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1、数据采集系统设计目录摘要 11 引言 21.1 数据采集系统的简介 21.2 课程设计内容和要求 3.1.3 设计工作任务与工作量的要求 3.2 内容提要 43 系统总体方案 33.1 系统设计思路 33.2 系统总体框图 44 硬件电路设计与描述 5.4.1 8253 芯片与工作原理 5.4.1.1 基本组成与工作原理 5.4.1.2 8253 与系统连接 6.4.2 ADC0809 内部功能与引脚介绍 5.4.2.1 引脚排列与各引脚的功能 6.4.2.2 ADC0809 工作方式 7.4.2.3 ADC0809 与系统连接 104.3 单片机 89C51 的引脚与功能介绍 8.4.4 8
2、255 并行口芯片基本组成与工作原理 104.4.1 8255 的内部结构 114.4.2 8255 的工作方式 124.2.3 8255 与系统连接 174.5 LED 显示部分接线与工作原理 134.5.1 LED 显示工作原理 134.5.2 LED 显示部分接线 144.6 总体电路图 195 软件设计流程与描述 155.1 主程序设计思路 155.2 部分程序设计流程图 165.2.1 8253 程序流程图 165.2.2 8255 程序流程图 175.2.3 数据处理流程图 175.2.4 LED 显示流程图 175.3汇编语言程序清单 185.4 仿真结果 216 课程设计体会
3、21参考文献 23# / 31数据采集系统设计摘要数据采集是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机 技术的飞速发展和普与，数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛 应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业 控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实 现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个 系统。本课程设计采用 89C51 系列单片机， 89C51 系列单片机基于简化的 嵌入式控制系统结构， 具有体积小、重量轻，具有很强的灵活性。设计 的系统由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要完成数据采集，软件部分 完成数据处
4、理和显示。 数据采集采用 AD0809 模数转换芯片， 具有很高的 稳定性， 采样的周期由可编程定时 /计数器 8253 控制。完成采样的数据后 输入单片机内部进行处理，并送到 LED 显示。软件部分用 Keil 软件编程， 操作简单，具有良好的人机交互界面。程序部分负责对整个系统控制和管 理，采用了汇编语言进行了判别通道、数据采集处理、数据显示、数据通 信等程序设计，具有较好的可读性。随着计算机在工业控制领域的不断推广应用，将模拟信号转换成数字 信号已经成为计算机控制系统中不可缺少的重要环节，因此数据采集系统 有着重要的意义。1 引言1.1 数据采集系统的简介 数据采集系统一般包括模拟信号的
5、输入输出通道和数字信号的输入 输出通道。数据采集系统的输入又称为数据的收集；数据采集系统的输出 又称为数据的分配。数据采集系统的结构形式多种多样， 用途和功能也各不相同， 常见的 分类方法有以下几种，根据数据采集系统的功能分类：数据收集和数据分 配；根据数据采集系统适应环境分类：隔离型和非隔离型，集中式和分布 式，高速、中速和低速型；根据数据采集系统的控制功能分类：智能化数 据采集系统，非智能化数据采集系统；根据模拟信号的性质分类：电压信 号和电流信号，高电平信号和低电平信号， 单端输入（SE）和差动输入（DE）, 单极性和双极性；根据信号通道的结构方式分类：单通道方式，多通道方 式。数据采集
6、系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号并 转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计 算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的 数根进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视从硬件力向来看，白前数据采集系统的结构形式主要有两种：一种是 微型计算机数据采集系统；另一种是集散型数据采集系统。 微型计算机数据采集系统是由传感器、模拟多路开关、程控放大器、采样 /保持器、 AD 转换器、计算机与外设等部分组成。集散型数据采集系统是 计算机网络技术的产物，它由若干个“数据采集站”和一台上位机与通信 线路组成。数据采集站一般是由单片机数据采集装置组
