智能仪表综合训练课程设计报告

《智能仪表综合训练课程设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能仪表综合训练课程设计报告（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、内蒙古科技大学内蒙古科技大学 智能仪表综合训练课程设计报告智能仪表综合训练课程设计报告 题题 目：数据采集器目：数据采集器(LED(LED 显示显示) ) 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 专专 业：测控技术与仪器业：测控技术与仪器 班班 级：级： 指导教师：指导教师： 目目 录录 第第 1 1 章章 概述概述.1 1.11.1 研究背景及其目的意义研究背景及其目的意义.1 1.21.2 该课题研究的主要内容内容该课题研究的主要内容内容.1 1.31.3 设计目的设计目的.2 第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计.3 2.12.1 数据采集系统的概述数据采集系统的概述.3 2.22

2、.2 数据采集系统各个组成部分的设计数据采集系统各个组成部分的设计.3 2.2.12.2.1 单片机的选择单片机的选择.3 2.2.22.2.2 A/DA/D 模数转换的选择模数转换的选择4 2.2.32.2.3 串行口的选择串行口的选择.4 2.2.42.2.4 数据采集数据采集 ADC0832ADC0832 的工作原理的工作原理.4 2.2.52.2.5 显示部分的设计显示部分的设计.6 2.2.62.2.6 按键的设计按键的设计.7 第第 3 3 章章 硬件设计与仿真硬件设计与仿真.9 3.13.1 硬件设计硬件设计9 3.1.13.1.1 复位电路复位电路9 3.1.23.1.2 晶振

3、电路晶振电路9 3.1.33.1.3 串口通信电路串口通信电路.10 3.23.2 仿真仿真.11 第四章第四章 软件设计软件设计.13 4.1 简介简介 KeilKeil Uvision4Uvision413 4.1.14.1.1 keilkeil C51C51 的概述的概述.13 4.1.24.1.2 keilkeil C51C51 的优点的优点13 4.2 程序设计程序设计.13 第第 5 5 章章 调试与总结调试与总结.15 5.15.1 硬件、软件调试硬件、软件调试.15 5.25.2 总结总结16 参考文献.17 附录附录 A A：数据采集器硬件原理图（总图）：数据采集器硬件原理图

4、（总图）18 附录附录 B B：数据采集器源程序：数据采集器源程序19 0 第第 1 1 章章 概述概述 1.11.1 研究背景及其目的意义研究背景及其目的意义 数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分 析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于 20 世纪中期，在过去的几十年里， 随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集 数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘 探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。 近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有 了迅速的发展，

5、它可以广泛的应用于各种领域。国内现在已有不少数据测量和采集 的系统，但很多系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对 测试环境要求较高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统。 基于单片机的多通道数据采集系统是将来自传感器的信号通过放大、输入 A/D 转换器转换为数字信号后由单片机采集，、后期处理与显示，实现了数据处理功能 强大、显示直观、界面友好、性价比高、应用广泛的特点，可广泛应用于工业控制、 仪器、仪表、机电一体化、智能家居等诸多领域 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方向得到了迅 速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡

6、，把它插在微机的扩 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。 1.21.2 该课题研究的主要内容内容该课题研究的主要内容内容 本设计运用单片机 STC89C52 进行数据采集的设计，刚刚供电时，用户输入四 位密码，如果输入错误，系统就

7、会报警，如果输入正确，单片机就会让电压模拟量 （0-5V）通过模拟量/数字量转换芯片（ADC0832），送入单片机，进行数据处理之 后，通过 4 个移位寄存器（74LS164），静态显示在 LED 数码管或 LCD 显示上。实验 的模拟量数据是通过一个可调电位器输出 0-5V 的模拟量，显示是 0-1000 摄氏度的 1 静态显示。该设计的预期结果就是设计出一套基于单片机控制的测温数字显示系统 并能 proteus 实现仿真。根据要求编写出应用程序，绘制出 protel 电路图，动手完 成实物设计。 1.31.3 设计目的设计目的 在智能仪表课程设计学习中，练习单片机、嵌入式设计的相关技术，实

8、现智能 仪表功能要求，具体如下： 熟练掌握 C 语言的相关编程知识 了解电子系统的设计方法，巩固和提高学过的基础理论和专业知识 掌握 ADC0832 及其编程方法 增强对单片机的认识，掌握分析处理问题的方法，进行调试、计算等基本技 能的训练，达到具有一定程度的实际工作能力 学会用 Protel99se 进行电路原理图和 PCB 图的绘制 学习用 Proteus、Keil 等软件进行电路程序设计和仿真 实践嵌入式系统开发流程及相关技能 练习设计报告及科技论文的写作规范 2 第第 2 2 章章 总体方案设计总体方案设计 2.12.1 数据采集系统数据采集系统的概述的概述 数据采集，又称数据获取，是

