16路数据采集器

1、课程设计（论文）任务及评语院（系）：电气工程学院 教研室：测控技术与仪器学 号学生姓名专业班级课程设计（论文）题目多通道数据采集器课程设计（论文）任务设计内容1以AT89S51单片机为控制核心，对16路电压信号进行采集；2设计相应信号采集电路和切换电路；3设计4位按键，用于实现手动与自动的切换；4采用6位数码管进行显示；设计要求1应用绘图软件画出完整电路图；2画出程序流程图，编写较完整的应用程序；3尽可能降低设计的成本；4课程设计字数：4000字；5严禁使用芯片介绍；6严禁相互抄袭。技术参数116路电压信号中，每一路的巡检周期为1s；2电压变化范围010V，检测精度为1%；3数码管前1位显示通

2、道号，后3位显示当前通道电压值。指导教师评语及成绩 平时： 论文质量： 答辩：成绩： 指导教师签字： 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算摘要数据采集系统是将输入的模拟信号转化为单片机可识别的数字信号，经单片机处理后将处理的数据输出给相应的执行部分。本设计的目的是对多路输入的电压信号进行监测，控制。即将采集到的数据进行处理、传输、显示。本设计是对16路电压信号进行采集并显示。数据采集系统一般由数据输入通道，数据管理，数据处理，数据输出和显示几部分组成。输入通道要实现对被测信号的监测，采样和信号转换等工作。数据的管理包括存储等功能，数据处理就是从采集的原始数

3、据中进行必要的分析和提取。数据输出和显示就是数据以适当的形式输出出来。本设计是将输入的电压通过A/D转换，将模拟电压信号转换成数字信号，然后将数字信号传给单片机。经单片机分析处理后，将处理数据传输给显示系统，即由数码管显示。关键词：单片机；A/D转换器；数码管目录第1章 绪论11.1 简介及应用11.2 设计概述1第2章 课程设计方案22.1 系统概述22.2 系统构成2第3章 硬件设计43.1 A/D转换43.2 单片机系统53.3 输出显示6第4章 软件设计84.1 程序设计流程图84.2 流程图介绍8第5章 课程设计总结10参考文献11附录 12附录 12第1章 绪论1.1简介及应用 在

4、工业控制现场，常常需要采集大量的现场数据，如电压、电流、温度、气压等，并将这些数据采集模块采集的数据传输到主机上进行处理，由主机根据这些处理的结果，将控制信号传输给现场执行模块进行各种操作。在数据采集及处理行业快速发展的今天，数据采集已经广泛应用于各个领域。国外各种数据采集器的先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，这使得多功能数据采集系统的发展尤为重要。数据采集系统始于20世纪50年代，由于数据采集系统具有高速型和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和通信任务，因而得到了迅速的发展。由于集成电路的制造技术不断提高，数据采集技术已经

5、在军事、航空电子、工业等领域得到了广泛的应用。1.2设计概述本设计是以单片机为核心通过AD转换器对16路电压信号进行采集并转换成数字信号，然后送入单片机，经过单片机处理后由数码管进行显示。另外在系统中加入键盘用以实现人机交互完成手动和自动的切换。 第2章 课程设计方案2.1 系统概述 本设计是通过对16路电压信号的采集，全面巩固A/D转换器、单片机、键盘和显示的应用。系统功能：通过对多路电压的采集实现实时监测和显示以了解系统的运行状态，进而对系统进行相应的调整。应用场合：需要对多路电压信号采集分析的场合。2.2 系统构成 本设计主要由四部分构成：A/D转换、单片机、键盘和显示。设计构成图如下A

6、/D转换单片机数码管显示键盘图 2 系统组成AD转换器的16个接口分别和外部16路电压相连接，当任何一个接口的电压信号进入转换器后则开始转换，输入电压信号经过A/D转换后成为数字信号。方案一是将16路电压经过一个多路模拟开关后，然后由输出端传给一个AD转换器，再由转换器将数字信号传给单片机。方案二是直接将16路电压信号和一个16路AD转换器相连接，然后输出给单片机。 方案一考虑了经济方面的因素，但电路连接比方案二复杂，而且增加了器件，使得整个系统的不稳定因素增加，另外造成了AD转换器的接口的浪费。方案二虽然采用的转换器价格比一要昂贵，但整体利用率高，同时选用的器件的数量少，系统的可靠性较高。所

