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模板实训设计报告
桂林电子科大学
实训设计说明书
设计课题:
****************
系别:
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专业:
********
班级:
********
学号:
********
姓名:
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指导教师:
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2005年2月24日
目录
一.内容摘要…………………………………….3
二.设计内容及要求…………………………….3
三.方案论证及选择…………………………….3
四.电路设计及参数计算……………………….4
五.总电路图及工作原理……………………….7
六.软件流程图………………………………….8
七.组装调试内容……………………………….8
八.电路设计总结……………………………….9
九.所用元器件…………………………………9
十.参考文献…………………………………….9
十一.收获体会………………………………….10
专业基础课课程设计报告
多路数据采集系统
一:
内容摘要:
在测量仪器中,数据的采集是必须的,而且数据采集器的好坏直接影响测量仪器的测量精度。
具有一个精度高、转换速度快、性能稳定的数据采集器的测量仪器才能符合测量的要求。
为此,我们设计了多路数据采集系统,此系统主要由A/D转换器和单片机构成,A/D转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能,最后由数码管显示采集的电压值。
此设计通过调试完全满足设计的指标要求。
二:
设计内容及要求:
设计一个信号采集系统,其具体指标要求如下:
1.数据采集通道数:
8通道
2.采集数据范围:
3.数据采集精度:
4.误差范围:
5.数据显示:
3位有效数字
三:
方案论证及选择:
此设计主要由三大部分组成:
单片机最小系统、A/D模数转换电路和数码管显示电路。
1.单片机系统:
方案一:
采用专用的数字信号处理器(例如DSP),其特点是处理速度快,精度高、效果好,但此类处理器价格昂贵,市场上少有,不易购买。
方案二:
采用通用的微处理器(如MCS-51系列);这种处理器的性能优良、价格便宜,容易购买。
对于要求较高的数字处理场合不适用,但本系统设计要求不高,所以本系统采用该方案。
2.A/D模数转换电路:
A/D转换器芯片种类繁多,按其变换原理分类,双积分式、量化反馈式、逐次比较式等A/D转换器。
方案一:
双积分式A/D转换器
双积分式A/D转换器是一种间接A/D转换技术。
首先将模拟电压转换成积分时间,然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数,最后转换成二进制数或BCD码输出。
因此,双积分式A/D转换时间较长,一般大于40~50ms。
但其外接元件少,使用方便,具有极高的性价比。
本设计要求采样频率fs=8kHz(即采样周期Ts<125s),因此,双积分式A/D转换器转换速度过低,不适合用。
方案二:
并行A/D转换器
并行式A/D转换器是一种转换速度最快、转换原理最直观的A/D转换技术。
并行A/D转换需要大量的低漂移电压比较器,不容易实现,市场难以买到,且价格昂贵。
方案三:
逐次比较式A/D转换器
这种A/D转换器目前种类多、数量大、应用广,且价格便宜,该芯片有8通道。
本设计要求字长为8位,该芯片能够满足设计需要。
因此选用该种类中的ADC0809作为A/D转换的芯片。
3.数码管显示电路:
一般采用LCD点阵式模块作为显示,它能显示丰富的字符,耗电省,但目前价格稍贵,不适合本系统,我们采用四位LED数码管作为显示器,虽然它耗电量大,显示单一,但已经完全满足本系统的要求。
四:
电路设计及参数计算:
本电路的系统框图如下:
数码显示
1.单片机最小系统:
图1所示为本系统采用的单片机最小系统电路。
