單片機多路數據采集控制系統(tǒng)課程設計報告

1、.單片機多路數據采集控制系統(tǒng)課程設計報告葉醒Xb09610118余希Xb09610120一、設計目的運用單片機原理及其應用等課程知識，根據題目要求進行軟硬件系統(tǒng)的設計和調試，從而加深對本課程知識的理解， 把學過的比較零碎的知識系統(tǒng)化，比較系統(tǒng)的學習開發(fā)單片機應用系統(tǒng)的基本步驟和基本方法 ，使學生應用知識能力、設計能力 、調試能力以及報告撰寫能力等有一定的提高。二、設計要求用 8051 單片機設計數據采集控制系統(tǒng) ，基本要求如下 ：基本部分 ：1 可實現 8 路數據的采集 ，假設 8 路信號均為 05V的電壓信號 。2 采集數據可通過 LCD 顯示，顯示格式為 通道號 電壓值 ，如01 4.5

2、。3 可通過鍵盤設置采集方式 ：單點采集 、多路巡測 、采集時間間隔 。4 具有異常數據聲音爆晶功能：對第一路數據可設置正常數據的上限值和下限值，當采集的數據出現異常，發(fā)出報警信號 。選作功能 ：1.異常數據音樂報警 。2.可輸出 8 路順序控制信號 ，設每路順序控制信號為一位，順序控制的流程為 ：延時 3秒延時 3秒工序 3延時 6秒工序 4工序 1工序 2延時 6秒延時 1秒延時 1秒延時 1秒工序 6延時 1秒工序 5工序 8工序 7三、總體設計我們選擇單片機與A/D 轉換芯片結合的方法實現本設計。 使用的基本元器件是 ： AT89C52 單片機 ，ADC0809 模數轉換芯片，LCD

3、顯示器 ，按鍵 ，電容 ，電阻 ，晶振等 。數字電壓測量電路由A/D 轉換 、數據處理及顯示控制等組成。A/D 轉換由集成電路 ADC0809 完成 。ADC0809 具有 8 路擬輸入端口 ，地址線 （23- 25 腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D 換 。 22 腳為地址鎖存控制 ，當輸入為高電平時，對地址信號進行鎖存。6腳為測試控制 ，當輸入一個 2uS 寬高電平脈沖時，就開始 A/D 轉換 。 7 腳為 A/D 轉換結束標志 ，當 A/D 轉換結束時 ，7 腳輸出高電平 。 9 腳為 A/D 轉換數據輸出允許控制 ，當 OE 腳為高電平時 ， A/D 轉換數據從該端口輸出 。 10 腳

4、為 0809 的時鐘輸入端 。單片機的 P1.5P1.7 、 P3 端口作 1602液晶顯示控制 。P2 端口作 A/D 轉換數據讀入用 ， P0 端口用作 0809的 A/D 轉換控制 。通過對單片機 p3.5口置低電平控制LED 亮燈 ， p3.4口置高電平時蜂鳴器報警。.專業(yè) .專注.流程圖 ：主要程序介紹 ：開始CLR P1.7MOV A,R0MOV DPTR,#1FFFH 循環(huán)判斷按鍵1，按鍵2 有沒按下RL ARL A按 鍵 1按下，開啟2 按下，開啟RL AADC0808 轉換按 鍵AD0808 轉換.專業(yè) .專注.輸出二進制數經過處輸出二進制數經過處理，在由數碼管輸出.RL A

5、RL AMOV P0,AMOV P2,#0CLR P3.6SETB P3.6AD2:JNB P3.2,AD2MOVX A,DPTRMOV R1,ARET是選擇 ADC0808的哪個口讀電壓，然后手動開啟ADC0808工作 ，再將讀到的代表電壓的二進制送入單片機內部MOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_1MOVCA,A+DPTRMOVR2,AMOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_2MOVCA,A+DPTRMOVR3,ARET將讀到的二進制數進行查表轉化，轉化為可識別的電壓，再處理 ，然后通過數碼管輸出四、硬件設計1原理圖.專業(yè) .專注.2PCB 圖3 80C5280C52是 INTE

