单片机多路数据采集控制系统课程设计报告概要.docx
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单片机多路数据采集控制系统课程设计报告概要.docx
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单片机多路数据采集控制系统课程设计报告概要
单片机多路数据采集控制系统课程设计报告
叶醒Xb09610118余希Xb09610120
一、设计目的
运用单片机原理及其应用等课程知识,根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试,从而加深对本课程知识的理解,把学过的比较零碎的知识系统化,比较系统的学习开发单片机应用系统的基本步骤和基本方法,使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等有一定的提高。
二、设计要求
用8051单片机设计数据采集控制系统,基本要求如下:
基本部分:
1•可实现8路数据的采集,假设8路信号均为0~5V的电压信号。
2.采集数据可通过LCD显示,显示格式为[通道号]电压值,如[01]4.5。
3•可通过键盘设置采集方式:
单点采集、多路巡测、采集时间间隔。
4•具有异常数据声音爆晶功能:
对第一路数据可设置正常数据的上限值和下限值,当采集的数据出现异常,发出报警信号。
选作功能:
1•异常数据音乐报警。
2•可输出8路顺序控制信号,设每路顺序控制信号为一位,顺序控制的流程为:
延时6秒
工序71延时
工序门延时3秒
二、总体设计
我们选择单片机与A/D转换芯片结合的方法实现本设计。
使用的基本元器件是:
AT89C52单片机,
ADC0809模数转换芯片,LCD显示器,按键,电容,电阻,晶振等。
数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。
A/D转换由集成电路ADC0809完成。
ADC0809具有8路拟输入端口,地址线(23~-25脚)可决定对哪一路模拟输入作A/D换。
22脚为地址锁
存控制,当输入为高电平时,对地址信号进行锁存。
6脚为测试控制,当输入一个2uS宽高电平脉冲时,
就开始A/D转换。
7脚为A/D转换结束标志,当A/D转换结束时,7脚输出高电平。
9脚为A/D转换数据输出允许控制,当0E脚为高电平时,A/D转换数据从该端口输出。
10脚为0809的时钟输入端。
单片机的P1.5~P1.7、P3端口作1602液晶显示控制。
P2端口作A/D转换数据读入用,P0端口用作0809的A/D转换控制。
通过对单片机p3.5口置低电平控制LED亮灯,p3.4口置高电平时蜂鸣器报警。
流程图:
开始
主要程序介绍:
CLRP1.7
MOVA,R0
MOVDPTR,#1FFFH
RLA
RLA
RLA
RLA
RLA
MOVP0,A
MOVP2,#0
CLRP3.6
SETBP3.6
AD2:
JNBP3.2,AD2
MOVXA,@DPTR
MOVR1,A
RET
是选择ADC0808的哪个口读电压,然后手动开启ADC0808工作,再将读到的代表电压的二进制送入单片机内部
MOVA,R1
MOVDPTR,#ADTAB_1
MOVCA,@A+DPTR
MOVR2,A
MOVA,R1
MOVDPTR,#ADTAB_2
MOVCA,@A+DPTR
MOVR3,A
RET
将读到的二进制数进行查表转化,转化为可识别的电压,再处理,然后通过数码管输出
四、硬件设计
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2.PCB图
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m c Cl 3.80C52 80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品,它采用INTEL公司可靠的CHMOS 工艺技术制造的高性能8位单片机,属于标准的MCS-51的HCMOS产品。 它结合了HMOS的高 速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征,它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统,属 于80C51增强型单片机版本,集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能,适合于类似马达控制等应用场合。 80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器(ROM)、32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内时钟振荡电路。 此外,80C52还可工作于低功耗模式,可通过两种软件选择空闲和掉电模式。 在空闲模式下冻结CPU 而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。 掉电模式下,保存RAM数据,时钟振荡停止,同时停 止芯片内其它功能。 80C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。 