多路数据采集与控制系统

1 引言

数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示的过程。在生产过程中，可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品的质量、降低成本提供信息和手段。本文设计了一套多路数据采集系统，实施采集多现场的温度参数，系统通过RS485总线将采集到的现场温度数据传输至上位机，上位机对采集到的数据进行显示、存储，从而达到现场监测与控制的目的。

2 设计目的和要求

设计一由微机控制的A/D数据采集和控制系统，该卡具有对八个通道上

0-5V的模拟电压进行采集的能力，且可以用程序选择装换通道，选择ADC0809 作为A/D转换芯片。

本设计包括确定控制任务、系统总体设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，使学生进一步学习理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能。

3 系统设计方案

1.八路模拟信号的产生

被测电压要求为0~5V的直流电压，可通过八个滑动变阻器调节产生。

2.模拟信号的采集

八路数据采集系统采用共享数据采集通道的结构形式，数据采集方式确定为程序控制数据采集。

3.A/D转换器的选取

八位逐次比较式A/D转换器

4.控制与显示方法的选择

用单片机作为控制系统的核心，处理来自ADC0809的数据。经处理后通过串口传送，由于系统功能简单，完成采样通道的选择，单片机通过接口芯片与LED

数码显示器相连，驱动显示器相应同采集到的数据。

图3.1 总体设计图

4 硬件系统的设计

4.1芯片ADC0809的引脚功能和主要性能

ADC0809八位逐次逼近式A/D 转换器是一种单片CMOS 器件，包括8位模拟转换器、8通道转换开关和与微处理器兼容的控制逻辑。8路转换开关能直接联通8个单端模拟信号中的任意一个。

ADC0809的引脚图及51单片机引脚图：

图4.1 ADC0809管脚图及51单片机芯片管脚图

模拟输入通道1

ADC0808

单片机

LED

模拟输入通道2

模拟输入通道8

注：由于ADC0809在protues内无法仿真，故采用与其引脚相同，功能类似的ADC0808模数转换芯片。

4.2 ADC0808模数转换器的引脚功能

IN0～IN7:8路模拟量输入。

A、B、C:2位地址输入，2个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。 ALE:地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。

D0～D7:八位数据输出线，A/D转换结果由这8根线传送给单片机。

OE:允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。 START:启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除ADC0808的内部的各寄存器，其下降沿启动A/D开始转换。

EOC:转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成。

CLK:时钟输入信号，0809的时钟频率范围在10～1200kHz，典型值为640kHz。

当ALE为高电平时，通道地址输入到地址锁存器中，下降沿将地址锁存并译码，在START上升沿时所有的内部寄存器清零，在下降沿时，开始进入A/D装换，此期间START应保持低电平。在START下降沿后10us左右，转换结束信号变为低电平，EOC为低电平时，表示正在转换，在高电平时，表示转换结束。OE为低电平时，表示正在转换，为高电平时，允许转换结果输出。

4.3 ADC0809与51单片机的接口

由于ADC0809无片内时钟，时钟信号有51单片机的ALE信号经D触发器二分频后获得。此外，由于ADC0809内部设有地址锁存器，所以通道地址由P3.4，P3.5，P3.6口的直接与ADC0809的A B C 相连。其对应关系如下表所示。

地址码输入通

道

C B A

000IN0

001IN1

010IN2

011IN3

100IN4

101IN5

110IN6

111IN7

表4.2 ADC0809输入通道地址

控制信号：将P3.2作为片选信号，在启动A/D转换时。由单片机控制ADC 的地址锁存和启动转换。由于ALE和START连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。

在读取转换结果时，用单片机的P2.1，产生正脉冲作为OE信号用一打开三态输出锁存器。ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89C51单片机直接相连。初始化时，使ST为低电平。送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。根据EOC信号来判断是否转换完毕，当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。 ADC0809与51单片机的接口电路如图所示：

图4.3 ADC0809与51单片机的接口电路

4.4 控制器、振荡源和复位电路

复位电路即使电路回复到初始状态，是单片机经常的工作状态。单片机振荡电路的振荡周期和时钟电路的时钟周期决定了CPU的时序。

复位电路：采用上电外部复位电路。4.5 显示电路

图4.4 电路图

图4.5部分通道的数据

4.6 模拟信号产生电路

图4.6 模拟信号产生电路5 软件程序设计

5.1 主程序

DIN BIT P3.0

CLK BIT P3.1

DISBUF EQU 75H ;用来存放发送的数据 ORG 0000H ;目标程序将从0000H开始