6、L 公司MCS-51系列單片機中基本的產品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS.專業(yè) .專注.工藝技術制造的高性能8 位單片機，屬于標準的MCS-51速和高密度技術及CHMOS的低功耗特征，它基于標準的的 HCMOS 產品 。 它結合了 HMOS 的高MCS-51單片機體系結構和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應用場合。80C52 內置 8 位中央處理單元、 256 字節(jié)內部數據存儲器RAM 、 8k 片內程序存儲器(ROM) 、 32 個雙向輸入 / 輸出 (I/O) 口、 3 個 16 位定時 / 計數器和 5

7、個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路 。此外 ， 80C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU 而 RAM 定時器 、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下 ，保存 RAM 數據 ，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。80C52 有 PDIP(40pin) 和 PLCC(44pin) 兩種封裝形式。4 ADC0809ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS 工藝 8 通道 ， 8 位逐次逼近式A/D 模數轉換器。其內部有一個8 通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8 路模擬輸入信號中的一個進行A/D 轉換

8、 。 是目前國內應用最廣泛的8 位通用A/D 芯片 。本數據采集系統(tǒng)采用單片機作為處理器。單片機所處理和傳輸的都是不連續(xù)的數字信號，而實際中遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，模擬量經傳感器轉換成電信號后，需要模 / 數轉換將其變成數字信號才可以輸入到數字系統(tǒng)中進行處理和控制，因此 ，把模擬量轉換成數字量輸出的接口電路，即 A/D轉換器就是現實信號轉換的橋梁。目前 ，世界上有多種類型的A/D轉換器 ，如并行比較型、逐次逼近型 、積分型等 。本文采用逐次逼近型 A/D 轉換器 ，該類 A/D 轉換器轉換精度高，速度快 ，價格適中 ，是目前種類最多，應用最廣的A/D轉換器 。 逐次逼近型A/D轉換器一般

9、由比較器、D/A轉換器 、寄存器 、時鐘發(fā)生器以及控制邏輯電路組成。(1)ADC0809結構功能.專業(yè) .專注.1）8 路 8 位 AD 轉換器，即分辨率 8 位。2）具有轉換起?？刂贫?。3）轉換時間為100 s4）單個 5V 電源供電5）模擬輸入電壓范圍0 5V ，不需零點和滿刻度校準。6）工作溫度范圍為-40 85 攝氏度7）低功耗 ，約 15mW 。2 內部結構ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式A D 轉換器 ，內部結構如圖13 22 所示 ，它由 8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器 、8 位開關樹型D A 轉換器 、逐次逼近3 外部特性 （引腳功能 ）ADC0809

10、芯片有 28 條引腳 ，采用雙列直插式封裝，如圖 13 23 所示。 下面說明各引腳功能。IN0 IN7 ： 8 路模擬量輸入端。2-1 2-8 ： 8 位數字量輸出端。ADDA 、 ADDB 、 ADDC ： 3 位地址輸入線 ，用于選通8 路模擬輸入中的一路ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效 。START： A D 轉換啟動信號 ，輸入 ，高電平有效 。EOC： A D 轉換結束信號 ，輸出 ，當 A D 轉換結束時 ，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平 ）。OE：數據輸出允許信號，輸入 ，高電平有效 。 當 A D 轉換結束時 ，此端輸入一個高電平，才能打.專業(yè) .專注.開

11、輸出三態(tài)門，輸出數字量 。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ 。REF（ + ）、 REF（ -）： 基準電壓 。Vcc：電源 ，單一 5V 。GND ：地。ADC0809 的工作過程是 ：首先輸入3 位地址 ，并使 ALE=1 ，將地址存入地址鎖存器中 。 此地址經譯碼選通8 路模擬輸入之一到比較器 。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復位 。 下降沿啟動A D 轉換，之后 EOC 輸出信號變低 ，指示轉換正在進行。直到 A D 轉換完成 ， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指示 A D 轉換結束 ，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當 OE 輸入高電平時，輸出三態(tài)門

12、打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。(2) ADC0809 的工作時序地址鎖存信號ALE 在上升沿將三位通道地址鎖存，相應通道的模擬量經過多路模擬開關送到A D 轉換器 。啟動信號START 上升沿復位內部電路， START 的下降沿啟動轉換，此時轉換結束信號EOC 呈低電平狀態(tài) ，由于逐位逼近需要一定過程， 所以 ，在此期間 ，模擬輸入量應維持不變，比較器要一次次比較，直到轉換結束，此時變?yōu)楦唠娖?。?CPU 發(fā)出輸出允許信號OE(輸出允許為高電平) ，則可讀出數據 。 另外， ADC0809 具有較高的轉換速度和精度，同時受溫度影響也較小。(3)ADC0809與 MCS-51單片機的接

