【正文】 課件之家精心整理 資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) 微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)課程設(shè)計(jì) —— 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)院： 專業(yè)： 電子信息工程 班級： 學(xué)號： 姓名 ： 指導(dǎo)教師： 課件之家精心整理 資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 第一部分 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容（論文闡述的問題） 設(shè)計(jì)一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 基本要求：要求具有 8 路模擬輸入 輸入信號為 0—— 500mV 采用數(shù)碼管 8 位，顯示十進(jìn)制結(jié)果 輸入量與顯示誤差 1% 發(fā)揮部分： 速度上實(shí)現(xiàn)高精度采集 提高系統(tǒng)精度 設(shè)計(jì)抗干擾性 二、設(shè)計(jì)完成后提交的文件和圖表 1. 計(jì)算說明書部分： 數(shù)據(jù)采集是指將壓力、流量、溫度、位移等模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、處理、顯示、或打印的過程，相應(yīng)的系統(tǒng)就稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，取得所需的數(shù)據(jù)。同時，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)控。 數(shù)據(jù)采集性能的好壞，主要取決于他的精度和速 度。在保證精度的條件下，應(yīng)有盡可能高的采樣速度。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)具有功能： （ 1）數(shù)據(jù)采集 計(jì)算機(jī)按照選定的采樣周期，對輸入到系統(tǒng)的模擬信號進(jìn)行采樣，稱為數(shù)據(jù)采集。 （ 2）模擬信號處理 模擬信號是指隨時間連續(xù)變化的信號，模擬信號處理是指模擬信號經(jīng)過采樣和 A/D 轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)后，要進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確性判斷、標(biāo)度變換、線性化等處理。 （ 3）數(shù)字信號處理 數(shù)字信號處理是指數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)后，需要進(jìn)行碼制的轉(zhuǎn)換處理，如 BCD 碼轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼，以便顯示數(shù)字信號。 課件之家精心整理 資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 （ 4）屏幕顯示 就是用各種顯示裝置如 CRT、 LED 把 各種數(shù)據(jù)以方便于操作者觀察的方式顯示出來。 （ 5）數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)存儲是就是將某些重要數(shù)據(jù)存儲在外部存儲器上。 在本次設(shè)計(jì)中，我們采用 8259 作為中斷控制器， 8255 作為并行接口， ADC0809作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 圖紙部分： 含有總體設(shè)計(jì)的功能框圖、所用各種器件的引腳圖、內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)框圖以及相應(yīng)器件的真值表，還包括總設(shè)計(jì)的硬件連接圖及軟件設(shè)計(jì)流程圖等。 三、課程設(shè)計(jì)進(jìn)程安排 序號 設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱 日期 1 獲得設(shè)計(jì)題目及要求，查閱資料 7 月 10 日 2 形成初步設(shè)計(jì)思路及有針對性檢索資料 7 月 11 日 3 設(shè)計(jì)方案論證及選用相應(yīng)器件 7 月 12 日 4 設(shè)計(jì)硬件連接圖及軟件編程 7 月 13 日 5 形成整體設(shè)計(jì)報(bào)告并上交 7 月 14 日 四、主要參考資料 《微型計(jì)算機(jī) 原理及接口技術(shù) 》 裘雪紅、顧新 西安電子科技大學(xué)出版社 《高性能模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器件》 劉書明、劉斌 西安電子科技大學(xué)出版社 《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)及應(yīng)用》 劉樂善 華中理 工大學(xué)出版社 《 IBMPC 匯編語言程序設(shè)計(jì)》 沈美明、溫冬嬋 清華大學(xué)出版社 《單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實(shí)例》 是實(shí)科技編著 人民郵電出版社 《智能儀器原理及應(yīng)用》 趙茂泰 電子工業(yè)出版社 《微型計(jì)算機(jī)接口原理與技術(shù)》 鄒逢興 國防科技大學(xué)出版社 《匯編語言教程》 朱慧真 國防工業(yè)出版社 《微型計(jì)算機(jī)接口技術(shù)》 吳延海 重慶大學(xué)出版社 《 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 閻石 高等教育出版社 課件之家精心整理 資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 第二部分 一、 設(shè)計(jì)指標(biāo) 設(shè)計(jì)一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 基本要求：要求具有 8 路模擬輸入 輸入信號為 0—— 500mV 采用數(shù)碼管 8 位，顯示十進(jìn)制結(jié)果 輸入量與顯示誤差 1% 第一章 系統(tǒng)概述 一、總體的工作過程與原理 壓力，流量，溫度，位移等非電信號送入傳感器，經(jīng)傳感器中轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娦盘栞敵銮逸敵鰹槟M信號。