【文章內(nèi)容簡介】 12 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 簡介及應(yīng)用 在 工業(yè)控制現(xiàn)場，常常需要采集大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度、氣壓等，并將這些數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)上進(jìn)行處理，由主機(jī)根據(jù)這些處理的結(jié)果，將控制信號(hào)傳輸給 現(xiàn)場執(zhí)行模塊進(jìn)行各種操作。 。在數(shù)據(jù)采集及處理 行業(yè)快速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)采集已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。國外各種數(shù)據(jù)采集器的先后問世，將數(shù)據(jù)采集帶入了一個(gè)全新的時(shí)代。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用需求有不同的定義，這使得多功能 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展尤為重要。 數(shù)據(jù)采集是智能儀表，自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的部分。如果單片機(jī)本身帶A/D,D/A 功能，則不必進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。如果芯片本身不帶這種功能，則必須擴(kuò)展A/D,D/A 接口，則必須擴(kuò)展存儲(chǔ)系統(tǒng)程序 EPROM，以構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。芯片的選取應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需要或?qū)嶒?yàn)條件進(jìn)行， 一 般在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中制作的采樣系統(tǒng)由于條件有限，其精度要求不能提高 ，如選 ADC0809,DAC590 及 EPROMZ764 等進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展。 設(shè)計(jì) 概述 本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為核心 通過 AD 轉(zhuǎn)換器 對(duì) 16 路電壓信號(hào)進(jìn)行采集 并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào) ，然后 送入單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后由數(shù)碼管進(jìn)行顯示。另外 在系統(tǒng)中加入4 個(gè)按鍵 用以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互完成手動(dòng)和自動(dòng)的切換 。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 2 第 2 章 課程設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)概述 本設(shè)計(jì)是 通過對(duì) 16 路電壓信號(hào)的采集 ，全面鞏固 A/D 轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、鍵盤和顯示的應(yīng)用。 系統(tǒng)功能：通過 對(duì)多路電壓的采集實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測和顯示以了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài) ，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。 應(yīng)用場合： 需要對(duì) 多路 電壓信號(hào) 采集分析的場合。 系統(tǒng)構(gòu)成 本設(shè)計(jì) 主要由 四 部分構(gòu)成： A/D 轉(zhuǎn)換、 單片機(jī) 、鍵盤和顯示。設(shè)計(jì) 構(gòu)成圖如下 圖 系統(tǒng)組成 AD 轉(zhuǎn)換器的 16 個(gè)接口分別和外部 16 路電壓相連接，當(dāng)任何一個(gè)接口的電壓信號(hào)進(jìn)入轉(zhuǎn)換器后則開始轉(zhuǎn)換 ， 輸入電壓信號(hào)經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后 成為數(shù)字信號(hào)。 方案一是將 16 路電壓經(jīng)過一個(gè)多路模擬開關(guān) 后，然后由輸出端傳給一個(gè) AD 轉(zhuǎn)換器，再由轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)。 方案二是直接將 16 路電壓信號(hào)和一個(gè) 16 路 AD 轉(zhuǎn)換器相連接，然后輸出給單片機(jī)。 方案一考慮了經(jīng)濟(jì)方面的因素，但電路連接比方案二復(fù)雜，而且增加了器件，使A/D 轉(zhuǎn)換 單片機(jī) 數(shù)碼管顯示 鍵盤 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 3 得整個(gè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素增加，另外造成了 AD 轉(zhuǎn)換器的接口的浪費(fèi)。方案二雖然采用的轉(zhuǎn)換器價(jià)格比一要昂貴，但整體利用率高，同時(shí)選用的器件的數(shù)量少，系統(tǒng)的可靠性較高。所以綜合考慮選用方案二。 在轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換完成后 ， 單片機(jī)的控制端給出信號(hào)使轉(zhuǎn)換器輸出通道打開， 然后將數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī) 。 再由單片機(jī)處理 后 并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成 BCD 碼 輸出 給鎖存器 ，當(dāng)鎖存器鎖存信號(hào)允許打開時(shí) 由鎖存器 驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示 。顯示部分由四位數(shù)碼管組成 并采用動(dòng)態(tài)顯示 ，第一位用來顯示通道，其余三位則用來顯示數(shù)值 。 系統(tǒng)共設(shè)置四個(gè)按鍵則用來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng) 功能 的切換 ， 四個(gè)按鍵 和單片機(jī)端口連接，通過給入按鍵信號(hào) 分別實(shí)現(xiàn)不同的功能 包括：跳轉(zhuǎn)至上一個(gè)顯示、跳轉(zhuǎn)至下一個(gè)顯示、一直顯示當(dāng)前位 、跳轉(zhuǎn)至起始顯示 ， 當(dāng)單片機(jī)掃描到按鍵按下時(shí)則 程序 跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)的程序， 由單片機(jī)分析處理后給輸出部分， 然后由顯示部分顯示用戶所需要的數(shù)據(jù)。 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 4 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換部分是 16 路電壓信號(hào)通過一個(gè) ADC0816 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，將輸出的八位數(shù)字量 通過輸出端傳輸給 AT89S51。 因?yàn)?A/D 轉(zhuǎn)換器的工作頻率大約為 500KHz，而由單片機(jī) ALE 口輸出信號(hào) 的頻率為 2MHz，所以要將 ALE 的輸出通過一個(gè)四分頻電路 。分頻電路的組成 如圖 。其中 U6 的 CP端接單片機(jī)的 ALE。 電路是 采用兩 個(gè) 74LS74進(jìn)行四分頻，輸出端 的頻率信號(hào) 給 ADC0816 的 CLOCK 端， 用以提供 ADC0816 的工作頻率 。 圖 分頻器 電路圖 圖 是 ADC0816 和單片機(jī)的接線圖。 IN0IN15 為 16 路 電壓 輸入端， 2331引腳是 8 位數(shù)據(jù)輸出端和單片機(jī)的 P0 口連接，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由 AD 輸出后從 P0 口進(jìn)入單片機(jī)。轉(zhuǎn)換器的地址控制端即 ADD AADD D 和單片機(jī)的 連接，單片機(jī)的四個(gè)輸出口輸出的 數(shù)據(jù) 改變 時(shí)相應(yīng)的 AD 轉(zhuǎn)換器的 不同的 通道 會(huì) 打開使外部信號(hào)進(jìn)入轉(zhuǎn)換器 ， 然后把輸入的數(shù)據(jù) 進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換 。轉(zhuǎn)換器的 START 用來控制轉(zhuǎn)換的開啟，轉(zhuǎn)換開啟是手 單片機(jī) 的 控制 的，當(dāng) 輸出一個(gè)高電平時(shí)會(huì)使轉(zhuǎn)換器啟動(dòng) 。當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后要輸出，但輸出允許控制位 要受單片機(jī)控制 的 控制 ，只有當(dāng) OE 允許時(shí) AD 轉(zhuǎn)換器才會(huì)把數(shù)據(jù)輸出給單片機(jī)。 CPRdDSdU674LS74GNDCPRdDSdU774LS74CLO 本科生課程設(shè)計(jì)（論文） 5 RST9XTAL218XTAL119GND20(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31(AD7)32(AD6)33(AD5)34(AD4)35(AD3)36(AD2)37(AD1)38(AD0)39VCC4012