4.ADC0809 ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D模数转换器。 其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中 的一个进行A/D转换。 是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 本数据采集系统采用单片机作为处理器。 单片机所处理和传输的都是不连续的数字信号,而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量,模拟量经传感器转换成电信号后,需要模/数转换将其变成数字信号才可以 输入到数字系统中进行处理和控制,因此,把模拟量转换成数字量输出的接口电路,即A/D转换器就是现 实信号转换的桥梁。 目前,世界上有多种类型的A/D转换器,如并行比较型、逐次逼近型、积分型等。 本文采用逐次逼近 型A/D转换器,该类A/D转换器转换精度高,速度快,价格适中,是目前种类最多,应用最广的A/D转 换器。 逐次逼近型A/D转换器一般由比较器、D/A转换器、寄存器、时钟发生器以及控制逻辑电路组成。 (1)ADC0809结构功能 1)8路8位A/D转换器,即分辨率8位。 ADCOAW旳内■科恂PE 2)具有转换起停控制端。 usiTHM用却码 3)转换时间为100“ 4)单个+5V电源供电 6)工作温度范围为-40〜+85摄氏度 5)模拟输入电压范围0〜+5V,不需零点和满刻度校准。 7)低功耗,约15mW。 2•内部结构 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近 式A/D转换器,内部结构如图13•22 所示,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器、逐次逼近 3•外部特性(引脚功能) ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直插式封装,如图13•23所示。 下面说明各引脚功能。 IN0〜IN7: 8路模拟量输入端。 2-1〜2-8: 8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC: 3位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路 ALE: 地址锁存允许信号,输入,高电平有效。 START: A/D转换启动信号,输入,高电平有效。 EOC: A/D转换结束信号,输出,当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转换期间一直为低电平)。 OE: 数据输出允许信号,输入,高电平有效。 当A/D转换结束时,此端输入一个高电平,才能打开 输出三态门,输出数字量。 CLK: 时钟脉冲输入端。 要求时钟频率不高于640KHZ。 REF(+)、REF(-): 基准电压。 Vcc: 电源,单一+5V。 GND: 地。 ADC0809的工作过程是: 首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。 此地址经译 码选通8路模拟输入之一到比较器。 START上升沿将逐次逼近寄存器复位。 下降沿启动A/D转换,之后 EOC输出信号变低,指示转换正在进行。 直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。 当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的 穿JTHLrLrLrLn_rurLru"LrL ITAVT EOCHUM杠甲 TWVir暉柑a*MIA. ti ■■■恃* ・4.M見肾工常*片聲 怛 Rm •A 数字量输出到数据总线上。 (2)ADC0809的工作时序 地址锁存信号ALE在上升沿将三位通道地址锁存,相应通道的模拟量经过多路模拟开关送到A/D转换器。 启动信号START上升沿复位内部电路,START的下降沿启动转换,此时转换结束信号EOC呈低电平状态,由于逐位逼近需要一定过程,所以,在此期间,模拟输入量应维持不变,比较器要一次次比较,直到转换结束,此时变为高电平。 若CPU发 出输出允许信号OE(输出允许为高电平),则可读出数据。 另外,ADC0809具有较高的转换速度和精度,同时受温度影响也较小。 (3)ADC0809与MCS-51单片机的接口电路 ADC0809与MCS-51系列单片机的接口电路如图5所示。 图中,74LS373输出的低3位地址A2、A1、 A0加到通道选择端A、B、C,可作为通道编码。 其通道基本地址为0000H〜0007H。 8051的WR与P2.7经过或非门后,可接至ADC0809的START及ALE引脚。 8051的RD与P2.7经或非门后则接至ADC0809 的OE端。 ADC0809的EOC经反相后接到8051单片机的P3.3(INT1)。 “数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟物理量采集并转换成数字量后,再由计算机进 行存储、处理、显示和打印的过程,相应的系统称为数据采集系统。 由于采集的是直流信号,对于缓慢变化的信号不必加采样保持电路,因此选用市面上比较常见的逐次逼近型ADC0809芯片,该芯片转换速度快,价格低廉,可以直接将直流电压转换为计算机可以处理的数字量。 