7、以综合考虑选用方案二。在转换器转换完成后，单片机的控制端给出信号使转换器输出通道打开，然后将数字信号送入单片机。再由单片机处理后并把数据转化成BCD码输出给锁存器，当锁存器锁存信号允许打开时由锁存器驱动数码管显示。显示部分由四位数码管组成并采用动态显示，第一位用来显示通道，其余三位则用来显示数值。系统共设置四个按键则用来实现手动和自动功能的切换，四个按键和单片机端口连接，通过给入按键信号分别实现不同的功能包括：跳转至上一个显示、跳转至下一个显示、一直显示当前位、跳转至起始显示，当单片机扫描到按键按下时则程序跳转至相应的程序，由单片机分析处理后给输出部分，然后由显示部分显示用户所需要的数据。第3

8、章 硬件设计3.1 A/D转换转换部分是16路电压信号通过一个ADC0816进行模数转换后，将输出的八位数字量通过输出端传输给AT89S51。因为A/D转换器的工作频率大约为500KHz，而由单片机ALE口输出信号的频率为2MHz，所以要将ALE的输出通过一个四分频电路。分频电路的组成如图3.1。其中U6的CP端接单片机的ALE。电路是采用两个74LS74进行四分频，输出端的频率信号给ADC0816的CLOCK端，用以提供ADC0816的工作频率。图 3.1 分频器电路图图3.2是ADC0816和单片机的接线图。IN0-IN15为16路电压输入端，23-31引脚是8位数据输出端和单片机的P0口

9、连接，转换后的数据由AD输出后从P0口进入单片机。转换器的地址控制端即ADD A-ADD D和单片机的P1.4-P1.7连接，单片机的四个输出口输出的数据改变时相应的AD转换器的不同的通道会打开使外部信号进入转换器，然后把输入的数据进行AD转换。转换器的START用来控制转换的开启，转换开启是手单片机的P3.5控制的，当P3.5输出一个高电平时会使转换器启动。当数据转换完成后要输出，但输出允许控制位要受单片机控制的P3.6控制，只有当OE允许时AD转换器才会把数据输出给单片机。图 3.2 RETZ R7,$01于本人初涉单片机也无法确保 AD转换器和单片机连接图3.2 单片机系统图3.3为振荡

10、器和复位电路的电路图。单片机工作时是需要时钟电路的，虽然单片机内部有时钟电路，但自己本身不会工作，必须要在外部给予振荡源。单片机的复位是靠外部复位电路来实现的，复位可以使单片机初始化，也可以使死机状态下的单片机重新启动。在复位电路中通过按下SW键10ms以上的时间便可以使单片机可靠的复位,当RET从高电平变为低电平后单片机会从0000H地址开始执行程序。图 3.3 晶振和复位电路图3.4为单片机芯片及引脚图。其中P0口因为单片机内部没有上拉电阻所以当使用时在外部需要外接上拉电阻。P1.0-P1.3外接四个键盘，通过键盘扫描程序对各个键盘的状态进行扫描。P1.4-P1.7接AD中的四个通道选取的

11、引脚用来控制AD中各个不同通道的选通。P0口和AD的八位输出相连接，但只有AD输出允许控制位打开时，转换后的数据才能由转换器进入单片机。P2口外接锁存器，输出数据经锁存器锁存后然后由锁存器驱动数码管显示。P3口接外部电路相应的控制位，其中P3.0和P3.1接译码器的输入端A和B，P3.3接锁存器的CLK端用来控制锁存器的锁存，P3.5接转换器的ALE和START端控制转换器的启动，P3.6接转换器的输出允控制端用来控制转换数据的输出。单片机通过从P0口送入的数据处理得到需要显示的数据并转化成BCD码由显示部分显示。图 3.4 AT89S513.3 输出显示图3.5是输出显示部分，是由锁存器和数

12、码管两部分组成。单片机P2口输出的数据经锁存器所存并驱动后面的数码管，则相应的字符便会得到显示。锁存器74LS273为上升沿所存，当单片机的控制信号给CLK高电平时，锁存器锁存输出的数据，同时数据由Q端输出，驱动数码管。当需要显示下一个字符时则控制端再次给以一个上升沿。数码管的控制端用于控制位选，四位数码管的位选控制端是和译码器74HC139的四个输出端连接的，当位选端给低电平时是数码管点亮，高电平时则熄灭。系统的显示采用的是动态显示，即每个时刻只有一个数码管亮，通过循环执行实现16路电压的显示。 图3.5 数码管显示第4章 软件设计4.1 程序设计流程图开始调用采集信号程序设置循环参数16转

