基于单片机的多路信号采集器的设计毕业设计

基于单片机的多路信号采集器的设计毕业设计 目录 摘要 错误!未定义书签。 Abstract 错误!未定义书签。 第1章绪论 1 1.1课题背景 1 1.2选题的依据和意义 1 1. 3 国外研究现状 1 1.4本文主要研究容 3 第2章 STC12C5A60S2单片机的介绍 4 2. 1 STC12C5A60S2单片机的说明 4 2. 1. 1 芯片特性 4 2. 1. 2 STC12C5A60S2单片机硬件组成结构 5 2. 1. 3 STC12C5A60S2单片机引脚功能 5 2. 2本章小结 7 第3章系统模块分析 8 3. 1 A/D转换模块 8 3. 1. 1 A/D转换芯片的选择 8 3. 1. 2 TLC2543芯片的说明 9 3. 1. 3 TLC2543 T作原理 11 3. 2 LCD显示模块 13 3. 2. 1 LCD1602 的说明 13 3. 2. 2 LCD1602的显示原理 15 3. 3串口通信模块 16 3. 3. 1 MAX232 与 RS232C 的说明 16 3. 3.2 串口通信模块工作原理 20 3. 4整体电路图 22 3. 5本章小结 22 第4章 系统软件分析 23 4. 1 程序流程图分析 23 4. 1. 1 初始化程序 23 4. 1.2 A/D转换的实现 24 4. 1. 3 LCD显示的实现 26 4.2系统运行结果 28 4. 2. 1 TLC2543 与 LCD 1602 在 Proteus 上的仿真 28 4. 2. 2 PC上数据的显示 30 4. 3本章小结 32 结论 33 参考文献 34 致谢 36 附录1 37 附录2 41 附录3 46 附录4 50 附录5 71 第1章绪论 1. 1课题背景 数据采集技术作为信息科学的主要分支，他不仅应用在智能仪器中，而 且在现代工业生产、国防军事及科学研究等方面都得到广泛应用，无论是过 程控制、状态检测、或者是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统。 随着科学技术的进步，特别是以传感器技术、通信技术和计算机技术为基础 的现代信息技术的发展，以及测试理论的不断发展，数据采集技术的发展也 是日新月异气 1.2选题的依据和意义 在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道快 变的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数 据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集 系统来完成，但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、 操作复杂、并且对操作环境要求较高等问题。人们需要一种应用围广、性价 比高的数据采集系统。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信 号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行 显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程 中的计算机控制系统用来控制某些物理量。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，它可以广泛的 应用于各种领域。 1. 3国外研究现状 美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、 使用灵活的数据采集器。它可单独使用又可与计算机连接使用，它具有多种 测试功能，多种数据存储功能和控制方式。在国，由于数据采集技术不断发 展，市场上出现各种新型的数据采集器。例如凯文斯系统集成系统的E16（单 端），可编程增益为1, 2, 4, 8倍，分辨率为十六位，采用率为16位，采 样最高频率决定于微机的CPU及处理速度，一般60〜80KHZ。国的数据采集 器与国外的数据采集器相比，在技术上仍有一定的差距。目前国的数据采集 器在高精度、高速度、实时数据采集和数据采集器的现场处理能力等方面仍 有不足，不能满足运动控制、爆炸检测、医疗设备、快速生产过程和变电站 自动化等领域的要求。 从近来国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展可以概括为体积小、功 能多样和使用方便等三个方面。此外，数据采集系统的应用特点还反映在如 下几个方面： 第一，它既是一台数据采集器，又是一台功能较全的机器状态分析仪, 不仅有常用的时域分析和频域FIT分析，而且还可以做倒谱、细化、包络谱 和时频域分析等功能。 第二，它既是采集器，又可以兼做其它仪器来用。如法国迈威公司的 MOVIL 0G数据采集器，就可作为一台动平衡仪来用，它不但可以做单一平 面的动平衡，还可以做六个平面的动平衡。 第三，储存量大，从低频到高频频率测量围宽，能适应机器从低速到高 速的各种监测围需要。 第四，可利用振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理 量，如振动加速度、位移、相位、转速、温度、压力、流量、电压、电流和 功率等，形成多参数监测系统。 第五，数据采集器配套的软件是以通用窗口的软件为基础，功能较强。 一套软件可同时支持数种不同型号与不同档次的数据采集器。 第六，数据采集器已经安装了 LCD背光显示屏，并尽量减少了操作键， 元器件高度集成化，并减轻了机器的重量，采用防水防撞击的密封外壳，能 适应恶劣的工业环境。 数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为 核心构成一个小系统，而目前国生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、 无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有 存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景 1.4本文主要研究容 本文主要的研究容是基于STC12C5A60S2系列单片机和TLC2543的多路 数据采集器，该系统包括以下功能：变阻器电压的模拟信号采集，多路模拟 信号的A/D转换，LCD1602显示数据，串口通信，PC机上的数据显示。