多通道电压信号采集器

辽宁工业大学

单片机与接口技术课程设计（论文）题目：多通道电压信号采集器

院（系）：电气工程学院

专业班级：测控技术与仪器

学号：100301016

学生姓名：张轶楠

指导教师：（签字）

起止时间：2013.6.17-2013.6.28

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院教研室：测控技术与仪器

注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算

摘要

随着电子科技的不断发展与进步，电压测量成为广大电子领域中必须掌握的过程，并且对测量的精度和采集功能的要求也越来越高，而电压的测量与显示系统甚为重要。本文介绍的重点是电压数据的采集与显示系统，数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了MCS-51系列单片机来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括模数转换模块，显示模块，和串行接口部分，还有一些简单的外围电路。本设计的目的是对16路输入的电压信号进行采集。并将采集到的数据进行处理、传输、显示。

本设计是将输入的电压通过A/D转换，将模拟电压信号转换成数字信号，然后将数字信号传给单片机。经单片机分析处理后，将处理数据传输给显示系统，即由6位数码管显示。

关键词：单片机；模数转换；6位数码管

目录

第1章绪论 (1)

1.1 简介及应用 (1)

1.2 设计概述 (1)

第2章课程设计方案 (2)

2.1 系统概述 (2)

2.2 系统构成 (2)

第3章硬件设计 (3)

3.1 A/D转换 (4)

3.2 单片机系统 (5)

3.3 输出显示 (7)

第4章软件设计 (7)

4.1 程序设计流程图 (7)

4.2 流程图介绍 (8)

第5章课程设计总结 (10)

参考文献 (11)

附录Ⅰ (12)

附录Ⅱ (13)

第1章绪论

1.1简介及应用

在工业控制现场，常常需要采集大量的现场数据，如电压、电流、温度、气压等，并将这些数据采集模块采集的数据传输到主机上进行处理，由主机根据这些处理的结果，将控制信号传输给现场执行模块进行各种操作。。在数据采集及处理行业快速发展的今天，数据采集已经广泛应用于各个领域。国外各种数据采集器的先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，这使得多功能数据采集系统的发展尤为重要。

数据采集是智能仪表，自动控制系统中不可缺少的部分。如果单片机本身带A/D,D/A功能，则不必进行系统扩展。如果芯片本身不带这种功能，则必须扩展A/D,D/A接口，则必须扩展存储系统程序EPROM，以构成一个完整的数据采集系统。芯片的选取应根据应用需要或实验条件进行，一般在教学实验中制作的采样系统由于条件有限，其精度要求不能提高，如选ADC0809,DAC590及EPROMZ764等进行系统扩展。

1.2设计概述

本设计是以单片机为核心通过AD转换器对16路电压信号进行采集并转换成数字信号，然后送入单片机，经过单片机处理后由数码管进行显示。另外在系统中加入4个按键用以实现人机交互完成手动和自动的切换。

第2章课程设计方案

2.1 系统概述

本设计是通过对16路电压信号的采集，全面巩固A/D转换器、单片机、键盘和显示的应用。

系统功能：通过对多路电压的采集实现实时监测和显示以了解系统的运行状态，进而对系统进行相应的调整。

应用场合：需要对多路电压信号采集分析的场合。

2.2 系统构成

本设计主要由四部分构成：A/D转换、单片机、键盘和显示。设计构成图如下

图2.1 系统组成

AD转换器的16个接口分别和外部16路电压相连接，当任何一个接口的电压

信号进入转换器后则开始转换，输入电压信号经过A/D转换后成为数字信号。

方案一是将16路电压经过一个多路模拟开关后，然后由输出端传给一个AD转换器，再由转换器将数字信号传给单片机。

方案二是直接将16路电压信号和一个16路AD转换器相连接，然后输出给单片机。

方案一考虑了经济方面的因素，但电路连接比方案二复杂，而且增加了器件，使得整个系统的不稳定因素增加，另外造成了AD转换器的接口的浪费。方案二虽然采用的转换器价格比一要昂贵，但整体利用率高，同时选用的器件的数量少，系统的可靠性较高。所以综合考虑选用方案二。

在转换器转换完成后，单片机的控制端给出信号使转换器输出通道打开，然后将数字信号送入单片机。再由单片机处理后并把数据转化成BCD码输出给锁存器，当锁存器锁存信号允许打开时由锁存器驱动数码管显示。显示部分由四位数码管组成并采用动态显示，第一位用来显示通道，其余三位则用来显示数值。系统共设置四个按键则用来实现手动和自动功能的切换，四个按键和单片机端口连接，通过给入按键信号分别实现不同的功能包括：跳转至上一个显示、跳转至下一个显示、一直显示当前位、跳转至起始显示，当单片机扫描到按键按下时则程序跳转至相应的程序，由单片机分析处理后给输出部分，然后由显示部分显示用户所需要的数据。

第3章硬件设计

3.1 A/D转换

转换部分是16路电压信号通过一个ADC0816进行模数转换后，将输出的八位数字量通过输出端传输给AT89S51。因为A/D转换器的工作频率大约为500KHz，而由单片机ALE口输出信号的频率为2MHz，所以要将ALE的输出通过一个四分频电路。分频电路的组成如图3.1。其中U6的CP端接单片机的ALE。电路是采用两个74LS74进行四分频，输出端的频率信号给ADC0816的CLOCK端，用以提供ADC0816的工作频率。

图3.1 分频器电路图

图3.2是ADC0816和单片机的接线图。IN0-IN15为16路电压输入端，23-31引脚是8位数据输出端和单片机的P0口连接，转换后的数据由AD输出后从P0口进入单片机。转换器的地址控制端即ADD A-ADD D和单片机的P1.4-P1.7连接，单片机的四个输出口输出的数据改变时相应的AD转换器的不同的通道会打开使外部信号进入转换器，然后把输入的数据进行AD转换。转换器的START用来控制转换的开启，转换开启是手单片机的P3.5控制的，当P3.5输出一个高电平时会使转换器启动。当数据转换完成后要输出，但输出允许控制位要受单片机控制的P3.6控制，只有当OE允许时AD转换器才会把数据输出给单片机。