用8051、ADC0809设计一个8路数据采集系统

用8051、ADC0809设计一个8路数据采集系统《计算机控制技术》课程设计报告课题名称运用8051、ADC0809设计一个8路数据采集系统专业电子信息工程班级学生姓名1学号指导教师2012年10月23日1.设计目的本设计包括确定控制任务、系统总体设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，使学生进一步学习理解计算机控制系统的组成原理、接口电路与应用程序，巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能。(1)掌握数据采集系统的设计方法。(2)结合8051设计一个8路数据采集系统。2(设计内容设计一由80C51控制的A/D数据采集和控制系统，该卡具有对八个通道上0-5V的模拟电压进行采集的能力，且可以用键盘选择装换通道，选择ADC0809作为A/D转换芯片。并在显示器上动态显示采集的数据。3(设计要求(1)根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图。(2)画出电路原理图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系。(3)用protel软件绘制电路原理图。(4)软件设计，给出流程图。4.系统总体设计步骤第一步:信号调理电路第二步:8路模拟信号的产生与A/D转换器2被测电压要求为0~5V的直流电压，可通过电位器调节产生。考虑本设计的实际需要，我选择八位逐次比较式A/D转换器(ADC0809)。第三步:发送端的数据采集与传输控制器第四步:人机通道的接口电路第五步:数据传输接口电路用单片机作为控制系统的核心，处理来自ADC0809的数据。经处理后通过串口传送，由于系统功能简单，键盘仅由两个开关和一个外部中断组成，完成采样通道的选择，单片机通过接口芯片与LED数码显示器相连，驱动显示器相应同采集到的数据。经过分析，本系统数据采集部分核心采用ADC0809，单片机系统采用8051构成的最小系统，用LED动态显示采集到的数据。数据采集与传输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，接收端(单片机、PC或其它设备)组成。本设计没有通信部分。系统框图如下图所示。5.硬件系统的设计5.1信号调理信号调理的任务:将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。多路数据采集输入通道的结构图如下图:3图5-1-1多路数据采集输入通道结构图注:缓慢变化的信号和直流信号，采样保持电路可以省略。5.2A/D转换器的选取转换速度是指完成一次A/D转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。A/D转换器型号不同，转换速度差别很大。通常，8位逐次比较式ADC的转换时间为100us左右。由于本系统的控制时间允许，可选8位逐次比较式A/D转换器。5.3A/D转换对于该八路通道输入信号，八位A/D转换器，其精度为,8,0.39%2输入为0~5V时，分辨率为5vFs,,V0.01968N,,1122其中:—A/D转换器的满量程值vFsN—ADC的二进制位数量化误差为5vFsQV,,,0.00988N,，,，(1)2(1)222ADC0809是TI公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，包括一个8位的逼近型的ADC部分，并提供一个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方便。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,所以本设计中选用该芯片作为A/D转换电4路的核心。5.4芯片ADC0809的引脚功能和主要性能ADC0809八位逐次逼近式A/D转换器是一种单片CMOS器件，包括8位模拟转换器、8通道转换开关和与微处理器兼容的控制逻辑。8路转换开关能直接联通8个单端模拟信号中的任意一个。及51单片机引脚图如下:ADC0809的引脚图ADC0809管脚图及51单片机芯片管脚图ADC0809模数转换器的引脚功能:IN0,IN7:,路模拟量输入。A、B、C:,位地址输入，3个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。ALE:地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。D0,D7:八位数据输出线，A/D转换结果由这,根线传送给单片机。OE:允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。START:启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。EOC:转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。CLK:时钟输入信号，0809的时钟频率范围在10,1200kHz，典型值为640kHz。5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，开始进入A/D装换，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，表示正在转换，在高电平时，表示转换结束。OE为低电平时，表示正在转换，为高电平时，允许转换结果输出。ADC0809的主要性能:?逐次比较型?CMOS工艺制造?单电源供电?无需零点和满刻度调整?具有三态锁存输出缓冲器，输出与TTL兼容?易与各种微控制器接口?具有锁存控制的8路模拟开关?分辨率:8位?功耗:15mW?最大不可调误差小于?1LSB?转换时间128us?转换精度:?0.4%?ADC0809没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为10~1280kHZ，典型的时钟频率为640kHZ。5.5ADC0809的接线图此电路图主要接线将八路输入模拟信号转换为数字信号，为数据处理及监控模块提供输入信号。