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1、吉林建筑大学电气与电子信息工程学院单片机原理与应用课程设计报告设计题目： 模拟信号采集器设计 专业班级： 信工121 学生姓名： 乔向洋 学 号： 100212112 指导教师： 许亮 张玉红 设计时间： 2015.03.092015.03.20 教师评语：成绩 评阅教师 日期 请预览后下载！摘 要本次设计是建立一个多路模拟信号采集系统，能处理模拟信号，同时对信号进行循环采样并通过键盘控制输出。它主要由A/D转换模块、单片机、显示模块、键盘控制器模块组成。其中最主要的部分是单片机和A/D转换器，首先被测模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号，然后通过单片机的处理，在显示器上不停的显示所采样的数
2、据，通过键盘给一个控制信号，可以选择的任意一路信号在1602上面输出显示。 本设计将介绍一种以单片机为核心的数据采集系统，它能测量直流电压及光敏阻值，并且测量结果能通过1602显示器显示出来，从而具有一定的智能性。本设计将对硬件电路部分和软件程序部分分别作介绍。在硬件部分，本文就系统的各个组成模块的原理做了详细的介绍。在软件部分，详细阐述了各个模块电路的软件设计方法和设计中的细节。随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。本次的课程设计研究对以后生活及工业应用将会有主要的意义。关键词：PCF8591 AT89C51 LCD1602显示屏请预览后下载！目 录一、设计内
3、容及要求11.1设计内容11.2设计要求1二、系统总体设计方案12.1主控芯片设计12.2显示方案设计2三、系统硬件设计23.1单片机控制模块设计33.1.1主要性能参数33.1.2功能特性43.1.3引脚功能说明43.1.4 AT89S51复位模式63.2电源设计73.3模拟与数字信号采集模块设计73.4键盘输入模块的设计93.4.1矩阵键盘工作原理93.4.2单片机键盘扫描法93.5 LCD显示模块的设计10四、系统软件设计114.1系统工作流程114.2编程软件（KEIL）114.3 A/D转换程序流程图12五、焊接与调试135.1调试方案135.2调试条件与仪器13六、总结14七、参考
4、文献15附录116附录217请预览后下载！模拟信号采集器设计一、设计内容及要求 1.1设计内容 本课题要求以单片机为控制器，对多通道模拟信号作数据采集并进行8位转换，采集到的数据以中断方式接入内存加以显示，并送到显示模块进行处理。由于信号比较多，单片机不可能把这些信号同时接收，因此需要由多路开关进行通道转换，分时地把信号送到采样/保持器（S/H）、A/D转换器，把模拟量转换成数字量，然后通过显示器显示所选择的通道以及所采集的数据。 1.2设计要求 1）采集至少两路模拟信号，用数码管显示出来。 2）用键盘选择多路模拟信号的任意一路来进行数据的采集、显示与切换。 3）使用PROTUES仿真软件，完
5、成上述题目要求。二、系统总体设计方案2.1主控芯片设计 方案一：选用专用电压转换芯片INC7107实现电压的测量和现实。缺点是精度比较低，且内部电压转换和控制部分不可控制，优点是价格低廉。 方案二：选用单片机AT89S52和A/D转换芯片PCF5891实现电压的转换和控制，用四位数码管显示出最后的转换电压结果。缺点是价格稍贵，优点是转换精度高，且转换的过程和控制、显示部分可以控制。 终上所述：方案二所需元件少、成本低且易于实现，可选此方案。系统方案图如下：请预览后下载！模拟信号输入A/D转换模块控制器单片机显示模块图2.1系统方案图2.2显示方案设计 方案一：选用4个单体的共阴数码管，将ah全
6、部连接起来，然后接到单片机口的I/O上进行控制。缺点是焊接时比较麻烦，容易出错，优点是价格比较便宜。 方案二：选用一个1602液晶显示器。LCD1602液晶显示容量:162个字符，芯片工作电压:4.55.5V，工作电流:2.0mA(5.0V)，模块最佳工作电压:5.0V，字符尺寸:2.954.35(WH)mm。1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。这个电路几乎没有缺点，优点是便于控制，且价格低廉，焊接简单。 终上所述：由于两个方案都可以实现同样的功能，但方案二设计简单、系统开销小、反应速度较快，因此选择此方案。三、系统硬件设计这个设计的核心我们采用的是STC89
7、C52芯片，P0口作为数据总线和地址总线，首先，当模拟信号输入时，P0口作为数据总线对数据进行输入，其后在把数据传给8255时此时P0口作为一个地址总线。P2作为ADC0809的控制端口。P1作为流水灯控制口。如图3.1 所示：请预览后下载！图3.1单片机引脚图3.1单片机控制模块设计 对于整个数据采集系统而言，起到控制和枢纽作用的单片机模块无疑是其中最为重要的部分。AT89S52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度，非易失存储
8、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（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89S52是此系统的最佳选择。单片机控制模块的作用是控制各单元电路的运行并完成数据的换算或处理，主要由单片机、时钟电路、复位电路组成。3.1.1主要性能参数与MCS-51产品指令系统完全兼容4k字节可重擦写Flash闪速存储器1000次擦写周期全静态操作:0Hz-24MHz 三级机密程序存储器128X8字节内部RAM 32个可编程I/O口线请预览后下载！2个16位定时/计数器5个中断源可编程串行UART通道低功耗空闲和掉电模式3.1.2功能特性 AT89S52提供一下标准功能：8k字节F