7、成。位于生产设备 附近，可独立完成数据采集和预处理任务，还可将数据以数字信号的形式 传送给上位机。微电子技术的一系列成就以与微型计算机的广泛应用， 不仅为数据采 集系统的应用开拓了广阔的前景，也对数据采集技术的发展产生了深刻的 影响。数据采集系统的发展趋势主要表现在以下几个方面。(1) 新型快速、高分辨率的数据转换部件不断涌现，大大提高了数据采 集系统的性能。(2) 高性能单片机的问世和各种数字信号处理器的涌现， 进一步推动了 数据采集系统的广泛应用。(3) 智能化传感器 (Smarts nor) 的发展，必将对今后数据采集系统的发 展产生深远的影响。(4) 与微型机配套的数据采集部件的大量问
8、世， 大大方便了数据采集系 统在各个领域里应用并有利于促进数据采集系统技术的进一步发展。(5) 分布式数据采集是数据采集系统发展的一个重要趋势。1.2 课程设计内容和要求通过一个 A/D 转换器采样一个模拟电压，每隔一定时间去采样一次， 每次相隔的时间由定时器 / 计数器芯片 8253 控制，采样的结果送入 A/D 转换器芯片 0809 ，转换完成后，把转换好的数字信号送入并行接口芯片 8255 ，然后由中断控制器向 CPU 发出中断请求，在 CPU 控制下把 8225 中的数字送入外设即 CRT/LED 显示。1.3 设计工作任务与工作量的要求(1) 据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定
9、系统设计方案，并设 计其硬件电路图。(2) 画出电路原理图， 分析主要模块功能与他们之间的数据传输和控制 关系。(3) 用 protel 或 proteus 软件绘制电路原理图。(4) 软件设计，给出流程图与源代码并加注释。2 设计内容提要通过一个 A/D 转换器采样一个模拟电压，每隔一定时间去采样一次， 每次相隔的时间由定时器 / 计数器芯片 8253 控制，采样的结果送入 A/D 转换器芯片 0809 ，转换完成后，把转换好的数字信号送入并行接口芯片 8255 ，然后由中断控制器向 CPU 发出中断请求，在 CPU 控制下把 8225 中的数字送入外设即 CRT/LED 显示。3 系统总体
10、方案3.1 系统设计思路本设计的基本思路是：根据设计指标，首先从整体上规划好整个系统 的功能和性能，然后再对系统进行划分，将比较复杂的系统分解为多个相 对独立的子系统，特别注意对各个子系统与系统、子系统与子系统之间的 接口关系进行精心设计以与技术指标的合理分解。然后再由子系统到部 件、部件到具体元器件的选择和调试。各部件或子系统各自完成后再进行 系统联调，直到完成总体目标。3.2 系统总体框图图3-1系统总体框图4硬件电路设计与描述4.1 8253芯片与工作原理4.1.1 基本组成与工作原理8253内部有三个计数器，分别成为计数器0、计数器1和计数器2，他们的机构完全相同。每个计数器的输入和输
11、出都决定于设置在控制寄存 器中的控制字，互相之间工作完全独立。每个计数器通过三个引脚和外部 联系，一个为时钟输入端 CLK，一个为门控信号输入端 GATE，另一个为 输出端OUT。每个计数器内部有一个 8位的控制寄存器，还有一个 16位 的计数初值寄存器CR、一个计数执行部件CE和一个输出锁存器OL。执 行部件实际上是一个16位的减法计数器，它的起始值就是初值寄存器的 值，而初始值寄存器的值是通过程序设置的。输出锁存器的值是通过程序 设置的。输出锁存器 OL用来锁存计数执行部件 CE的内容，从而使CPU 可以对此进行读操作。CR、CE和OL都是16位寄存器，但是也可以作 8 位寄存器来用。 8
12、253 具有 3 个独立的计数通道，采用减 1 计数方式。在 门控信号有效时，每输入 1 个计数脉冲，通道作 1 次计数操作。当计数脉 冲是已知周期的时钟信号时，计数就成为定时。本次课程设计主要使用 8253 的循环计时功能，采用 8253 的方式 2， 进入这种工作方式 OUT 输出高电平，装入计数值 n 后如果 GATE 为高电 平，则立即开始计数， OUT 保持为高电平不变； 待计数值减到“ 1”和 “ 0”之间， OUT 将输出宽度为一个 CLK 周期的负脉冲，计数值为“ 0” 时，自动重新装入计数初值 n,实现循环计数，OUT将输出一定频率的负 脉冲序列， 其脉冲宽度固定为一个 CL
13、K 周期， 重复周期为 CLK 周期的 n 倍。如果在减“ 1”计数过程中， GATE 变为无效（输入 0 电平），则暂停 减“ 1”计数，待 GATE 恢复有效后，从初值 n 开始重新计数。这样会改 变输出脉冲的速率。 如果在操作过程中要求改变输出脉冲的速率， CPU 可 在任何时候，重新写人新的计数值， 它不会影响正在进行的减“ 1”计数 过程，而是从下一个计数操作用期开始按新的计数值改变输出脉冲的速 率。4.1.2 8253 与系统连接8253的数据线与单片机89C51的P0 口连接，片选端CS经过反相器 后和单片机的P2.1管脚连接，输出端口 ADC0809的START与ALE管脚 连接，控制着 ADC0809 的采样速度，与系统连接图图 4-3PH 03p6. 17PO. $6FCfPO. 44PQ. S3 .C. ：.r 丄r?PO. 71、P2.、n1I-IP3.7：r厂、KOPS.6二3-P23 1!&P2理iiASI -T* 3 4 5 6 s D o 1 DDD0DD 一D URIPE A A1()STARTALETt190.伽;2T:MJ