65.6ADC0809与51单片机的接口由于ADC0809无片内时钟，时钟信号有51单片机的ALE信号经D触发器二分频后获得。此外，由于ADC0809内部设有地址锁存器，所以通道地址由P0口的低3位直接与ADC0809的ABC相连。通道基本地址为0000H~0007H。其对应关系如下表所示:7表5-6-1ADC0809输入通道地址ADC0809与51单片机的接口方法:ADC0809与51单片机的接口有3种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本题中选用查询接口方式。由于ADC0809无片内时钟，时钟信号时可由单片机的ALE信号经D触发器二分频后获得。ALE引脚的脉冲频率是8051时钟频率的1/6.该题目中单片机时钟地址码输入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7频率采用6MHz，则ALE输出的频率是1MHz，二分频后为500KHz，符合ADC0809对频率的要求。由于ADC0809内部没有地址锁存器，所以通道地址有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。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时也启动转换。RD在读取转换结果时，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。ADC0809与51单片机的接口电路如图所示:85.7控制器、振荡源和复位电路复位电路即使电路回复到初始状态，是单片机经常的工作状态。单片机振荡电路的振荡周期和时钟电路的时钟周期决定了CPU的时序。在绘制原理图时没有画上电外部复位电路、内部振荡器方式电路。复位电路:采用上电外部复位电路上电外部复位电路内部振荡器方式5.8键盘与显示电路由于8155接口芯片含有单片机应用系统拓展常用的资源，所以可以方便的利用8155构成键盘和显示接口电路。9上图中6个显示器采用共阴极的LED，段数据由8155的B口提供，位选信号由A口提供。键盘的列扫描也由A口提供。键盘的行由C口提供。PA0到PA5与6段数码管的交叉点为18个按键。6.软件程序设计系统的软件的设计采用的是汇编语言，对单片机进行编程实现各种功能。10程序是在windowsxp环境下采用keil软件编写的，可以实现对八路数据的采集与处理，能实现对数据、地址的显示。6.1主程序流程图及其程序:开始系统初始化调用数据采集子程序调用标度变换子程序取相应通道数据调用数制转换子程序调用数据显示子程序调用数据发送子程序主程序流程图主程序:ORG0100HMAIN:MOVSP,#60H;给堆栈指针赋初值11MOVSCON,#50H;设置串口方式1控制字MOVTMOD,#21H;设置波特率为9600MOVTH1,#0FDHMOVTL1,#0FDH;给定时器赋初值SETBTR1;启动定时器CLRP1.7;清空P1.7口SETBP1.6;置1P1.6MOVR0,#0FFH;在寄存器R0中写入FFLOOP:MOVR4,#00H;清空寄存器R4LOOP1:MOVA,R4;将寄存器R4的值送入累加器ASWAPA;交换A中的值ANLA,R4;将A与R4中的值相与MOVR2,A;将A的值放入寄存器R2,发送指令内容MOVTDH,R4LCALLFAS;调用发送子程序LCALLSJCLMOVR7,#064HXH:LCALLDISPLAYDJNZR7,XH;调用数码管显示子程序INCR0INCR4CJNER4,#08H,LOOP1AJMPLOOP6.2、数码管显示及键盘子程序:KD1:MOVA,#OOOOOO11BMOVDPTR,#7F00HMOV@DPTR,AKEY1:ACALLKS1JNZLK1ACALLDISAJMPKEY1LK1:ACALLDISACALLDISACALLKS1JNZLK2ACALLDISAJMPKEY1LK2:MOVR2,#0FEHMOVR4,#OOHLK4:MOVR2,#37F01HMOVA,R2CPLAMOVX@DPTR,AINCDPTR12INCDPTRMOVXA,@DPTRJBACC.1,LTW0MOVA,#00HAJMPLKPLONE:JBACC.2,NEXTMOVA,#0CHLKP:ADDA,R4PUSHACCLK3:ACALLDISACALLKS1JNZLK3POPACCRETNEXT:INCR4MOVA,R2JNBACC.5,KNDRLAMOVR2,AAJMPLK4KND:AJMPKEY1KS1:MOVDPTR,#7F01HMOVA,#OFFHMOVX@DPTR,AINCDPTRINCDPTRMOVXA,@DPTRCPLAANLA,#OFHRET6.3查询方式的程序ORGOO13HAJMPPINT1ORG2000HMAIN:MOVR1,#DATASETBIT1SETBEASETBEX1MOVDPTR,#7FF8HMOVX@DPTR,ALOOP:NOPAJMPLOOPORG2100HPINT1:PUSHPSW13PUSHACCPUSHDPLPUSHDPHMOVDPTR,#7FF8HMOVXA,@DPTRMOV@R1,AINCR1MOVX@DPTR,APOPDPHPOPDPLPOPACCPOPPSW7.课程设计心得14通过这次课程设计，我深刻的了解到了数据采集系统的原理、构成部分和数据采集系统和电气工程及其自动化之间的紧密联系，该系统可以采集的发电厂运行数据包括电气参数和非电气参数两类。在此次课程设计当中学到了很多东西，特别是用protel软件绘制原理图，要求细心布置图局并自己制作元器件80C51、74LS373、8155、ADC0809、D_With_CLK。确实对自己专业的理论知识和实践的结合有了很大的帮助，对我个人而言确实受益匪浅。本次课程设计是一个由80C51控制的A/D数据采集控制系统，这卡上对应有8个通道0到5V的模拟电压采集的能力，要求用键盘选择转换通道。在以上的设计里，基本满足了设计需求的要素。这次的课程设计主要应用的知识，有单片机控制系统的构成，接口电路与应用程序，再一次巩固了所学的理论知识。结合自己大学期间的实际积累的专业基础知识和相关专业课程知识。总体来说这是一次，理论与实践的结合，有助于我们应用专业的理论知识解决实际问题。在这次课程设计里有很多不尽如人意的地方，但是这个设计是