【正文】 采 樣 保 持 本設(shè)計的主要任務(wù) 本設(shè)計用單片機控制多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本文著重介紹該系統(tǒng)的工作原理及硬件設(shè)計，本設(shè)計的主要組成如下： 1. 多路數(shù)據(jù)輸入單元。 數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程 中，往往需要隨時檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。 CD4051。鍵盤和顯示的設(shè)計采用八個獨立鍵盤并通過串行通信的方式傳輸?shù)?12864 中并顯示。多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及前置放大電路的設(shè)計中重點介紹了多路開關(guān)的選擇、 AD521 放大倍數(shù)的計算以及多路開關(guān) CD4051 和放大器 AD521 硬件連接電路。 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括：多路轉(zhuǎn)換開關(guān)及前置放大電路的設(shè)計，采樣保持電路的設(shè)計，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計， PC 機通信的技術(shù)，鍵盤和顯示的設(shè)計，系統(tǒng)電源的設(shè)計。單片機與 pc機通信主要是利用 MAX232 單芯片 RC232 標準的接口通信電路。 AT89S51 microcontroller?？傊徽撛谀膫€應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集與處理越及時，工作效率、性能價格比就越高，取得的經(jīng)濟效益就越好。系統(tǒng)以 89S51 為控制單元核心，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，結(jié)合單片機 RS232 串口功能，實現(xiàn)八路信號的采集、存儲、顯示及與 PC機通信等功能，形成了良好的人機界面。 4. 獨立鍵盤和顯示部分。 整個系統(tǒng)的設(shè)計為硬件設(shè)計。根據(jù)課題設(shè)計任務(wù)的要求，結(jié)合軟件的設(shè)計，選擇合適的電路元件，設(shè)計合理的接口電路以便能夠高效率、穩(wěn)定合理、方便的實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集。 一般模擬多路開關(guān)有 2^N 個模擬輸入端， N 個通道選擇端，由 N 個選通信號控制選擇其中一個開關(guān)閉合，使對應(yīng)的模擬輸入端與多路開關(guān)的輸出端接通，讓該路模擬信號通過。為了充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率（ A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字位數(shù)），就要把模擬輸入信號放大到與 A/D 轉(zhuǎn)換器滿量程電壓相應(yīng)得電平值。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換開始時將輸入信號的電平保持住，而在 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后又要跟蹤輸入信號的變化。 A/D 轉(zhuǎn)換器是采樣通道的核心。在本畢業(yè)設(shè)計中對多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作了初步的研究。 FYD128640402B 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集。由該模塊構(gòu)成的 液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多。再經(jīng)整流濾波，可得到輸出 ? 15V 的雙電源電壓。是繼該公司 MCS48后推出的一款高檔 8 位單片機。本設(shè)計應(yīng)用的是 ATEML 公司生產(chǎn)的 89S51，其在工藝上進行了改進， 89S51 采用 新工藝，成本降低，而且功能提升，增加了競爭力。 （ 2） 4K 字節(jié)在系統(tǒng)（ ISP） Flash 閃速存儲器。 （ 6） 三級程序加密鎖。 （ 10） 6 個中斷源。 （ 14）看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針。 VSS (20 腳 )：接地端。時鐘引腳也可外接晶體振蕩器。單片機的時鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式兩種，大多數(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式 [7]。即使不訪問外部存貯器， ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的 1/6。 PSEN(29 腳 )：程序存儲允許輸出信號端。要檢查一個 AT89S51/8031小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM/ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無脈沖輸出。當 P0口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器（地址 80H）寫入全 1，此時 P0 口的全部引腳全部浮空，可作為高阻抗輸入。 