智能仪器课程设计：基于单片机数据采集及显示功能

第1章概述

1.1设计目的及意义

本设计的主要目的是实现单片机的数据采集及显示功能，为实现该功能，进行了有关的硬件电路设计与软件编程设计。硬件电路设计中，运用protel99，在已给实验板和实验板原理图的基础上，选择实验板上所用于本设计的器件，并进行了设计硬件原理图的设计以及实验的硬件连接。软件编程设计中，运用keil3编程环境，对设计要实现的功能进行编程，整体程序可分成一个主程序和多个子程序，子程序有基于ADC0832的A/D转换程序、基于AT89C52的标度转换程序和基于74LS164的静态显示程序。通过自己完成设计，让我们对数据采集有了清晰的认识，对单片机数据采集及处理数据的原理也有了更深的了解，达到学习与实践相结合，学以致用的目的。

1.2设计内容

本设计运用单片机STC89C52进行数据采集的设计，让电压模拟量（0-5V）通过模拟量/数字量转换芯片（ADC0832），送入单片机，进行数据处理之后，通过移位寄存器（74LS164），静态显示在LED显示数码管上。实验的模拟量数据是通过一个可调电位器输出0-5V的模拟量，显示是0-100摄氏度的静态显示。

第2章总体方案设计

2.1数据采集系统功能

数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集系统通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于20世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。

数据采集技术是对传感器信号的测量与处理, 以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集也是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及,数据采集监测已成为日益重要的检测技术,广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节,通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现,作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。

尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理技术作为数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展,并且适于通用微机使用的板卡级数据采集产品也已大量出现,组成一个数据采集系统简单到只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内,并辅以应用软件,就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响,因为单片机功能强大、抗干扰能力强、可靠性高、灵活性好、开发容易等优点,使得基于单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。

本系统采用A/D转换器送入模拟信号,而单片机负责处理接受过来的数字量的处理及显示，主机和板卡之间用RS-232进行通信。这样就可以在计算机上编程序,然后下载到单片机内进行处理。系统框图如图2.1所示：

图2.1系统框图

2.2方案论证

2.2.1单片机的选择

单片机是一种面向大规模的集成电路芯片，是微型计算机中的一个重要的分支。此系统是由CPU、随即存取数据存储器、只读程序存储器、输入输出电路（I/O口），还包括串行通信口、显示驱动电路（LED驱动电路）、脉宽调制电路、模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成了一个最小但完善的计算机任务。单片机要使用特定的组译和编译软件编译程序，再用keiluvision2把程序下载到单片机内。

而本设计选用的是STC89C52。

2.2.2 A/D模数转换器选择

A/D转换器是将模拟量转换为数字量的器件。A/D转换器的种类很多，就位数来说，可以分为8位、10位、12位和16位等。位数越高其分辨率就越高，价格也就越贵。A/D转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。

(1)逐渐逼近式A/D转换器：它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。

(2)双积分A/D转换器：它是一种间接式的A/D转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，缺点是数度很慢，适用于对转换数度要求不高的系统。

(3)并行式A/D转换器：它又被称为flash（快速）型，它的转换数度很高，

但她采用了很多个比较器，而n位的转换就需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也很贵，只适用于视频A/D转换器等数度特别高的领域。

本设计选用的是逐渐逼近式A/D转换器——ADC0832。

2.2.3串行口选择

该串行口选用了标准RS-232C接口，它是电平与TTL电平转换驱动电路。常用的芯片是MAX232，MAX232的优点是：

（1）一片芯片可以完成发送转换和接收转换的双重功能。

（2）单一电源+5V供电

（3）它的电路设计与连接比较简单而且功能齐全。

2.2.4显示单元选择

LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED显示管，其中7个用于显示字符，1个用来显示小数点，故通常称之为八段发光二极管数码显示器。对LED数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。LED数码显示有动态扫描显示法和静态显示。本设计采用LED静态显示。

2.2.5按键

在单片机中，如果所需的按键较少，一般采用独立式键盘。每只按键接单片机的一条I/O线，通过对线的查询，即可识别各按键的状态。如图2.2所示。4只按键分别宇单片机的P1.0~P1.3I/O线上。无按键按下时，P1.0~P1.3线上均输入高电平。当某按键按下时，与其相连的I/O线将得到低电平输入。

图2.2独立按键接口

第3章硬件系统设计

3.1硬件系统原理

该系统主要原理如图3.1所示，它由STC89C52、MAX232、LED数码显示器组成。

3.1 系统流程图

3.2电路设计

3.2.1单片机选型

该系统所用单片机型号为STC89C52此芯片加密性强、无法解密，超强抗干扰，大大降低单片机时钟对外部电路的电磁辐射，超低的功耗。其指令代码完全兼容传统8051 单片机，12 时钟/ 机器周期和6 时钟/ 机器周期可任意选择[8]。

该芯片由8位通用中央处理器、程序存储器、随机读写数据存储器及常用外设电路等部件组成。在该芯片中，P0口、P2口可作为一般的I/O引脚使用，当需要再扩展外部存储器时，P0口将作为低8位地址总线或数据总线使用，P2口作为高8位地址总线使用。由于定时/计数器、串行通信、中断控制器等外围电路集成在CPU芯片内，因而STC89C52的芯片内部也就包含了这些外围电路的控