由于輸出的電信號太微弱，所以在送入采樣保持電路前要經(jīng)過一級放大器進(jìn)行放大 ，本系統(tǒng)采用 ICL7150 放大 10 倍，可將 0~500mv 的電壓信號放大到 0~5V。此電壓信號為模擬量，故需要送入型號為 ADC0809 的 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此芯片可以將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，而且同時可處理 8 位信號，將轉(zhuǎn)換后的信號即數(shù)字信號送入 8259中斷控制器進(jìn)行中斷請求，經(jīng)過 8255 并行口與 8086CPU 對中斷請求的響應(yīng)進(jìn)行中斷處理，將處理的中斷的子程序的信號送入鎖存器保存，再將鎖存器中的信號送入有驅(qū)動功能的LED 顯示器進(jìn)行顯示。 傳感器， 放大器， 采樣電路，采樣保持電路， A\D 轉(zhuǎn)換器， 并行接口電路， 8086CPU，8253 定時器，中斷控制，鎖存器， LED 顯示器以及比較器全部采用集成的成品件。 二、 設(shè)計(jì)方案論證 （一） AD轉(zhuǎn)換器的選擇 根據(jù) AD 轉(zhuǎn)換器基本原理及特點(diǎn) ，可以分為以下類型 ：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、 Σ Δ 調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。 1）積分型（如 TLC7135） 積分型 AD 工作原理是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間 (脈沖寬度信號 )或頻率 (脈沖頻率 )，然后由定時器 /計(jì)數(shù)器獲得數(shù)字值。其優(yōu)點(diǎn)是用簡單電路就能獲得高分辨率，但缺點(diǎn)是由于轉(zhuǎn)換精度依賴于積分時間，因此轉(zhuǎn)換速率極低 。初期的單片 AD 轉(zhuǎn)換器大多采用積分型，現(xiàn)在逐次比較型已逐步成為主流。 課件之家精心整理 資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 2）逐次比較型（如 ADC0809） 逐次比較型 AD 由一個比較器和 DA 轉(zhuǎn)換器通過逐次比較邏輯構(gòu)成，從 MSB 開始，順序地對每一位將輸入電壓與內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng) n 次比較而輸出數(shù)字值。其電路規(guī)模屬于中等。其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率（ 12 位）時價(jià)格便宜，但高精度（ 12位）時價(jià)格很高。 3）并行比較型 /串并行比較型（如 TLC5510） 并行比較型 AD 采用多個比較器，僅作一次比較而實(shí)行轉(zhuǎn)換，又稱 FLash(快速 )型。由于轉(zhuǎn)換速 率極高， n 位的轉(zhuǎn)換需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也高，只適用于視頻 AD 轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領(lǐng)域。 串行比較型 AD 結(jié)構(gòu)上介于并行型和逐次比較型之間，最典型的是由 2 個 n/2 位的并行型 AD轉(zhuǎn)換器配合 DA 轉(zhuǎn)換器組成，用兩次比較實(shí)行轉(zhuǎn)換，所以稱為 Half flash(半快速 )型。還有分成三步或多步實(shí)現(xiàn) AD 轉(zhuǎn)換的叫做分級（ Multistep/Subrangling）型 AD，而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線（ Pipelined）型 AD，現(xiàn)代的分級型 AD 中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運(yùn)算而修正特性等功能。這類 AD 速度比逐次比較型高，電路規(guī)模比并行型小。 4） Σ Δ(Sigma?/FONTdelta) 調(diào)制型（如 AD7705） Σ Δ 型 AD 由積分器、比較器、 1位 DA 轉(zhuǎn)換器和數(shù)字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成時間 (脈沖寬度 )信號，用數(shù)字濾波器處理后得到數(shù)字值。電路的數(shù)字部分基本上容易單片化，因此容易做到高分辨率。主要用于音頻和測量。 5）電容陣列逐次比較型 電容陣列逐次比較型 AD 在內(nèi)置 DA 轉(zhuǎn)換器中采用電容矩陣方式，也可稱為電荷再分配型。一般的電阻陣列 DA 轉(zhuǎn)換器中多數(shù)電阻的值必須一 致，在單芯片上生成高精度的電阻并不容易。如果用電容陣列取代電阻陣列，可以用低廉成本制成高精度單片 AD 轉(zhuǎn)換器。最近的逐次比較型 AD 轉(zhuǎn)換器大多為電容陣列式的。 6）壓頻變換型（如 AD650） 壓頻變換型（ VoltageFrequency Converter）是通過間接轉(zhuǎn)換方式實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的。其原理是首先將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成頻率，然后用計(jì)數(shù)器將頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。從理論上講這種 AD 的分辨率幾乎可以無限增加，只要采樣的時間能夠滿足輸出頻率分辨率要求的累積脈沖個數(shù)的寬度。其優(yōu)點(diǎn)是分辯率高、功耗低、價(jià)格低，但是需要外 部計(jì)數(shù)電路共同完成 AD轉(zhuǎn)換。 考慮到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求 8 路模擬輸入，可采用的 A/D 轉(zhuǎn)換器有多種如： AD57 ADC080課件之家精心整理 資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 ADC0804 等，但是 ADC0809 本身具有 8 路模擬輸入端，不需要多路開關(guān)，考慮節(jié)省硬件開支故采用 ADC0809 作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 ADC0809 的技術(shù)指標(biāo)如下 ： （ 1）主要特性 1） 8 路 8 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位。 2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕? 3）轉(zhuǎn)換時間為 100μ