P1 口 ～ ， 1～ 8 腳 )： P1 口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準又向 I/O 口端口。 P2 口的每一位能驅(qū)動（灌入或輸出電流） 4 個 LS 型 TTL 負載。 P3 口與其他 I/O 端口有很大區(qū)別，它除作為一般準雙向 I/O 口外，每個引腳還具有第二功能。 AT89S51 內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是此放大器的輸入端和輸出端。因為晶體振蕩器的頻率高，穩(wěn)定度也高。應(yīng)用系統(tǒng)的復(fù)位狀態(tài)與單片機的復(fù)位狀態(tài)是密切相關(guān)。在 AT89S51 的時鐘電路工作后，只要在 RESET 引腳上出現(xiàn) 10ms 以上的高電平，單片機內(nèi)部則初始化復(fù)位。如需要完整說明書和設(shè)計圖紙等 .請聯(lián)系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機械畢業(yè)設(shè)計下載！該論文已經(jīng)通過答辯 1. 多路開關(guān)的選擇 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)在模擬輸入通道中的作用是實現(xiàn)多選一操作，即利用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)將多路輸入中的一路接至后續(xù)電路。 模擬多路開關(guān)中，不可避免導(dǎo)通電阻 RON的存在。 多路開關(guān)的主要參數(shù)是精度和速度。 （ 1）多路開關(guān)導(dǎo)通電阻加上信號源阻抗與負載阻抗構(gòu)成了分壓器。 （ 2）多路開關(guān)的漏電流在信號源阻抗上產(chǎn)生偏移電壓，而漏電流與工作溫度關(guān)系很大。在確定多路開關(guān)的通過率時，要跟據(jù)系統(tǒng)的采樣速率來考慮。 2. 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) CD4051 CD4051 由電平轉(zhuǎn)換電路、譯碼驅(qū)動電路和 CMOS 模擬開關(guān)電路三部分組成。單極性信號輸入時， VEE和 VDD分別接地和正電壓，雙極性輸入時， VEE和 VDD分別接負電壓和正電壓。 INH：禁止控制端。當用作多到一開關(guān)使用時為輸入線，當用作一到多開關(guān)使用時為輸出線。 CD4051 有 1個公共輸出端，當該輸入端為高電平時，不論數(shù)據(jù)輸入端和輸出端如何變化，在內(nèi)部的 8 個模擬開關(guān)均為關(guān)斷狀態(tài)。影響測量結(jié)果的準確性 [3]。這就要求控制器具有嚴格的定時機制。在設(shè)計的系統(tǒng)中，可以設(shè)計定時器，實現(xiàn) 100181。由于前置放大器要求輸入阻抗高，漂移低、共模抑制比大，所以本設(shè)計選用高阻抗、低漂移的運算放大器 AD521 作為前置放大器。其放大倍數(shù)可在 1~1000 的范圍內(nèi)調(diào)整。 （ 3）對各個增益段均進行了內(nèi)部補償，并具有優(yōu)良的動態(tài)特性，其增益帶寬達 40MHz。引腳 RS(10， 13)用于外接電阻 RS，電阻 RS用于對放大倍數(shù)進行微調(diào)。 15%時，可以得 到比較穩(wěn)定的放大倍數(shù)，本設(shè)計選擇 RS為 100千歐姆，根據(jù)公式（ 21）可知，只要 RG選擇不同的阻值，就可以得到不同的放大倍數(shù)，即就是增益值。如果通過多路開關(guān)將各通道的信號按時序分別直接送入 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換（共享一個 A/D），所得到的值就不是同一瞬時值，無法進行比較、判斷與計算。最基本的采樣 /保持電路由模擬開關(guān)、保持電容和緩沖放大器組成，如圖 所示圖中 S為模擬開關(guān)， UC模擬開關(guān) S的控制信號，CH為保持電容。 采樣 /保持電路有兩種工作狀態(tài)，即“采樣”和“保持”狀態(tài)，在采樣狀態(tài)中，采樣 /保持電路的輸出跟隨模擬輸入電壓。由于孔徑時間的存在，采樣時間被額外延遲了，在tAp期間輸出仍跟隨輸入變化。增大電容 CH可減少這種變化，但捕捉時間 tAC也隨之增大。因為影響采樣 /保持器的誤差源比較多，所以關(guān)鍵在于誤差的分析。保持電容的質(zhì)量直接關(guān)系到采樣 /保持器的精度。25℃，所以最大偏移溫漂誤差為 30 25=750（μ V）。假設(shè)保持時間 10μ s，則電壓降落為 10μ V/μ s 10 10μ s=1mV，為滿量程值的 % % 介質(zhì)吸收 一般估計 % （孔徑抖動未計算在內(nèi)） 總誤差（最壞情況） 總靜態(tài)誤差（均方根值） % % 常用的集成采樣 /保持器有 AD58 AD58 AD585 以及國家半導(dǎo)體公司的 LF198/298/398等。它采用 14腳雙列直插式封裝，其管腳及結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示，其中腳 1 是同相輸入端，腳 9 是反相輸入端，保持電容 CH在腳 6 和腳 8之間，腳 10 和腳 5是正負電源，腳11 和腳 12 是邏輯控制端，腳 3和腳 4接直流調(diào)零電位器，腳 2,7,13,14 為空腳 (NC)。 （ 2）有較高的采樣 /保持電流比，可達到 107。 US，可適應(yīng)于 12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 （ 7） AD582 可與任何獨立的運算放大器連接，以控制增益或頻率響應(yīng)，以及提供反相信號等。