13、BCD码并保存调用16路循环显示子程序指向下一个地址是否满16次YN图4 主程序流程图4.2 流程图介绍整个流程图是从外部输入给AD的电压开始，电压经AD入口进入转换器，同时单片机控制地址输入信号使要选择的转换通路打开，然后控制信号启动AD转换。当转换结束后，单片机控制输出允许打开，则转换数据进入单片机。单片机处理后将得到的数转化成BCD码然后输出给锁存器，锁存器控制端控制锁存信号并通过输出端输出，然后由数码管显示。显示时间1s后控制AD地址输入端输入下一个地址，然后下一路电压信号进入。当16路电压信号全部显示一遍后跳转至起始地址，从新开始进行16路电压的显示。16路电压的循环显示则由程序中的

14、判断语句执行。每次执行完一次显示后进行一次判断，不满16是则顺序往下执行，到达16时程序跳转至开始，重新开始新一轮的转换和显示。第5章 课程设计总结本设计主要根据目前基于对电压信号采集而设计的，采用了自动化的结构形式，实现对多路电压的自动检测和显示。系统以单片机AT89S51为核心部件，单片机系统完成对电表信号的采集、处理、显示等功能，利用汇编语言编制相应的控制和显示程序以达到对16路电压信号采集的目的。本设计的主要特点是：适用性强，用户只需对界面参数进行观察来判断系统的运行情况；并且同时对多路电压监测，提高了效率；可以实现手动和自控的切换便于操作；采用动态显示的方法降低了功耗；系统成本低廉，

15、操作非常简单。设计存在的不足：本设计只能对小范围的电压信号进行监测，在使用上受到了一定的限制；按键控制方面比较简单只能实现一些基本功能，上下循环显示、本位显示、起始显示，对于一些手动要求比较多并且较复杂的场合，本设计在功能实现上就会带来一定的困难。 参考文献1 梅丽凤.单片机原理及接口技术.北京：清华大学出版社，20092 李群芳，黄 建.单片微型计算机与接口技术. 北京：电子工业出版社，20023 杨 博,李宛洲. 基于单片机的新型多路数据采集系统.仪表技术与传感器，20064 周立功.单片机实验与实践. 北京：北京航空航天大学出版社，20045 武庆生,仇梅.单片机原理与应用.电子科技大学

16、出版，19986 朱定华.单片机原理与接口技术.电子工业出版社，20017 刘瑞新.单片机原理及应用教程.机械工业出版社，2003附录 电路原理图附录 CLR P3.5 CLR P3.6CLR P1.4 CLR P1.5CLR P1.6CLR P1.7SETB P3.5LCALL DEL AD转换需要大概10-50us设置一个延迟SETB P3.6CLR P3.5 CLR P3.6AD转换通道0的转换程序CLR P1.4 CLR P1.5CLR P1.6CLR P1.7SETB P3.5 LCALL DEL SETB P3.6CLR P3.5CLR P3.6AD转换通道1的转换程序LOOP:C

17、LR P3.3 MOV P2,#data1 第一位数码管给值 CLR P3.0CLR P3.1LCALL DELLSETB P3.3CLR P3.3MOV P2,#data2 第二位数码管给值CLR P3.0SETB P3.1LCALL DELLSETB P3.3CLR P3.3MOV P2,#data3SETB P3.0CLR P3.1LCALL DELLSETB P3.3CLR P3.3MOV P2,#data4SETB P3.0SETB P3.1LCALL DELLSETB P3.3LJMP LOOPDELL:MOV R7,#100 DJNZ R7,$ RET数码管动态显示程序LOOP1:CLR P3.3 MOV P2,#data1 CLR P3.0CLR P3.1 . .LOOP2:CLR P3.3 MOV P2,#data1 CLR P3.0CLR P3.1.JNB P1.0，LOOP1 LOOP1JNB P1.1，LOOP2 LOOP3JNB P1.2，LOOP3 LOOP2J