系统采用了上电自动复位功能,晶体振荡器的频率选用6MHz。
P1口提供数码管的段选信号,P3.0至P3.3提供数码管的位选信号,P0口作为与ADC0809通信的数据端口,P2.0为ADC0809提供选通信号。
图1单片机最小系统电路
2.A/D模数转换电路:
图2所示为本系统采用的A/D模数转换电路。
74LS02为ADC0809提供选通和工作启动信号。
ADC0809的ABC端为通道号选择端口,IN0至IN7为外部数据采集端口。
图2A/D转换器电路
3.数码管显示电路
图3所示为本系统采用的数码管显示电路。
系统采用动态显示驱动方式,四个共阳极的数码管分别显示通道号和电压值,
图3数码管显示电路
五:
总电路原理图及工作原理:
本设计的总电路原理如图4所示:
图4总电路原理图
工作原理:
系统要采集的八路数据为5V电压的八个分压值。
系统开启后,单片机选择A/D转换器的数据采集通道号,然后启动ADC0809芯片进行数据采集和转换,当转换成功结束后,单片机把A/D输出的数字量数据读入并进行相应的数据处理,最后通过软件译码把采集的电压值显示在数码管显示器上。
六:
软件流程图:
七:
组装调试内容:
1.使用的仪器仪表:
1).三位半数字万用表
2).稳压源
2.测试步骤及方法;
1)、用万用表对八个数据输出端进行直接测量并记录;
2)、用数据采集器对八个数据输出端进行数据的采集并记录;
3)、比较两个数据的误差是否在允许的范围之内。
3.测试记录:
通道数:
N
0
1
2
3
4
5
6
7
实际值:
V
0.62
1.23
1.85
2.48
3.10
3.72
4.34
4.97
测量值:
V
0.62
1.24
1.87
2.49
3.12
3.74
4.35
4.98
误差值:
V
0.00
0.01
0.02
0.01
0.02
0.02
0.01
0.01
4.误差分析:
根据上面表格的数据显示,可以得出误差的主要来源是由AD转换芯片的
误差和单片机内部对采集来的数据进行四舍五入运算而引起的。
5.调试中出现的故障问题以及解决方法:
在调试中,总的来说还很顺利,因为在设计时考虑得比较周全,在设计印制版图时利用Protel99进行辅助设计,使得元件排布整齐,美观,版图质量高;加上单片机程序比较简单,并用仿真器进行了软件和硬件的仿真。
所以测量指标时,在没有换用任何元件的情况下得出了较好的结果。
八:
总结设计电路的特点和方案的优缺点及课题的核心和实用价值:
本信号采集系统采用AT89C51作为控制芯片,在其控制下保证了系统的正常工作。
优质的ADC0809模数转换芯片保证了该系统可以有很高的数据采集和转换精度。
由于使用了结构简单的动态数码管显示电路,使得采集来的数据可以被直接的观察。
信号采集系统在许多测量的仪器中都有运用,所以该设计有一定的实用性,而且结合我们专业的特点,对我们将来的工作也有很大的帮助,因此该设计课题对我们是一个很好的锻炼。
九:
系统所需元器件:
1.ADC0809模数转换器
2.AT89C51单片机
3.精密电位器1个
4.普通电阻若干
5.电容若干
6.6MHz晶体振荡器1个
7.七段数码管4个
8.
的排阻1个
十:
参考文献:
1.《数字化测试技术》李永敏等航空工业出版社1987年
2.《智能仪器原理及应用》赵茂泰电子工业出版社1999年
3.《C51单片机程序设计》王建校等科学出版社2002年
4.《模拟电子电路技术》童诗白高等教育出版社1998年
5.《单片微型计算机应用》徐仁贵机械工业出版社2001年
6.《单片机的的C语言应用》马忠梅等北航出版社2000年
十一:
收获体会:
通过这次课程设计,我对测量仪器的数据采集系统有了进一步的认识.经过查阅有关方面的书籍,获得了许多专业方面的知识,拓展了视野;通过设计电路,制作电路板,提高了理论水平和实际的动手能力;在调试过程中,加强了分析问题和解决问题的能力.经过计算机仿真,预测了该电路的性能.总而言之,这样的课程设计是很好的锻炼机会,对我们各个方面的能力都有所提高对将来我们走出学校,从事工作都大有裨益.
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