13、口電路.專業(yè) .專注. . .ADC0809 與 MCS-51系列單片機的接口電路如圖5 所示 。 圖中 ， 74LS373 輸出的低 3 位地址 A2 、A1 、 A0 加到通道選擇端A 、 B、 C，可作為通道編碼 。 其通道基本地址為0000H 0007H 。 8051 的 WR與 P27 經過或非門后，可接至ADC0809 的 START 及 ALE 引腳 。 8051的RD與P2 7 經或非門后則接至ADC0809的 OE 端。 ADC0809的 EOC經反相后接到 8051單片機的P3 3(INT1) ?！皵祿杉?”是指將溫度 、壓力 、流量 、位移等模擬物理量采集并轉換成數字量

14、后 ，再由計算機進行存儲、 處理、顯示和打印的過程 ，相應的系統(tǒng)稱為數據采集系統(tǒng)。由于采集的是直流信號，對于緩慢變化的信號不必加采樣保持電路，因此選用市面上比較常見的逐次逼近型 ADC0809 芯片 ，該芯片轉換速度快，價格低廉 ，可以直接將直流電壓轉換為計算機可以處理的數字量 。 同時選用低功耗的LCD 顯示器件來滿足其在終端顯示采集結果的需求。終端鍵盤控制采用盡可能少的鍵來實現控制功能，為了防止鍵盤不用時的誤操作，設計時還設置了鎖鍵功能，在鍵盤的輸入消抖方面 ，則采用軟件消抖方法來降低硬件開銷，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。軟件設計方面則采用功能模塊化的設計思想 ；鍵盤模數轉換等采用中斷方式來實現

15、，從而大大提高了單片機的效率以及實時處理能力。4 Lm016l液晶模塊簡介LM016L 的結構及功能LM016L 液晶模塊采用HD44780控制器 ， hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現字符移動，.專業(yè) .專注. . .閃爍等功能 ， LM016L 與單片機 MCU 通訊可采用8位或 4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8 位寄存器 ，指令寄存器 （ IR）和數據寄存器 （ DR）忙標志 （ BF）， 顯示數 RAM （ DDRAM ），字符發(fā)生器 ROMA （ CGOROM ）字符發(fā)生器 RAM （ CGRAM ）， 地址計數器 RAM(AC) 。 IR 用于寄存

16、指令碼 ，只能寫入不能讀出，DR 用于寄存數據，數據由內部操作自動寫入DDRAM和 CGRAM, 或者暫存從DDRAM 和CGRAM 讀出的數據 ， BF 為 1 時，液晶模塊處于內部模式，不響應外部操作指令和接受數據，DDTAM 用來存儲顯示的字符，能存儲 80 個字符碼 ，CGROM 由 8 位字符碼生成5*7 點陣字符160 中和 5*10 點陣字符 32 種 .8 位字符編碼和字符的對應關系，可以查看參考文獻（ 30）中的表 4. CGRAM 是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量僅64 字節(jié) ，可以自定義8 個 5*7 點陣字符或者4 個 5*10 點陣字符 ，AC 可以存儲DDRAM

17、和 CGRAM 的地址 ，如果地址碼隨指令寫入IR,則 IR 自動把地址碼裝入AC，同時選擇DDRAM 或 CGRAM 但愿 ， LM016L液晶模塊的引腳功能如下表所示：引腳說明1602 字符型 LCD 通常有 14 條引腳線或16 條引腳線的LCD，多出來的 2 條線是背光電源線VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與14 腳的 LCD 完全一樣 ，其中 ：引腳符號功能說明1VSS一般接地2VDD接電源 （ +5V ）3V0液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高（對.專業(yè) .專注. . .比度過高時會產生 “鬼影 ”，使用時可以通過一個10

18、K 的電位器調整對比度）。4RSRS 為寄存器選擇 ，高電平 1 時選擇數據寄存器、低電平 0 時選擇指令寄存器 。5R/WR/W 為讀寫信號線 ，高電平 (1)時進行讀操作 ，低電平 (0) 時進行寫操作 。6EE(或 EN)端為使能 (enable) 端，下降沿使能 。7DB0底 4 位三態(tài) 、 雙向數據總線0 位（最低位）8DB1底 4 位三態(tài) 、 雙向數據總線1 位9DB2底 4 位三態(tài) 、 雙向數據總線2 位10DB3底 4 位三態(tài) 、 雙向數據總線3 位11DB4高 4 位三態(tài) 、 雙向數據總線4 位12DB5高 4 位三態(tài) 、 雙向數據總線5 位13DB6高 4 位三態(tài) 、 雙向

