模拟信号采集.pptx

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2. 设计要求
1)采集至少两路模拟信号,用数码管显示出来。 2)用键盘选择多路模拟信号的任意一路来进行数据的采集、显示与切换。
3)使用 PROTUES 仿真软件,完成上述题目要求。
二、系统总体设计方案 2.1Fra Baidu bibliotek主控芯片设计
方案一:选用专用电压转换芯片 INC7107 实现电压的测量和现实。缺点是精度 比较低,且内部电压转换和控制部分不可控制,优点是价格低廉。
终上所述:由于两个方案都可以实现同样的功能,但方案二设计简单、系统开 销小、反应速度较快,因此选择此方案。
三、系统硬件设计
这个设计的核心我们采用的是 STC89C52 芯片,P0 口作为数据总线和地址总线, 首先,当模拟信号输入时,P0 口作为数据总线对数据进行输入,其后在把数据传给 8255 时此时 P0 口作为一个地址总线。P2 作为 ADC0809 的控制端口。P1 作为流水灯 控制口。如图 3.1 所示:
书山有 路
吉林建筑大学 电气与电子信息工程学院
单片机原理与应用课程设计报告
设计题目: 模拟信号采集器设计
专业班级:
信工
121
学生姓名:
乔向洋
学 号:
100212112
指导教师: 许亮 张玉红 设计时间
: 2015.03.09-2015.03.20
教师评语:
成绩
评阅教师
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日期
书山有路
摘要
本次设计是建立一个多路模拟信号采集系统,能处理模拟信号,同时对信号进 行循环采样并通过键盘控制输出。它主要由 A/D 转换模块、单片机、显示模块、键 盘控制器模块组成。其中最主要的部分是单片机和 A/D 转换器,首先被测模拟信号 通过 A/D 转换器转换成数字信号,然后通过单片机的处理,在显示器上不停的显示 所采样的数据,通过键盘给一个控制信号,可以选择的任意一路信号在 1602 上面输 出显示。
图 3.2 单片机最小系统
3.1.3 引脚功能说明
(1)VCC:电源电压。
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2 GND:地。 3P0 口:P0 口是一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口,即地址/数据总线复用口。作 为输 出口用时,每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路,对端口写“1”可 使其 成为高阻抗输入端。在访问外部数据存储器或程序存储器时,这组口线分别被 地址 (低 8 位)和数据总线使用,在访问期间激活内部上拉电阻。在 flash 编程时, P0 口接受指令字节,而在程序校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。 4 P1 口:P1 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P1 的输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电阻把 端口拉到高电平,此时可作输入口,做输入口使用时,因为内部存在上拉电阻,某 个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash 编程和程序校验期间,P1 接受低 8 位地址。 5P2 口:P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P2 的输出缓冲级可 驱动 (吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对端口写“1”,通过内部的上拉电 阻 把端口拉到高电平,此时可作输入口,做输入口使用时,因为内部存在上拉电阻 ,某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或 16 位地址 的外部数据存储器(例如执行 MOVX@DPTR 指令)时,P2 口送出高 8 位地址数据。在 访问 8 位地址的外部数据存储器(如执行 MOVX@RI 指令)时,P2 口线上的内容(也 即特殊功能寄存器(SFR)区中 R2 寄存器的内容),在整个访问期间不改变。Flash 编程时,P2 亦接受高位地址和其他控制信号。 6P3 口:P3 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口,P3 的输出缓冲级可 驱动 (吸收或输出电流)4 个 TTL 逻辑门电路。对 P3 口写“1”,它们被内部的上拉 电 阻拉高,此时可作输入口,做输入口使用时,被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出 电流。 7RST:复位输入。当振荡器工作时,RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将 使 单片机复位。 8ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时,ALE(地址锁存允许)输出 脉 冲用于锁存地址的低 8 位字节。即使不访问外部存储器,ALE 仍以时钟振荡频率
关键词:PCF8591 AT89C51 LCD1602 显示屏
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目录
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模拟信号采集器设计
一、设计内容及要求 1. 设计内容
本课题要求以单片机为控制器,对多通道模拟信号作数据采集并进行 8 位转换, 采集到的数据以中断方式接入内存加以显示,并送到显示模块进行处理。由于信号 比较多,单片机不可能把这些信号同时接收,因此需要由多路开关进行通道转换, 分时地把信号送到采样/保持器(S/H)、A/D 转换器,把模拟量转换成数字量,然后 通过显示器显示所选择的通道以及所采集的数据。
1. 主要性能参数
·与 MCS-51 产品指令系统完全兼容 ·4k 字节可重擦写 Flash 闪速存储器 ·1000 次擦写周期 ·全静态操作:0Hz-24MHz ·三级机密程序存储器 ·128X8 字节内部 RAM ·32 个可编程 I/O 口线
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书山有路 ·2 个 16 位定时/计数器 ·5 个中断源 ·可编程串行 UART 通道 ·低功耗空闲和掉电模式
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图 3.1 单片机引脚图
1. 单片机控制模块设计
对于整个数据采集系统而言,起到控制和枢纽作用的单片机模块无疑是其中最 为重要的部分。AT89S52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压,高性能 CMOS8 位单片机, 片内含 8k bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和 256bytes 的随机存取 数据存储器(RAM),器件采用 ATMEL 公司的高密度,非易失存储技术生产,兼容标 准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8 位中央处理器(CPU)和 Flash 存储单元,功能 强大 AT89S52 是此系统的最佳选择。单片机控制模块的作用是控制各单元电路的运 行并完成数据的换算或处理,主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。
