入

10、并出的静态显示方式。利用通信号串行输出。在实际应用中,多位LED显示时，为了简化电路，在系统不需要通信功能时，经常采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164来实现静态显示。（b）. 动态显示方式对多位LED显示器的动态显示，通常都时采用动态扫描的方法进行显示，即逐个循环点亮各位显示器。这样虽然在任一时刻只有一位显示器被点亮，但是由于间隔时间较短，且人眼具有视觉残留效应，看起来与全部显示器持续点亮一样。为了实现LED显示器的动态扫描，除了要给显示器提供的输入之外，还要对显示器加位选择控制，这就是通常所说的段控和位控。因此多位LED显示器接口电路需要有两个输出口，其中一个用于输出8位控

11、信号；另一个用于输出段控信号，其连接图如下。 LED显示电路七段LED段选码表: 显示字符共阴极段显示字符共阴极段03FHC39H106HD5EH25BHE79H34FHF71H466HP73H56DHU3EH67DH31H707Hy6EH87FH8.FFH96FH“灭”00HA77H/B7CH/第五章 软件设计1. 工作流程 在模拟信号转换开始初期延时一段时间(150微秒)，延时完成后数据肯定已经转换完毕。转向数据存储程序，最后再到显示程序，本设计使用的是串入并出形式的显示方法。要求正确的显示温度值。完成一次温度采集显示程序后，要延时1秒，使的数据显示稳定，如果延时时间过短，温度值会在跳跃的

12、临界点闪烁。然后转向温度采集并循环显示程序。工作流程图如下： N Y转换数据的处理继续等待转换结果的处理延时转换时间数据显示延时开始转换完成选择第0通道主程序流程图2. 存储空间定义安排 40H用于存放A/D转换结果，40H、41H、42H三个位置分别存储显示用的三位数据，具体情况如下表：存储空间定义表40H用于存放A/D转换结果40H温度值十位数部分41H温度值个位数部分（小数点的处理）42H温度值小数位部分3. 模块程序设计3.1 A/D转换测量程序A/D转换的常用方法有：计数式A/D转换，逐次逼近型A/D转换，双积分式A/D转换， V/F变换型A/D转换。在这些转换方式中，记数式A/D转

13、换线路比较简单，但转换速度较慢，所以现在很少应用。双积分式A/D转换精度高，多用于数据采集及精度要求比较高的场合，如5G14433（31/2位），AD7555（41/2位或51/2位）等，但速度更慢。逐次逼近型A/D转换既照顾了转换速度，有具有一定的精度，这里选用的是逐次逼近型的A/D转换芯片ADC0809。采用延时控制的方式实现，不浪费时间，效率较高。其流程图如下： A/D转换测量程序3.2 显示程序LED显示工作于静态显示方式时,各位的共阴极连接在一起接地;每位的段选线分别于一个8位的锁存输出相连。一般称之为静态显示,是由于显示器中的各位相互独立。而且各位的显示字符一经确定,相应锁存器的输

14、出将维持不变,直到显示另一个字符为止。本实验采用串入并出的静态显示方式。利用通信号串行输出。在实际应用中,多位LED显示时，为了简化电路，在系统不需要通信功能时，采用串行通信口工作方式0，外接移位寄存器74LS164来实现静态显示。读取判断单元显示电压十位数部分显示电压个位数部分（小数点）显示电压小数部分LED显示开始程序40H41H42H显示子程序程序框图 4. 系统程序代码 org 000h jmp main org 0030hmain: mov r0,#40h mov dptr,#0bff8h;指向0809首地址 movx dptr,a ;启动A/D转换 tt1: movx a,dptr

15、 ;读数 movx r0,a ;存数 movx dptr,a ;启动A/D转换 lcall delay128us ;等待转换完毕（至少128us） movx a,dptr mov r0,a lcall tran ;模数-数据转换 lcall disp ;数据的静态显示 lcall delay1s sjmp main ;数据转换tran: mov r0,#40h mov r3,#00h mov a,r0;把r0中的数给a mov b,#03h;标度变换 3格一度 div ab mov r3,b mov b,#0ah;将标度变换结果的整数部分进行BCD码转换 div ab mov r0,a;将十位

16、数送显示缓冲单元 inc r0;指向缓冲单元下一地址 mov r0,b;将个位数送显示缓冲单元 mov a,r3 ;标度转换结果小数部分处理 mov b,#03h ;实现三格一度 mul ab inc r0 mov r0,a ;送显示缓冲单元lop: ret;静态显示子程序-串入并出disp: mov dptr,#tab mov r0,#40h ;r0指向缓存区首地址 mov a,r0 ;将整数位数给a movc a,a+dptr ;利用表格计算十位七段LED数码管的段码 mov 40h,a ;将段码结果送入40h inc r0 ;r0指向缓存区下一地址 mov a,r0 ;将个位数给a mo

17、vc a,a+dptr ;利用表格计算个位七段LED数码管的段码 mov 41h,a ;将段码结果送入41h inc r0 ;r0指向缓存区下一地址 mov a,r0 ;将小数给a movc a,a+dptr ;利用表格计算小数位七段LED数码管的段码 mov 42h,a ;将段码结果送入42h；最后一位清零 mov 43h,#00h mov a,43h mov r7,#8ccc: jb acc.7,aaa ; clr p3.0 ; jmp bbbaaa: setb p3.0bbb: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,ccc;小数位数显示 mov a,42h mo

18、v r7,#8 cc: jb acc.7,aa ; clr p3.0 ; jmp bbaa: setb p3.0bb: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,cc ;所有位检测后顺序执行;个位数显示 orl 41h,#80h ;个位数后置小数点 mov a,41h mov r7,#8 dd: jb acc.7,ee clr p3.0 jmp ff ee: setb p3.0 ff: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,dd ;十位数数显示 mov a,40h mov r7,#8 gg: jb acc.7,hh clr p3.0 jmp ii hh: setb p3.0 ii: setb p3.1 clr p3.1 rl a djnz r7,ggtab: db 3fh,06h,5bh,4fh,66h db 6dh,7dh,07h,7fh,