9、lash闪速存储器，256字节内部RAM,32个I/O口线，两个16位定时/计数器，一个5向量两级中断机构，一个全双工串行通信口，片内振荡及时钟电路。同时，AT89S52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作，只允许RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 图3.2单片机最小系统3.1.3引脚功能说明（1）VCC:电源电压。请预览后下载！（2）GND:地。（3）P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每
10、位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可使其成为高阻抗输入端。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分别被地址（低8位）和数据总线使用，在访问期间激活内部上拉电阻。在flash编程时，P0口接受指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。（4）P1口：P1是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。Flash编程和程序校验期间，P1接受低8位地址
11、。（5）P2口：P2是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，做输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVXDPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVXRI指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器（SFR）区中R2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。Flash编程时，P2亦接受高位地址和其他控制信号。（6）P3口：P
12、3是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3口写“1”，它们被内部的上拉电阻拉高，此时可作输入口，做输入口使用时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。（7）RST：复位输入。当振荡器工作时，RST引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。（8）ALE/PROG：当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE(地址锁存允许)输出脉冲用于锁存地址的低8位字节。即使不访问外部存储器，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出拱顶的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时。要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个ALE脉冲。对fl
13、ash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）如有必要，可通过对特殊功能寄存器（SFR）区中的8EH单元的D0位置位，可禁止ALE操作。禁止后，只有一条MOVX和MOVC指令可激活ALE。此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE无效。请预览后下载！（9）EA/VPP: 外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）。EA端必须保持低电平（接地）。需注意的是：如果加密位IB1被编程，复位时内部会锁存E端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。Flash存储器编程时，该引脚要加上+12V的编程允许电源V
14、pp，当然这必须是该器件是使用12V编程电压Vpp。（10） XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。（11） XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.1.4 AT89S51复位模式 复位电路单片机的RST管脚为主机提供了一个外部复位信号输入口。复位信号是高电平有效，高电平有效的持续时间为2个机器周期以上。单片机的复位方式可由手动复位方式完成。电阻、电容器的参考值1R=10K、1C=10uF、hC=0.01uF复位电路如图所示。 请预览后下载！图3.1复位电路3.2电源设计 电源由变压部分、滤波部分、稳压部分组成。为整个系统提供5V或者12V电压，确保电路的正常稳定工作。 采用L7805稳压块，输出为5V。电子组件要正常运作都需要电源电压供电，一般常用的电源电压为+5V或+12V，因为数字IC （Ingegrated Circuit：集成电路）所供给的电压为+5V，而CMOS IC所供给的电压为+12V，7805是一个稳压块。7805稳压管把高电压转换到低电压，7805稳压管具有保护单片机的作用。L7805输出端要并联上一个电解电容，滤除交流电干扰，防止损坏单片机系统。本设计采用只采用了稳压
