数据采集系统微机原理课设

微型计算机原理及接口技术课程设计学院：专业：班级：学号：姓名：指导教师：第一部分课程设计任务书、设计内容（论文阐述的问题）设计一个数据采集系统基本要求：要求具有 8 路模拟输入输入信号为 0 —— 500mV采用数码管 8 位，显示十进制结果输入量与显示误差 <1%发挥部分： 1、速度上实现高精度采集2、提高系统精度3、设计抗干扰性二、设计完成后提交的文件和图表1. 计算说明书部分：数据采集是指将压力、流量、温度、位移等模拟量转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示、或打印的过程，相应的系统就称为数据采集系统。

数据采集的任务，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，取得所需的数据。

同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监控。

数据采集性能的好坏，主要取决于他的精度和速度。

在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度。

数据采集系统应具有功能：1）数据采集计算机按照选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号进行采样，称为数据采集。

（2）模拟信号处理模拟信号是指随时间连续变化的信号，模拟信号处理是指模拟信号经过采样和 A/D 转换输入计算机后，要进行数据的正确性判断、标度变换、线性化等处理。

（3）数字信号处理数字信号处理是指数字信号输入计算机后，需要进行码制的转换处理，如 BCD 码转换成 ASCII 码，以便显示数字信号。

（4）屏幕显示就是用各种显示装置如 CRT、 LED 把各种数据以方便于操作者观察的方式显示出来。

（5）数据存储数据存储是就是将某些重要数据存储在外部存储器上。

在本次设计中，我们采用 8259 作为中断控制器， 8255 作为并行接口， ADC0809 作为模数转换器。

2、图纸部分：含有总体设计的功能框图、所用各种器件的引脚图、内部逻辑结构框图以及相应器件的真值表，还包括总设计的硬件连接图及软件设计流程图等。

第二部分一、设计指标设计一个数据采集系统基本要求 :微型计算机最小系统具有 8 路模拟输入输入信号为 0 —— 500mV采用数码管8位，显示十进制结果输入量与显示误差＜1%中断方式二、设计方案论证考虑本数据采集系统要求，该系统的功能框图如下：LEDfi 示1--- TT----- 模拟量籀人‘；放大器 =A/D转换器二;中断控制器一「8088CPU |图1系统功能框图（一）AD转换器的选择根据AD转换器基本原理及特点，可以分为以下类型：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、》-△调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。

1）积分型（如 TLC7135 ）积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间（脉冲宽度信号）或频率（脉冲频率）,然后由定时器/计数器获得数字值。

其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。

初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。

2）逐次比较型（如 ADC0809 ）逐次比较型AD由一个比较器和 DA转换器通过逐次比较逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较，经 n次比较而输出数字值。

其电路规模属于中等。

其优点是速度较高、功耗低，在低分辩率（＜12位）时价格便宜，但高精度（＞12位）时价格很高。

3）并行比较型 / 串并行比较型（如 TLC5510 ）并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash（快速）型。

由于转换速率极高， n 位的转换需要 2n-1 个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频 AD 转换器等速度特别高的领域。

串行比较型 AD 结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由 2 个 n/2 位的并行型 AD 转换器配合DA 转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash（半快速）型。

还有分成三步或多步实现 AD 转换的叫做分级（ Multistep/Subrangling ）型 AD ，而从转换时序角度又可称为流水线（ Pipelined ）型 AD ，现代的分级型 AD 中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。

这类 AD 速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。

4）吝△ （Sigma?/FONT>delta）调制型 A如7705 ）吝△型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。

原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间（脉冲宽度）信号，用数字滤波器处理后得到数字值。

电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率。

主要用于音频和测量。

5）电容阵列逐次比较型电容阵列逐次比较型 AD 在内置 DA 转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。

