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1、 2013届毕业设计说明书 高精度多路A/D采集系统的设计 院 、部： 电气与信息工程学院 学生姓名： 指导教师： 职称 讲师 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气本0904 完成时间： 2013-5-25 摘 要数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于数据采集系统的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS）。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用，在工业的控制领域中，越来越多的模拟信号需要2数字量来显示。需求的精度越来越高，采集通道越来多。因此，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有非常重
2、要的作用。本文主要介绍了基于单片机的高精度的多路A/D采集系统的设计。系统主要包括硬件设计和软件设计，硬件设计包括单片机主控模块、A/D模数转换模块、LCD液晶显示模块，键盘输入模块。数据采集的控制是采用了AT89S51单片机为核心来实现，11路模拟信号通过A/D转换器TLC2543进行模数转换。实现模拟量到12位二进制数字量的转换，并将转换后的数据通过单片机接收、处理、并用LCD液晶来显示所采集的结果。此系统采样精度为1/4096，经过数据处理后，液晶所显示数据结果可以精确到小数点后7位。同时通过键盘作为人机交换接口，通过键盘来操作，来选择TLC2543所连接11路中其中一通当前测试值。软件
3、设计采用C51编程，实现对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等功能。关键词：A/D转换；高精度；单片机；液晶显示AbstractWith the constantly improvement of data acquisition system (DAS), which has been significantly applied to these fields like military, avionics, aerospace technology and industry and so on, there evoluted a single-chip microcompute
4、r DAS that has high performance and high reliability. And this expertise has been extensively applied to the field of industry. Since at the control point of this field, more and more analog signals need be displayed in digital quantity. And this process need higher and higher demand of precision an
5、d more and more demands of acquisition channels. DAS is the essential connection between the analog domain and the digital domain.This thesis will mainly introduce a system design based on single-chip microcomputer DAS of high accuracy and multi-channel A/D. This design consists of hardware design a
6、nd software design, of which the hardware design includes the single-chip microcomputer control module, A/D conversion module, LCD module and keyboard input module. And the data acquisition control process of it adopts AT89S51 as the core, where No.11 analog signal converts into12 bit binary digital
7、 quantity through the A/D converter TLC2543, and then be received, processed and displayed on LCD. These final data on LCD could be given to seven decimal places with the sampling accuracy of it at 1/4096. And the keyboard as man-machine exchange interface, selects one of the current test values of
8、No.11 connected with TLC2543. The software design uses C51 programming to realize these functions of the data acquisition system, the A/D conversion system, data display, data communication.Keyword: A/D；conversion precision；MCU；LCD displayI目 录1 绪论11.1 课题研究的目的和意义11.2 课题的国内外研究现状21.3 课题研究的主要内容32 方案论证与选
9、择42.1 系统设计方案论证42.2 器件选择6 2.2.1 A/D芯片的选择6 2.2.2 单片机的选择7 2.2.3 显示屏的选择7 2.2.4 按键的选择83 硬件系统设计93.1 单片机系统9 3.1.1 简介AT89S529 3.1.2 单片机最小系统原理图103.2 12864LCD应用原理12 3.2.1 概述12 3.2.2 基本特性13 3.2.3 模块接口说明13 3.2.4 12864与单片机硬件连接图133.3 模数转换器TLC254315 3.3.1 TLC2543的引脚排列及说明15 3.3.2 TLC2543的工作过程17 3.3.3 接口时序17 3.3.4 T
10、LC2543与单片机硬件连接图193.4 矩阵式键盘204 系统软件设计214.1 简介KeilUvision4214.2 程序设计21 4.2.1 主程序21 4.2.2 液晶驱动程序22 4.2.3 键盘扫描程序25 4.2.4 数据采集程序255 仿真与调试305.1 Proteus介绍305.2 采集系统仿真与分析315.3 液晶显示系统调试325.4 设计总结33致 谢35参考文献36附录A 原理图37附录B PCB图38附录C 程序39I1 绪论1.1 课题研究的目的和意义科学技术的发展日新月异，科学技术的进步同时也带动了测量技术的发展，现代控制设备的性能和结构上都发生了翻天覆地的
11、变化。已经进入了高速发展的信息时代的我们，测量技术已经是当今社会的主流，被广泛地深入到了应用工程的各个领域。数据采集及其应用的关注度越来越高，并且由于数据采集系统的迅速发展，它在各种领域被广泛的应用。数据采集系统被广泛应用于模拟信号测量或相应的可转换为数字量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中，例如：城市路灯故障检测、供电线路防盗监视、城市居民小区供热检测、大型仓库温度检测、工业生产测控、农业生产温度测控、环保工程、故障监控工程等。20世纪50年代开始出现数据采集系统，1956年美国的军事领域首次据采集系统中的测试系统被运用，此测试系统你需要任何测试相关文件，同时所有测试
12、设备都可以在不熟啦的操作人员手里进行全自动化。这种数据采集系统有运行速度高，灵活性强的特点，因此完全取代了传统方法不能完成的数据采集和测试任务的情况。到了60年代后期，许多国内外国家都先后出现成套的数据采集设备和系统，而且这些设备系统都为专用。20世纪70年代后期，数据采集系统将微型机、采集器、仪表同计算机溶为一体，这一成就空前的突破。无论是从性能还是处理速度上，这种数据采集系统完全超越了传统的自动检测仪和专用采集系统。从而数据采集系统又一次革命性改变。从70年代之后，数据采集系统在发展过程中逐渐出现了两类，一为实验室数据采集系统，一为工业现场数据采集系统。20世纪80年代由于计算机的渐渐被普
13、及，A/D数据采集系统的发展进行又一次的飞跃，通用的A/D数据采集和自动测试系统产生了。该阶段的数据采集系统主要同样分为两类，一类系统主要适用于实验室的以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成，而且在工业生产现场也有一定的应用范围。第二类则在工业现场被广泛应用，这类主要以数据采集器、标准总线和计算机技术构成。20世纪80年代后期，随着数据采集发展，A/D数据采集系统将单片机、计算机以及集成电路的结合一起，同时利用用软件管理，将系统的成本减低，体积变小，功能成数倍增加，数据处理能力加强。20世纪90年代至今，在凡事国际上技术先进的国家，数据采集系统无论是在军事领域，还是航空航天的电子设备及宇
14、航技术，或者是一般工业领域中都是密不可分的一本分。随着集成电路制造技术的不断提高，开始出现了单片机数据采集系统（DAS），此类系统性能高、可靠性强。随着此类技术不断的提高，数据采集技术已经成为一种专门的技术领域，在工业领域得到了广泛的应用。由于此阶段的数据采集系统采用的模块式结构，人们根据不同的应用要求，通过简单的模块变动，并结合相应系统编程修改系统，迅速组成一个新的系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展取得了很大的进步，而且一个数据采集系统的组成仅仅只需要一块数据采集卡，把数据采集卡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
15、数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以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。1.2 课题的国内外研究现状数据采集技术作为信息科学的重要分支之一, 它要研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等各项问题。它主要是对传感器接受的模拟信号的测量与处理, 以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合性应用技术。A/D数据采集也是从单个到多个模拟信号获取信息的一个过程，简单讲就是获取模拟信息。随着微型计算机技术的不断飞速发展,A/D数据采集系统已成为生活中日益重要的检测和监控技术,被广泛应用于工农业等需要同时监控多项测试的场合。A/D数据采集