19、數據總線6 位14DB7高 4 位三態(tài) 、 雙向數據總線 7 位（最高位 ）（ 也是 busy flang ）15BLA背光電源正極16BLK背光 電源負極五、調試及結果.專業(yè) .專注.專業(yè) .專注.六、主程序ORG00HAJMPMAINORG30HRS EQU P1.6RW EQU P1.7EEQU P1.5MAIN:MOV R0,#00HMOV R4,#01HANJIAN:JNB P1.0,MOSHI0;判斷按鍵是否按下JNB P1.1,MOSHI1SJMP ANJIANMOSHI0:;按鍵 1 功能多路順序采集電壓AN1:JNB P1.0,AN1ACALL J0INC R0INC R4J

20、NB P1.0,MOSHI0JNB P1.1,MOSHI1ACALL DELAY1JNB P1.0,MOSHI0JNB P1.1,MOSHI1ACALL DELAY1JNB P1.0,MOSHI0JNB P1.1,MOSHI1ACALL DELAY1SJMP MOSHI0MOSHI1:;按鍵 2 暫停和單點采集AN2:JNB P1.1,AN2.專業(yè) .專注.ACALL J0INC R0INC R4SJMP ANJIANDELAY1:;電壓顯示間隔延遲MOV 43H,#02HD3:MOV 40H,#0FFHD1:MOV41H,#0FFHD2:DJNZ41H ,D2DJNZ40H,D1DJNZ 4

21、3H,D3RETJ0:;顯示單個電壓主程序CJNE R0,#08H,J1MOV R0,#00HCJNE R4,#09H,J1MOV R4,#01HJ1:LCALL ADLCALL VHDMOV P0,#00000010B;數碼管初始化ACALL LOOPMOV P0,#00111000BACALL LOOPMOV P0,#00001111BACALL LOOPMOV P0,#00000110BACALL LOOPMOV P0,#0C0H;對數碼管中數據顯示位置確定ACALL LOOPMOV P0,#01011011B;給數碼管賦要顯示的數據.專業(yè) .專注.ACALL XIANMOV P0,#0

22、C1HACALL LOOPMOV P0,#00110000BACALL XIANMOV P0,#0C2HACALL LOOPMOV A,R4ADD A,#00110000BMOV P0,AACALL XIANMOV P0,#0C3HACALL LOOPMOV P0,#01011101BACALL XIANMOV P0,#0C4HACALL LOOPMOV A,R2ADD A,#00110000BMOV P0,AACALL XIANMOV P0,#0C5HACALL LOOPMOV P0,#00101110BACALL XIANMOV P0,#0C6HACALL LOOPMOV A,R3ADD

23、A,#00110000BMOV P0,AACALL XIANMOV P0,#0C7HACALL LOOPMOV P0,#01010110BACALL XIANRET.專業(yè) .專注.AD:;打開 ADC0808 啟動 A/D 轉化 ，將輸出的二進制讀入CLR P1.7MOV A,R0MOV DPTR,#1FFFHRL ARL ARL ARL ARL AMOV P0,AMOV P2,#0CLR P3.6SETB P3.6AD2:JNB P3.2,AD2MOVX A,DPTRMOV R1,ARETVHD:;查表程序 ，對讀入的二進制對應的電壓查找MOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_1MOVC

24、A,A+DPTRMOVR2,AMOVA,R1MOVDPTR,#ADTAB_2MOVCA,A+DPTRMOVR3,ARETLOOP:;對數碼管寫指令代碼CLR RSCLR RWCLR E.專業(yè) .專注.ACALL DELAYSETB ERETDELAY:;檢測數碼管是否正忙MOV P0,#0FFHCLR RSSETB RWCLR ENOPSETB EJB P0.7,DELAYRETXIAN:;寫入數碼管要顯示的數據SETB RSCLR RWCLR EACALL DELAYSETB ERETADTAB_1:;查表程序DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,2,1,3

25、,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,5DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,5DB0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4