9、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。 在该系统中需要将模拟量转换为数据量，而 A/D 是将模拟量转换为数字量的器 件，他需要考虑的指标有：分辨率、转换时间、转换误差等等。而单片机是该系统 的基本的微处理系统，它完成数据读取、处理及逻辑控制，数据传输等一系列的任 务。在该系统中采用的是 8051 系列的单片机。双机通信的串行口可以采用 RS232C 标准接口，由芯片 MAX232 实现双机的通信。而数据的显示则采用的是 LED 数码管， 该器件比较简单，在生活中接触也较多。 数据采集系统一般由信号调理电路，多路切换电路，采样保持电路，A/

10、D,单片 机等组成。完成课程设计所需要的系统框图如图 2.1 所示。 图 2.1 系统框图 2.22.2 数据采集系统各个组成部分的设计数据采集系统各个组成部分的设计 2.2.12.2.1 单片机的选择单片机的选择 AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复 擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（RAM），器件采 用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51 指令系统，片内 置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，AT89C52 单片机在电子行业中有着广泛 的

11、应用。 AT89C52 有 40 个引脚，32 个外部双向输入/输出(I/O)端口，同时内含 2 个外中 3 断口，3 个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口，2 个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成 本。而本设计选用的是 AT89C52. 2.2.22.2.2 A/DA/D 模数转换的选择模数转换的选择 ADC0832 为 8 位分辨率 A/D 转换芯片，其最高分辨可达 256 级，可以适应一般 的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电

12、压的复用，使得芯片的模拟电压输入 在 05V 之间。芯片转换时间仅为 32S，据有双数据输出可作为数据校验，以减少 数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使多器件挂接和处理 器控制变的更加方便。通过 DI 数据输入端，可以轻易的实现通道功能的选择。 鉴于在价格、转换速度等多种标准考量下，在本设计选用的是逐渐逼近式 A/D 转换器ADC0809. 2.2.32.2.3 串行口的选择串行口的选择 该串行口我选用了标准 RS-232C 接口，它是电平与 TTL 电平转换驱动电路。常 用的芯片是 MAX232，MAX232 的优点是： 一片芯片可以完成发送转换和接收转换的双重功能。 单

13、一电源+5V 供电 它的电路设计与连接比较简单而且功能齐全。 2.2.42.2.4 数据采集数据采集 ADC0832ADC0832 的工作原理的工作原理 正常情况下 ADC0832 与单片机的接口应为 4 条数据线，分别是 CS、CLK、DO、DI。但由于 DO 端与 DI 端在通信时并未同时使用并与单片机的接口是 双向的，所以在 I/O 口资源紧张时可以将 DO 和 DI 并联在一根数据线上使用。当 ADC0832 未工作时其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的电平可 任意。当要进行 A/D 转换时，须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换 完全结束

14、。此时芯片开始转换工作，同时由处理器向芯片时钟（CLK）输入端输入时 钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择的数据信号。在第一个时钟脉冲的 下沉之前 DI 端必须是高电平，表示启始信号。在第二、三个脉冲下沉之前 DI 端应 输入两位数据用于选择通道功能。 如表 2.1 所示，当此两位数据为“1”、“0”时，只对 CH0 进行单通道转换。 4 当 2 位数据为“1”、“1”时，只对 CH1 进行单通道转换。当两位数据为“0”、 “0”时，将 CH0 作为正输入端 IN+，CH1 作为负输入端 IN-进行输入。当两位数据 为“0”、“1”时，将 CH0 作为负输入端 IN-，CH1

15、 作为正输入端 IN+进行输入。到 第三个脉冲的下降之后 DI 端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI 端则开始利用 数据输出 DO 进行转换数据的读取。从第 4 个脉冲下降沿开始由 DO 端输出转换数据 最高位 Data7，随后每一个脉冲的下降沿 DO 端输出下一位数据。直到第 11 个脉冲 时发出最低位数据 Data0，一个字节的数据输出完成。也正是从此位开始输出下一 个相反字节的数据，即从第 11 个字节的下降沿输出 Data0。随后输出 8 位数据，到 第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次 A/D 转换的结束。最后将 CS 置高电平 禁用芯片，直接将转换后的数据进行处理就

16、可以了。时序说明请参照图 2.2。 表 2.1 通道地址设置表 通道地址通道 SGL/DIFODD/SIGN01 工作方式说明 00+- 01-+ 差分方式 10+ 11+ 单端输入方式 作为单通道模拟信号输入时 ADC0832 的输入电压是 05V 且 8 位分辨率时的电 压精度为 19.53mV，即（5/256）V。如果作为由 IN+与 IN-输入的输入时，可是将电 压值设定在某一个较大范围之内，从而提高转换的宽度。但值得注意的是，在进行 IN+与 IN-的输入时，如果 IN-的电压大于 IN+的电压则转换后的数据结果始终为 00H。 5 图 2.2 ADC0832 的工作时序图 2.2.52.2.5 显示部分显示部分的设计的设计 74LS164 为 8 位移位寄存器,串行输入数据，然后并行输出。当清除端为低电 平时，输出端（Q0Q7）均为低电平。 串行数据输入端（DSA，DSB）可控制数据。 当 DSA、DSB 任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上 升沿作用下 Q0 为