同时选用低功耗的LCD显示器件来满足其在终端显示采集结果的需求。 终端键盘控制采用尽可能少的键来实现控制功能,为了防止键盘不用时的误操作,设计时还设置了锁键功能,在键盘的输入消抖方面,则采用软件消抖方法来降低硬件开销,提高系统的抗干扰能力。 软件设计方面则采用功能模块化的设计思想;键盘模数转换等采用中断方式来实现,从而大大提高了单片机的效率以及实时处理能力。 4.Lm016l 液晶模块简介 LM016L的结构及功能 LM016L液晶模块采用HD44780控制器,hd44780具有简单而功能较强的指令集,可以实现字符移动,闪 烁等功能,LM016L与单片机MCU通讯可采用8位或4位并行传输两种方式,hd44780控制器由两个8位寄存器,指令寄存器(IR)和数据寄存器(DR)忙标志(BF),显示数RAM(DDRAM),字符发生器 ROMA(CGOROM)字符发生器RAM(CGRAM),地址计数器RAM(AC)。 IR用于寄存指令码,只能写 入不能读出,DR用于寄存数据,数据由内部操作自动写入DDRAM和CGRAM,或者暂存从DDRAM和 CGRAM读出的数据,BF为1时,液晶模块处于内部模式,不响应外部操作指令和接受数据,DDTAM用 来存储显示的字符,能存储80个字符码,CGROM由8位字符码生成5*7点阵字符160中和5*10点阵字符32种.8位字符编码和字符的对应关系,可以查看参考文献(30)中的表4.CGRAM是为用户编写 特殊字符留用的,它的容量仅64字节,可以自定义8个5*7点阵字符或者4个5*10点阵字符,AC可以 存储DDRAM和CGRAM的地址,如果地址码随指令写入IR,则IR自动把地址码装入AC,同时选择DDRAM或CGRAM但愿,LM016L液晶模块的引脚功能如下表所示: 引脚说明 1602字符型LCD通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD,多出来的2条线是背光电源线 VCC(15脚)和地线GND(16脚),其控制原理与14脚的LCD完全一样,其中: 功能说明 RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器。 7 DB0 底4位二态、双向数据总线0位(最低位) 8 DB1 底4位二态、双向数据总线1位 9 DB2 底4位二态、双向数据总线2位 10 DB3 底4位二态、双向数据总线3位 11 DB4 咼4位二态、双向数据总线4位 12 DB5 咼4位二态、双向数据总线5位 13 DB6 咼4位二态、双向数据总线6位 14 DB7 咼4位二态、双向数据总线7位(最咼位)(也是 15 BLA 背光电源正极 16 BLK 背光电源负极 6 E busyflang) 五、调试及结果 F12 Xt19 bKFAUi KTA12 P13 F1-I- PDETAK1FD^AM PD3TAR PCMXB3PD-ul'AhPDSAIS FDAAM PD7/AHSI ALE PZ.VJBFZlfACPZ^Atl任PZWAGPZfi1" FZ? ? A« •亍回配・£lP31H>® PHNDTN P3.4^K1 F3#ri P3^f( FiFflir wo LjJ『I"? " INZIHH ADiA AD«a WC ALE Ink■ -RV1 VH.EF(*|tflLMW •TK re^ _L申 p PUF P垃 P<3 PU T cjtrsow.. ."FaTbU I *1 U2QCIJCI4 LCDl CLOCKSirrjun- CUT1■QU口 JUT3 4UT* 0UI5 auiti OUT? 0U1E ire cei]5,0U| nrn CTA12 FST rewALE0 numFi.vmpis F1J pi.*pi> PUS PJDilL-B MWra F33WTT P: 3.E FljMTI Pl.smM Ij.tw A ■3Z iii IHZ >1 ■1口的 6-PBkk raMP7闹阳-c11隹乜HIKEis豎急罷 is2 "S3~TH? R1 *■仁*3_ ▼ A»DA 从tiH 寻丁: } ^raU 六、主程序 VREFMVUPC^ U3CL0CK3 ■1EED3 U3A U3B CU>CI^■TjUCT 7+HCCIZ0TE拆 LCD1UUOBEL &UT1PUTT0UT30UT» QUT5 O'UTTOUTB ^1™ 〔匪口.2- ffiSM軸建_口lUME*W・z Bnn>■.! EUaaoaoaoa RV2 irn HEBFACHE : It/J- ORG00HAJMPMAIN ORG30HRSEQUP1.6RWEQUP1.7EEQUP1.5 MAIN: MOVR0,#00H MOVR4,#01H ANJIAN: ;判断按键是否按下 JNBP1.0,MOSHI0 JNBP1.1,MOSHI1 SJMPANJIAN MOSHI0: ;按键1功能多路顺序采集电压 AN1: JNBP1.0,AN1 ACALLJ0 INCR0 INCR4 JNBP1.0,MOSHI0 JNBP1.1,MOSHI1 ACALLDELAY1 JNBP1.0,MOSHI0 JNBP1.1,MOSHI1 ACALLDELAY1 JNBP1.0,MOSHI0 JNBP1.1,MOSHI1 ACALLDELAY1 SJMPMOSHI0 MOSHI1: ;按键2暂停和单点采集 AN2: JNBP1.1,AN2 ACALLJ0 INCR0 INCR4 SJMPANJIAN DELAY1: ;电压显示间隔延迟 MOV43H,#02H D3: MOV40H,#0FFH D1: MOV41H,#0FFH D2: DJNZ41H,D2 DJNZ40H,D1 DJNZ43H,D3 RET J0: ;显示单个电压主程序 CJNER0,#08H,J1 MOVR0,#00H CJNER4,#09H,J1 MOVR4,#01H J1: LCALLAD LCALLVHD MOVP0,#00000010B;数码管初始化 ACALLLOOP MOVP0,#00111000B ACALLLOOP MOVP0,#00001111B ACALLLOOP MOVP0,#00000110B ACALLLOOP ;对数码管中数据显示位置确定 ;给数码管赋要显示的数据 MOVP0,#0C0H ACALLLOOP MOVP0,#01011011B ACALLXIAN MOVP0,#0C1H ACALLLOOP MOVP0,#00110000B ACALLXIAN MOVP0,#0C2H ACALLLOOP MOVA,R4 ADDA,#00110000B MOVP0,A ACALLXIAN MOVP0,#0C3H ACALLLOOP MOVP0,#01011101B ACALLXIAN MOVP0,#0C4H ACALLLOOP MOVA,R2 ADDA,#00110000B MOVP0,A ACALLXIAN MOVP0,#0C5H ACALLLOOP MOVP0,#00101110B ACALLXIAN MOVP0,#0C6H ACALLLOOP MOVA,R3 ADDA,#00110000B MOVP0,A ACALLXIAN MOVP0,#0C7H ACALLLOOP MOVP0,#01010110B ACALLXIAN RET AD: ;打开ADC0808启动A/D转化,将输出的二进制读入 CLRP1.7 MOVA,R0 MOVDPTR,#1FFFH RLA RLA RLA RLA RLA MOVP0,A MOVP2,#0 CLRP3.6 SETBP3.6 AD2: JNBP3.2,AD2MOVXA,@DPTRMOVR1,A RET VHD: ;查表程序,对读入的二进制对应的电压查找 MOV A,R1 MOV DPTR,#ADTAB_1 MOVC A,@A+DPTR MOV R2,A MOV A,R1 MOV DPTR,#ADTAB_2 MOVC A,@A+DPTR MOV R3,A RET LOOP: ;对数码管写指令代码 CLRRS CLRRW CLRE ACALLDELAY SETBE RET MOVP0,#0FFH CLRRS SETBRW CLRE NOP SETBE JBP0.7,DELAY RET XIAN: ;写入数码管要显示的数据 SETBRS CLRRW CLRE ACALLDELAY SETBE RET ADTAB_1: ;查表程序 DB 0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3, 1,4,1,3,2,4 DB 0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3, 1,4,1,3,2,5 DB 0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3, 1,4,1,3,2,5 DB 0,2,1,3,0,3,1,4,0,2,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,3,0,3,2,4,0,3,1,4,1,3,2,4,0,2,1,4,0,3,2,4,0,3, 1,4,1,3,2,5 ADTAB_2: DB 0,5,3,8,6,1,9,4,3,8,6,1,9,5,2,7,2,7,4,9,8,3,0,5,5,0,7,2,1,6,4,9,1,6,3,8,7,2,0,5,4,9,6,2,0,5,3,8,2,7,5,0,9,4,1,6,5,1,8,3,2,7,4,9 DB 0,5,3,8,7,2,9,4,4,9,6,1,0,5,2,7,2,7,5,0,8,3,1,6,5,0,8,3,1,6,4,9,1,6,4,9,7,3,0,5,4,9,7,2,1,6,3,8,3,8,5,0,9,4,2,7,6,1,8,4,2,7,5,0 0,5,3,8,6,2,9,4,3,8,6,1,0,5,2,7,2,7,4,9,8,3,1,6,5,0,7,3,1,6,4,9,1,6,4,9,7,2,0,5,4,9,7,2,0,5,3,8,3,8,5,0,9,4,1,6,6,1, DB 9,4,2,7,5,0 闹钟函数 七、结束语 通过本次课程设计的学习,我学到了好多有用的知识。 作为电子信息专业的学生,懂得了,利用电路 板将电子器件布局,巧妙的焊接以及程序的设计是这个专业不可缺少的学习和工作手段。 并且在学习中, 要熟练地掌握及应用专业的相关软件,protel99,proteus等等。 通过本次的学习,我还懂得更好的利用编 程来解决一些实际的问题工程问题,使我对汇编编程有了更好的掌握,在接下来的学习
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