但是由采樣定理可知，一個有限帶寬的模擬信號是可以在某個采樣頻率下重新恢復(fù)而不喪失任何信號的，該采樣頻率至少應(yīng)為兩倍于最高信號頻率。根據(jù)“密勒效應(yīng)”，這樣的接法相當與在 A2的輸入端接有點容 C1H=(1+A2) CH (A2為運算放大器 A2的放大倍數(shù) )。當精度要求較高 (177。 1. 系統(tǒng) A/D 通道方案的確定 在數(shù)據(jù)采集中，要采集多個模擬信號，而且采集要求不盡相同。 （ 2）帶采樣 /保持器的 A/D 轉(zhuǎn)換通道 當模擬輸入信號電壓最大變化率較大時， A/D 通道需要使用采樣 /保持器。由于各路信號的幅值可能有很大的差異，常在系統(tǒng)中放置放大器，使加到 A/D 輸入端的模擬電壓幅值處于 FSR/2~FSR 范圍，以便充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的滿程分辨率。 畢業(yè)論文 20 圖 多通道共享采樣 /保持器與 A/D 轉(zhuǎn)換器圖 如果在某一溫度調(diào)整轉(zhuǎn)換器的偏移和增益誤差為零，則溫度改變時，偏移和增益誤差就不再是零了。LSB/2 % 微分線性度誤差 177。片內(nèi)具有三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器、電壓基準和時鐘電路。 12V)和 +5V； AD574 具有轉(zhuǎn)換時間快，與單片機接口方便可直接采用雙極性模擬信號輸入等優(yōu)點。數(shù)字部分由控制邏輯、逐次逼近寄存器和三態(tài)輸出緩沖器構(gòu)成，控制邏輯發(fā)出啟 /停及復(fù)位信號，控制轉(zhuǎn)換過程。 [3]. Pin3( )—— 片選端。 [5]. Pin5( )—— 讀轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)控制端。 12/8 和 A0 端用來控制啟動轉(zhuǎn)換的方式和數(shù)據(jù)輸畢業(yè)論文 22 出格式。當 12/8 =1時，數(shù)據(jù)以 12位并行輸出，當 12/8 =0 時，數(shù)據(jù)以 8 位分兩次輸出。 [8]. Pin8(REF OUT)—— 10V 基準電源電壓輸出端。 [12]. Pin1(V+)—— 正電源輸入端，輸入 +15V 電源。 [16]. Pin16— Pin27(DB0— DB11)—— 12 條數(shù)據(jù)總線。當 R/C =0 時，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) 25us 后 STS=1，表明 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束，此時將 R/C 置 1，即可從數(shù)據(jù)端讀取數(shù)據(jù)。 +5V1R E F IN10ls b D B 016D B 117A N G N D9D B 218D B 319D B 420B P L R o f12D B 521D B 622D B 7231 0V s p n13D B 824D B 9252 0V s p n14D B 1 026m s b 1127R E F o u t8S T A T U S28CE6CS3+ V s7A 0 /S C4R /C5V s111 2/ 82A D 5 74 A+ 15 V1 5 VV cc+ 5V0 .1 K0 .1 K 圖 AD574 的工作方式 雙極性模擬輸入有兩種量程： 5V～ +5V 量程從 13 引腳輸入； 10V～ +10V 量程從引腳14 輸入。 （ 4） AD574 與單片機的接口電路 AD574 的內(nèi)部具有三態(tài)輸出緩沖器，因此可以與單片機直接接口 [8]。均為 100 歐姆電位器，用來調(diào)整零位和滿量程。 AT89S51 的 畢業(yè)論文 24 通過鎖存器 74LS373 接 AD574 的 R/C 端來控制 AD574 的轉(zhuǎn)換狀態(tài)和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。故可確定啟動轉(zhuǎn)換時的端口地址為 0F9H。 下圖是 51 單片機與 AD574A 的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00與非門電路，邏輯控制信號由 ( 、 和 A0)有 8051 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373 鎖存到輸出端 Q0、 Q1 和 Q2上，用于控制 AD574A 的工作過程。 圖 AD574 與單片機的接口 單片機與 PC 機通信的接口電路 利用 PC機配置的異步通信適配器，可以很方便地完成 PC與 S51 單片機的數(shù)據(jù)通信。 現(xiàn)在采用 MAX232 單芯片實現(xiàn) S51 單片機與 PC機的 RC232 標準的接口通信電路。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成 TIA/EIA232F 電平。 獨立式按鍵是指各按鍵相互獨立地接通一條輸入數(shù)據(jù)線，這是最簡單的鍵盤結(jié)構(gòu)，該電路為查詢方式電路。 圖 鍵盤連接框圖 圖 獨立式非編碼鍵盤的連接圖 液晶顯示 FYD128640402B 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個 16*16 點漢字，和 128 個 16*8 點 ASCII 字符集 .利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形