一般的电阻阵列 DA 转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。

如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片 AD 转换器。

最近的逐次比较型 AD 转换器大多为电容阵列式的。

6）压频变换型（如 AD650 ）压频变换型（ Voltage-Frequency Converter ）是通过间接转换方式实现模数转换的。

其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。

从理论上讲这种 AD 的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。

其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成 AD 转换。

考虑到设计指标要求 8 路模拟输入，可采用的 A/D 转换器有多种如： AD574 、 ADC0809 、ADC0804 等，但是 ADC0809 本身具有 8 路模拟输入端，不需要多路开关，考虑节省硬件开支故采用ADC0809 作为模数转换器。

ADC0809 的技术指标如下：1．主要特性1 ） 8路8位A/ D转换器，即分辨率 8位。

2 ）具有转换起停控制端。

3 ）转换时间为100阴4 ）单个＋ 5V 电源供电5 ）模拟输入电压范围 0〜+ 5V，不需零点和满刻度校准。

6 ）工作温度范围为-40〜+ 85摄氏度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 2 所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、 8路开关树型 D/A 转换、逐次逼近型寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。

因此， ADC0809 可处理 8 路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。

输入输出与TTL 兼容。

INvINr IN 6 1N 7 START EOC 2'* OCCLOCK- REF(+)-2’ -234 25 246祐7ADC0809 7.22110 *rU111 1 9 12 1 n 17 13 14L 6 15IM IN CADDAADDBADDCALEREF(-)图3 ADC0809 管脚图3 •外部引脚功能ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3所示。

下面说明各引脚数字图2ADC0809内部结构框图 2M21功能。

♦NO〜IN7 : 8路模拟量输入端。

锂-1〜2-8: 8位数字量输出端。

♦ADDA、ADDB、ADDC : 3位地址输入线用于选择 8路模拟输入中的一路，如表1ADJ1C ALOB ADDA 無人通逍0*1虬Q0>1!Ni01°时0J150Q1靠J IN.110111IN r表 1 ADDA、ADDB、ADDC 真值表♦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 0E输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

（二）中断控制器的选择1、中断系统功能与组成1 ）中断系统应具有的功能多中断源请求，软件可禁止与允许每个请求。

中断优先级判别功能，响应优先级别最高的请求。

中断嵌套功能，高级别中断可中断较低级别的中断。

响应中断后，能自动转向中断处理程序，处理结束后自动返回主程序。

2 ）中断系统的组成微处理器应有处理中断请求的机制与相关硬件电路：接收请求，响应请求，保护现场，转向中断服务程序，处理完返回。

夕卜围应有一个与处理器匹配的中断控制器：管理多个中断源，优先级裁决，中断源屏蔽等功能。

依处理器的结构编写中断处理程序，安排相关的系统初始化。

2、本次设计中断控制器选用82591）可编程中断控制器8259功能、内部结构及外部引脚定义（1）可编程中断控制器8259功能和内部结构♦中断请求寄存器（IRR） : 8位寄存器，可寄存储 8个请求输入（IR0-IR7）的状态。

♦优先权裁决器：对请求源与正在被服务的中断级进行比较，裁决出优先级最高者。

♦中断服务寄存器（ISR） : 8位，与IRR对应，记录正被处理的请求。

IR n被响应，ISR n被置1 ； IR n处理结束，ISR n置0。

♦中断屏蔽寄存器（IMR ）: 8位，某位置1对应IRR位的请求被屏蔽。

♦控制逻辑：寄存8259的命令字，多种工作方式的控制，向处理器发INT，接收【•门。

D7控制电賂4RDWAOCS读/頁控制屮断• 谙求 寄存器（TKR ）-TKQ-IE1■IR7CASO — CAS1— GND —L2L3L428 —Vcc27 —购 2-：25 -IR724 -IE6 23 -IR582592 -IRi21 -IR3 2C -IR219 —IR1 18 -IR017 TNT16 —SP/EN15 —CAS2图4 8259内部结构图（2） 8259的外部引脚信号图5 8259外部引脚图8259的主要引脚信号说明♦D 7-D 0：双向数据总线，与系统数据总线连接。

♦ •片选信号 低电平有效，确定芯片在系统I/O 空间位置。