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1、嘉 应 学 院 电子信息工程学院 8通道精密模拟量数据采集器指导老师 吴华波 专 业自 动 化班 级0 8 2 班姓 名 叶 真 良 同组人赖 柳 明同组人温 伟 江座 号 1 7 号学号2081022117摘 要数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采 集技术广泛引用在各个领域。它是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。本数据采集设计是一种基于单片机的数据采集系统，采用MAX308多路选择开关，可以采集八通道的模拟量，A/D转换器ICL7109的数据输出形式为12为二进制码，且与微处理器有良好的兼容特性，所以可以
2、与89C51单片机直接相连。ICL7109所需的基准电压由ICL7660供给，采集的数据经过单片机的简单处理，通过与计算机的连接在串口调试助手中直接显示。本设计称为8通道精密模拟量数据采集器，可以采集8路模拟量，并且采用杜邦线接线模式，方便加在其他设备中使用，8路模拟信号输入也留有接线端子，可以任意选择一路或多路进行采集、监控。本设计制作简单，体积小，携带方便，并可以直接附加在其他设备上，用途广泛。目 录摘要.21 设计目的.42 设计任务.43.设计方案.44数据采集器的电路设计.541 电源电路的设计.54.2数据输入电路设计.543 ICL7109与89C51单片机的硬件接口设计.64.
3、3.1 ICL7109的内部结构与芯片引脚功能.744单片机转串口与计算机通信设计.1046整体电路.1146.1 整体电路原理图.1246整体电路PCB图.135. 软件调试.165.1 程序流程图.165.2 程序清单.166. 电路的装配与调试过程.176.1电路焊接.176.2调试过程.177收获、体会和建议.18致谢.18参考文献.18附录 元件清单.191设计目的1使学生在学完了单片机原理与接口技术课程的基本理论，基本知识后，能够综合运用所学理论知识、拓宽知识面，系统地进行电子电路的工程实践训练，锻炼动手能力，培养工程师的基本技能，提高分析问题和解决问题的能力。2熟悉集成电路的引脚
4、安排， 掌握各芯片的逻辑功能及使用方法了解面包板结构及其接线方法，了解数据采集器的组成及工作原理。学会检查电路的故障与排除故障的一般方法3学会检查电路的故障与排除故障的一般方法，掌握虚拟设计，熟悉proteus仿真软件的使用，熟悉protel设计软件的使用，掌握在计算机上进行电路设计与分析的方法。2.设计任务设计一能采集8个通道的模拟量的精密数据采集系统。主要技术指标：（1）模拟量通道数：8；（2）AD转换分辨率：14位（数据实质是12位，加符号位和过量程指示位，总共14位）；（3）模拟量输入范围：0-4.8V；（3）数据通信与显示方式：采集到的数据通过串口发送到上位计算机，由计算机显示数据；
5、（4）上位计算机与数据采集系统（下位机）通信方式：串口通信，主从通信方式，上位机为主机，下位机为从机。由上位机发起通信，下位机响应，将采集到的8路数据一并发送到计算机中。3.设计方案按要求，设计数据采集器方案如下所示：数据采集器采用STC51系列单片机作为微控制器，模拟开关MAX308的地址A0、A1、A2分别与P1.0P1.2连接，通过控制P1口输出来选择输入信号，将信号依次输入送入双积分AD转换器ICL7109的模拟信号输入端，在使用模拟开关时，将模拟开关的输出端连接到ICL7109的输入通道即可。ICL7109的转换结果通过P0口传给单片机，单片机将采集结果通过串行通信RS232接口上传
6、给上位PC机，实现数据的采集。图1 数据采集器方案示意图4.数据采集器的电路设计下面将介绍设计电路具体方案。其中包括电源电路的设计、数据输入设计、ICL7109与单片机连接设计、模数转换设计、单片机转串口与计算机通信设计。41 电源电路的设计利用ICL7660将+5V电源变换成-5V电源的电路如下图所示。C1、C2采用漏电小、介质损耗低的10uF旦电容，以提高电源转换效率。当UDD+6.5V时，5脚可直接作为输出（将5脚沿虚线接输出端Uo）;当UDD6.5V时，为避免损坏芯片，输出电路需串入二极管D。该电路的输出电流不宜超过10mA 图2电源电路42 数据输入电路设计数据输入部分由模拟开关MA
7、X308实现多路信号的切换。MAX308是单8路（单刀16位）模拟开关，各开关由外部输入二进制的地址码A0、A1、A2来切换。其中脚1、14和16是地址码A0、A1、A2的输入端；输入脚A0、A1、A2分别与单片机P1.0P1.2相连，改变P1输出即可切换输入通道，控制脚接高。带串行接口的14位模数转换集成电路（ADC），它包含有跟踪/保持电路 的一个底飘溢、底噪声、掩埋式齐纳电压基准电源。它的转换速度快、功率消耗底、采样速率高达308 ks/s点，满量程输入电压范围为5V，功耗为210 mW。可与大多数流行的数字信号处理器的串行接口直接接口，该输入可以接收TTL或CMOS的信号电平，时钟频率
8、为0.1-5.5MHz。模拟多路复用精密，8-Channel/Dual 4通道，高性能，CMOS模拟多路复用器 图3 MAX308功能引脚图图4 数据输入电路43 ICL7109与89C51单片机的硬件接口设计A/D转换器ICL7109的数据输出形式为12为二进制码，且与微处理器有良好的兼容特性，所以可以与8031单片机直接相连。硬件接口电路如图6示： 图中将ICL7109的MODE引脚接地。使其工作于直接输出工作方式。将RUN/HOLD接+5V，这样ICL7109可进行连续转换。将STATUS线与8031的INT0相连，这样每完成一次转换便向889C51发一次中断请求。由于采用了385MHZ
9、的晶振，故ICL7109完成一次转换所需的时间为T=8192（脉冲周期）58/385MHZ=13272ms，即转换速率为75次/秒。其中ICL7660是+5V输入5V输出的电源极性变换器。图中是利用STATUS的下降沿发中断请求信号，在中断服务程序中12位数据要分两次读出，分别用HBEN，LBEN控制，并能同时得到极性和是否溢出的标志。下面介绍ICL7109连续转换时的转换程序：ICL7109是美国Intersil公司生产的一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位A/D转换器。由于目前逐次比较式的高速12位A/D转换器一般价格都很高，在要求速度不太高的场合，如用于称重，测压力等各种
10、高精度测量系统时，可以采用廉价的双积分式高精度A/D转换器ICL7109。ICL7109最大的特点是其数据输出为12位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连。 4.3.1 ICL7109的内部结构与芯片引脚功能1、ICL7109的内部电路结构ICL7109的内部电路有模拟电路和数字电路部分组成。模拟电路部分由模拟信号输入振荡电路、积分、比较电路以及基准电压源电路组成。 图5 ICL7109与8031单片机的硬件接口下图为数字电路部分的结构。他由时钟振荡器、异步通讯握手逻辑、转换控制逻辑以及计数器、锁存器、三态门组成。 高位字节输出引脚 低位字节输出引脚 17 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 16位三态输出 ICL7109 18 16 20