第二 章中主要介绍了本设计所使用的单片机。第三章则分析了各个模块，在每个 模块说明中主要介绍所使用的器件特性、引脚功能、工作原理、电路原理图 等。第四章主要介绍软件部分的实现和仿真调试部分以及硬件成品。 第2章 STC12C5A60S2单片机的介绍 2. 1 STC12C5A60S2单片机的说明 2. 1. 1 芯片特性 随着电子行业发展的突飞猛进，微控制器，作为大多数电子产品的核心 器件，发展更是日新月异，无论从品种上还是从性能上都是不断进步。1971 年Intel公司研制出世界上第一个4位的微处理器Intel 4004,标志着第一代 微处理器问世，微处理器和微机时代从此开始。目前市面上常见的单片机有 AVR、DSP、PIC、51系列等等，每一款单片机都有其独特的功能和特性。51 单片机虽然是一款入门级的单片机，然而随着多家公司相继推出51系列器件 以后，无论是性能还是稳定性方面都大大改进。因此，我选择了宏晶公司生 产的STC12C5A60S2系列单片机。STC12C5A60S2系列单片机是一个增强型51 系列单片机。 2. 1. 1. 1含看门狗STC12C5A60S2系列单片机部引进了看门狗功能，使单 片机系统可靠性设计变得更加方便/简洁。如果MCU/CPU不在规定的时间按 要求访问看门狗，就认为MCU/CPU处于异常状态，看门狗就会强迫MCU/CPU 复位，使系统重新从头开始按规律执行用户程序。 2. 1. 1.2低功耗 STC12C5A60S2系列单片机可以运行3种省电模式以降低 功耗，他们分别是：空闲模式，低速模式和掉电模式，正常工作模式下， STC12C5A60S2系列单片机的典型功耗是2mA〜7mA,而掉电模式下的典型功 耗是＜0. luA,空闲模式下的典型功耗是＜1. 3mAo 2. 1. 1. 3外部低压检测STC12C5A60S2系列单片机在P4. 6 口增加了外部低 压检测功能，这样用户可以用查询方式或中断方式检查外部电压是否偏低。 5V单片机部检测门槛电压是1.32V。有了外部低压检测功能，就可以在掉电 时，及时将数据保存进EEPR0M,正常工作时无需操作EEPROMo 2. 1. 1.4第二复位功能脚STC12C5A60S2系列单片机中，用户可以自己设 置将P4. 6脚为第二复位脚，在时钟频率高于12MHz时，建议使用第二复位功 能脚，利用增加的外部低压检测LVD功能作外部低压检测复位脚。 2. 1. 1. 5兼容性 STC12C5A60S2系列单片机的引脚和8051是一样的，因 此选用STC12C5A60S2系列单片机取代8051是可以直接代替的。不管是采用 40引脚还是44引脚的产品，只要选用相同的STC12C5A60S2系列单片机取 代8051即可。 2. 1. 2 STC12C5A60S2单片机硬件组成结构 STC12C5A60S2的主要功能如下： 8位字长CPUo 工作频率围：0〜35MHz。 ISP/IAP,在系统可编程/在应用可编程。 片上集成1280字节RAM。 4个I/O端口共32线。 4个16位定时/计数器。 高速SPI串行通信端口。 通用全双工异步串行通信。 硬件看门狗。 8通道，10位高速ADC,速度可达25万次/秒。 芯片EEPR0M功能，擦写次数10万次以上。 可编程时钟输出功能。 2. 1. 3 STC12C5A60S2单片机引脚功能 STC12C5A60S2单片机有4种不同的封装，其有效引脚为40条。现以 PDIP （双列直插式）封装为例简介各引脚功能。 2. 1. 3. 1外接晶振或外部振荡器引脚1、XTAL1当外接晶振时，接外部 晶振的一个引脚。片振荡器由一个单级反相器组成，XTAL1为反相器的输入。 当外部振荡器提供时钟信号时，则由XTAL2端输入；2、XTAL2接外部晶振 的另一个引脚。片为单级反相器的输出，当由外部时钟源提供时钟信号时， 则本引脚浮空。 2. 1.3.2多功能I/。口引脚 第一，P0 口为8位并行I/O 口，作为输出口 时，每个管脚可带8个TTL负载。在外扩存储器时，还可以作为低8位地址 /数据总线。当定义为I/O 口时，为准双向I/O 口，需外接上拉电阻，在写 入1后就成为高阻抗输入口。在对片FLASH编程时P0 口接收字节代码，在 程序校验时输出字节代码。程序校验期间应外接上拉电阻。 第二，P1 口为准双向通用I/O 口，能负担4个TTL负载。在FLASH编 程和校验时定义为低8位地址线。它的第二功能如下： P1. 0：定时/计数器T2的外部计数输入。 Pl. 1：定时/计数器T2捕获/再装入触发及方向控制。 P1. 5： MOSIo Pl. 6： MISOo Pl. 7： SCKo 第三，P2 P （21-28）接上拉电阻的8位准双向I/O P,能负担4个TTL 负载。当访问外部存储器时定义为高8位地址总线，只需8位地址线时，它 将输出特殊功能寄存器中容。 第四，P3 口（10-17）接上拉电阻的8位准双向I/O 口，能接4个TTL负 载。它的第二变异功能如下： P3. 0： RXD（串行接收端口）。 P3. 1： TXD（串行发送端口）。 P3. 2：外部中断0请求端。 P3. 3：外部中断1请求端。 P3. 4：定时/计数器0外部计数输入端。 P3. 5：定时/计数器1外部计数输入端。 P3.6：外部数据写选通。 P3. 7：外部数据读选通。 2. 1.3.3控制和复位引脚 第一，RST复位信号输入端。振荡器起振后， 该引脚置高电平，并持续2个机器周期以上系统进行复位。在定时监视器定 时输出后引脚置成高电平并持续96个振荡周期。特殊功能寄存器AUXR中的 DISRT0位可以使复位无效。默认的DISRT0位状态，RST引脚上的高电平有 效。 第二，ALE地址锁存使能端。当访问外部器件时ALE的负跳变将低8位 地址读入锁存器。在FLASH编程时输入编程脉冲。在非访问外部器件期间， ALE仍以1/6振荡频率的常量输出，可用于外部计数