多路电压信号采集与显示系统

多路电压信号采集与显示系统

目录

一、设计任务与要求 (1)

二、方案论证与比较 (2)

1.1 控制电路单片机的选择 (2)

1.2 显示模块的选择 (3)

1.3 AD采样模块的选择 (3)

1.4数据选择模块的选择 (3)

三、系统硬件设计与理论计算 (4)

3.1系统的总体设计 (4)

3.2单元电路的设计与理论设计 (4)

3.2.1前端输入调理 (4)

3.2.2键盘显示模块的设计 (6)

3.2.3稳压电源的设计 (7)

3.3系统的总原理图 (8)

四、系统软件设计 (8)

4.1系统的总体程序流程框图 (8)

4.2单元电路的子程序 (8)

4.3程序清单 (9)

五、系统测试 (9)

5.1系统测试方案 (9)

5.2测试仪器 (9)

5.3测试结果与分析 (9)

六、总结 (10)

参考文献 (11)

附录(电路图及有关设计文件)

附录一电路总原理图

附录二程序清单

附录三元器件清单

附录四电路的实物图

多路电压信号采集与显示系统

摘要：本系统以C8051F410单片机为系统的控制核心，有输入信号调理模块、控制模块、键盘显示模块和稳压电源模块组成。利用C8051F410单片机内部自带的12位模/数转换和一个27通道单端输入多路选择器，并利用CH452控制的键盘显示模块，设计一个八路模拟信号电压采集与显示系统，其中A/D转换结果经过C8051F410单片机处理，最后通过数码管显示相应的数值。并通过按键可以选择指定通道进行测量，并在四位数码管上显示相应的数字，实现了“手动指定通道”功能。读数据准确，测量方便。本系统经测试，各项指标均达到设计要求。

关键词：C8051F410模/数转换键盘显示

引言：单片机自20世纪70年代问世以来,以其极高的性能价格比,深受人们的重视和关注,应用很广、发展很快。而现在的消费类产品、通讯类产品、仪器仪表、工业测控系统中，逐渐形成了以一个或多个单片机组成的比较简单、方便和科学的智能控制系统。单片机的应用从根本上改变了控制的传统设计思想和设计方法。以前才用硬件电路实现的大部分控制功能，基本上都可以用单片机通过软件来实现。本设计利用C8051F410单片机内部自带的一个12位SAR ADC（模/数转换器）和一个27通道单端输入多路选择器，该ADC得最大转换速率为200ksps。ADC系统包括一个可编程的模拟多路选择器，用于ADC的输入。代替了AD00809

模/数转换器和CD4051单端8通道数字控制模拟电子开关，同样可以实现电路检测精度。将多路被测模拟量转化成数字量，并用数字方式显示测量结果。

一、设计任务与要求

设计制作一个用于8路模拟信号采集与显示的系统，测试其具体参数并完成报告。要求：

1.、被测模拟量为8路不同值的电压信号，电压范围为：

两路：0~1V；

两路：0~5V；

两路：0~15V；

两路：0~30V；

2、每路电压信号的幅值变化率不大于0.5伏/分钟；

3、主控芯片建议采用C8051F410单片机；

4、检测精度要求不小于千分之一；

5、各路模拟量的值，要求具有“自动循环显示”的功能和显示“手动指定通道”的功能

6、键盘和显示部分建议采用如下两个方案之一：

（1）采用CH452来设计；

（2）采用LCD12864或LCD1602等液晶屏和矩阵键盘模块来设计；

7、要求采用220V工频交流供电，为系统设计合适的稳压电路；

8、为了便于测试，输入端口建议采用SIP9插针，从上到下量程逐渐增加，最下面一根插针为接地；

9、建议采用模块化设计，各模块用螺丝统一固定至一块较大的绝缘板上；

二、方案论证与比较

1.1控制器模块的选择

方案一：AT89S51单片机作为控制芯片，ADC0809芯片来实现模/数转换。AT89S51单片机是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，AT89S51 单片机作为控制电路的芯片。ADC0809芯片是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号

中的一个进行A/D转换。同样可以满足电路要求，但是电路比较复杂，设计繁琐，不易控制。故不能采用此方案。

方案二：C8051F410单片机作为数/模转换和电路控制芯片，C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。C8051F410单片机具有高速、流水线结构的8051微控制器内核、4个通用的16位定时器、两个12位电流输出DAC、2304字节内部数据RAM存储器、数字外设24个I/O端口和模拟外设一个12位SAR ADC和一个27通道单端输入多路选择器，该ADC得最大转换速率为200ksps。ADC系统包括一个可编程的模拟多路选择器，用于ADC 的输入。由于C8051F410中带有12位的A/D转换器、高速8051微控制器内核，用C8051F410单片机代替了AT89S51单片机和CD4051电子开关，足够满足电路中的精度要求，而且电路简单容易控制。另外C8051F410单片机相比于AT89S51单片机即经济又简单。相比较方案一来说方案二电路更加简单，因此选用了此方案。

经比较，为了更好的满足电路设计要求，控制器模块选用方案二。

1.2显示模块的选择

方案一：采用数码管显示。这种方案控制起来比较简单，而且数码管具有低能耗、耐老化和精度比较高等优点。虽然数码管只能显示数字，本题要求实时循环显示8路不同值的电压信号来实现“自动循环显示”功能。由于本设计只要求显示输出电压值，所以数码管完全可以满足电路设计要求，而且性价比高。

方案二：采用LED点阵显示。LED只能显示非常有限的符号和数字，人机交互界面不够人性化，显示位数太多时电路比较复杂，显示效果不好，而且不易编程。

方案三：采用点阵型LCD显示。LCD可以显示输出信号的波形、类型、幅度、频率、和频率步进值等，显示更美观大方，且显示的信息更多，人机交互界面更人性化，界面显示采用控制器12864的点阵型LCD显示。12864是一种图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及128×64 全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示,也可以8×4 个（16×16 点阵）汉字。显示效果好，但是本设计只要求显示不同值的电压值，所以采用点阵型LCD显示有点大材小用，性价比不高，而且编程比较繁琐。

经比较，在满足电路要求的情况下性价比高者优选，故显示模块选用方案一。

1.3AD采样模块的选择

方案一：利用ADC0809进行AD采样与转换，ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，