图 3.1 复位电路
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3.2 电源设计
电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供 5V 或者 12V 电压,确保电路的正常稳定工作。
采用 L7805 稳压块,输出为 5V。电子组件要正常运作都需要电源电压供电,一 般常用的电源电压为+5V 或+12V,因为数字 IC (Ingegrated Circuit:集成电路) 所供给的电压为+5V,而 CMOS IC 所供给的电压为+12V,7805 是一个稳压块。7805 稳压管把高电压转换到低电压,7805 稳压管具有保护单片机的作用。L7805 输出端 要并联上一个电解电容,滤除交流电干扰,防止损坏单片机系统。本设计采用只采 用了稳压电源。黄色发光二极管表示保温,红色的表示加热状态。
图 3.2 电源电路图
3.3 模拟与数字信号采集模块设计
模拟信号采集主要采用逐次逼近型 A/D 转换器,它属于直接型 A/D 转换器,它 能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码,而不需要经过中间变量。主要由 比较器、环形分配器、控制门、寄存器与 D/A 转换器组成。在数字信号方面我们采 用的是光电耦合的方式使采集的信号与我们的系统互不影响。
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书山有路 数据寄存器 A/D D/A 的最大转换速率约为 11 kHz,但是转换的基准电源需由外部 提供 PCF8591 的引脚功能如表 3.3:
PCF8951 模数转换芯片简介: PCF8591 是一种具有 I2C 总线接口的 8 位 A/D D/A 转换芯片,在与 CPU 的信息 传输过程中仅靠时钟线 SCL 和数据线 SDA 就可以实现。I2C 总线是 Philips (飞 利浦)公司推出的串行总线,它与传统的通信方式相比具有读写方便,结构简单, 可维护性好,易实现系统扩展,易实现模块化标准化设计,可靠性高等优点。PCF8591 为单一电源供电(2.5-6 V)典型值为 5 V,CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入,属逐次比较型,内含采样保持电路; 1 路 8 位 D/A 输出,内含有 DAC 的
3.1.4 AT89S51 复位模式
复位电路单片机的 RST 管脚为主机提供了一个外部复位信号输入口。复位信号 是高电平有效,高电平有效的持续时间为 2 个机器周期以上。单片机的复位方式可 由手动复位方式完成。电阻、电容器的参考值 1R=10KΩ、1C=10uF、hC=0.01uF 复位 电路如图所示。
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书山有路 的 1/6 输出拱顶的正脉冲信号,因此它可对外输出时钟或用于定时。要注意的是: 每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。对 flash 存储器编程期间,该引 脚还用于输入编程脉冲(PROG)如有必要,可通过对特殊功能寄存器(SFR)区中的 8EH 单元的 D0 位置位,可禁止 ALE 操作。禁止后,只有一条 MOVX 和 MOVC 指令可激 活 ALE。此外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,应设置 ALE 无效。 ( 9 ) EA/VPP: 外 部 访 问 允 许 。 欲 使 CPU 仅 访 问 外 部 程 序 存 储 器 ( 地 址 为 0000H-FFFFH)。EA 端必须保持低电平(接地)。需注意的是:如果加密位 IB1 被编 程,复位时内部会锁存 E 端状态。如 EA 端为高电平(接 Vcc 端),CPU 则执行内部 程序存储器中的指令。Flash 存储器编程时,该引脚要加上+12V 的编程允许电源Vpp, 当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 Vpp。 10 XTAL1:振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 11 XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。
本设计将介绍一种以单片机为核心的数据采集系统,它能测量直流电压及光敏 阻值,并且测量结果能通过 1602 显示器显示出来,从而具有一定的智能性。本设计 将对硬件电路部分和软件程序部分分别作介绍。在硬件部分,本文就系统的各个组 成模块的原理做了详细的介绍。在软件部分,详细阐述了各个模块电路的软件设计 方法和设计中的细节。随着计算机技术的飞速发展和普及,数据采集系统在多个领 域有着广泛的应用。本次的课程设计研究对以后生活及工业应用将会有主要的意义。
3.1.2 功能特性
AT89S52 提供一下标准功能:8k 字节 Flash 闪速存储器,256 字节内部 RAM,32 个 I/O 口线,两个 16 位定时/计数器,一个 5 向量两级中断机构,一个全双工串行 通信口,片内振荡及时钟电路。同时,AT89S52 可降至 0Hz 的静态逻辑操作,并支 持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 CPU 的工作,只允许 RAM,定时/计 数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 RAM 中的内容,但振荡器停 止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。
方案二:选用单片机 AT89S52 和 A/D 转换芯片 PCF5891 实现电压的转换和控制, 用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵,优点是转换精度高, 且转换的过程和控制、显示部分可以控制。
终上所述:方案二所需元件少、成本低且易于实现,可选此方案。系统方案图如 下:
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模拟信号
书山有 路
A/D 转 换模块
显示模块



控制器
图 2.1 系统方案图
2.2 显示方案设计
方案一:选用 4 个单体的共阴数码管,将 a—h 全部连接起来,然后接到单片机 口的 I/O 上进行控制。缺点是焊接时比较麻烦,容易出错,优点是价格比较便宜。
方案二:选用一个 1602 液晶显示器。LCD1602 液晶显示容量:16×2 个字符,芯 片工作电压:4.5—5.5V,工作电流:2.0mA(5.0V),模块最佳工作电压:5.0V,字符尺 寸:2.95×4.35(W×H)mm。1602 液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过 指令编程来实现的。这个电路几乎没有缺点,优点是便于控制,且价格低廉,焊接 简单。
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