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基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文-wenkub.com

2025-06-24 19:21 本頁(yè)面
   

【正文】 在此特別感謝指導(dǎo)老師姚毅,在百忙之中抽時(shí)間給予我們指導(dǎo)。輸入端電平突變,輸出端有一個(gè)過渡過程,其變化就稱為擺率。在高分辨率情況下,系統(tǒng)內(nèi)部噪聲也是系統(tǒng)誤差的一個(gè)問題,電阻會(huì)產(chǎn)生熱噪聲,電阻熱噪聲是基本的噪聲源,它具有一個(gè)均勻的或白色的功率譜,這些噪聲源限制了分辨率采樣信號(hào)的能力。輸入偏流也流經(jīng)放大器反饋電阻的并聯(lián)組合,當(dāng)放大器的偏流為50muA,該電流值將在放大器輸入端產(chǎn)生50uA的誤差信號(hào)。寫顯示命令,自增方式MOV P2,07EHMOV R1,0FFHMOV DPTR,DTABMOV R7,6MOV R0,70HDIR1:MOV A,R0MOVC A,A+DPTRMOVX R1,AINC R0DJNZ R7,DIR1RET。查表轉(zhuǎn)換成鍵有序編碼CJNE A,0AH,KEY1KEY1:JC PDATA;是數(shù)字鍵,轉(zhuǎn)PDATA處理SUBB A,0AH;以下為命令處理MOV B,03HMUL ABMOV DPTR,COMTABJMP A+DPTRCOMTAB:LJMP COMA1。20分頻(fosc=12MHz)MOV A,0設(shè)鍵盤與顯示方式MOVX DPTR,A。然后根據(jù)輸入的時(shí)間進(jìn)行查尋我們需要的采集到的數(shù)據(jù)。例如,用狀態(tài)寄存器的D5位為“1”表示“數(shù)據(jù)輸出寄存器”空,用D0位表示“數(shù)據(jù)輸入寄存器滿”,用D2位表示“奇偶檢驗(yàn)錯(cuò)”等。MOV SCON,52H;初始化串行口MOV TMOD,20HMOV TH1,0FDH;波特率設(shè)置MOV TL1,0FDHSETB TRLAGIN:MOV A,0FFHLCALL OUT ;發(fā)握手信號(hào)LCALL IN ;收應(yīng)答信號(hào)CJNE A,00H,AGN;開始發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)OUT:MOV SUBF,A;發(fā)送子程序JBC T1,END1SJMP OUTEND1:RETIN:JBC R1,END2;接收子程序SJMP INEND2:MOV A,SUBF RET在數(shù)據(jù)輸出過程中,CPU把要輸出的字符(并行地)送入“數(shù)據(jù)輸出寄存器”,“數(shù)據(jù)輸出寄存器”的內(nèi)容傳輸?shù)健鞍l(fā)送移位寄存器”,然后由“發(fā)送移位寄存器”移位,把數(shù)據(jù)1位1位地送到外設(shè)。通過和上位機(jī)的握手,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的互通,建立溝通,實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)輸入過程中,數(shù)據(jù)1位1位地從外設(shè)進(jìn)入接口的“接收移位寄存器”,當(dāng)“接收移位寄存器”中已接收完1個(gè)字符的各位后,數(shù)據(jù)就從“接收移位寄存器”進(jìn)入“數(shù)據(jù)輸入寄存器”。由于串行通信是在一根傳輸線上一位一位的傳送信息,所用的傳輸線少,成本底,易于實(shí)現(xiàn),因此,特別適合于遠(yuǎn)距離傳輸。IN0:下限值X0MIN占用58HIN0:下限值X0MAX占用59HIN1~IN7 上限值分別保存在5A~60H(3)堆棧區(qū)設(shè)在65H~7FH(單片機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元)系統(tǒng)將循環(huán)采集各個(gè)通道的數(shù)據(jù),因?yàn)楦鱾€(gè)信號(hào)和通道要求不同,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了不同的采集次數(shù)和不同的上限和下限通道上限下限采集次數(shù)INT0F0H10H8INT1E8H——8INT2E0H——8INT3D8H——8INT4D0H——8INT5C8H——8INT6C0H——8INT7B8H——8依據(jù)不同的上下限,不同的采集次數(shù),得到的數(shù)據(jù)就會(huì)有些差異,依據(jù)此就可以用于不同的數(shù)據(jù)采集,用于采集不同頻率的數(shù)據(jù)和信號(hào)。啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換時(shí),首先要想對(duì)應(yīng)通道(由C,B,A端編碼決定)發(fā)出寫操作信號(hào)。寫D/A轉(zhuǎn)換MOV A,80HDJNZ R1,L1MOV DPTR,AINC DPTRMOVX DPTR,AL2:MOV R2,0。設(shè)置4通道的上限值MOV X4max,ALMOV AL,0D0H 。設(shè)置0通道的上限值MOV X0max,ALMOV AL,90H 。在程序開始時(shí)經(jīng)過初始化后,設(shè)置各個(gè)通道界限值,然后通道號(hào)置為0,采集次數(shù)也置為0,就保證了采集次數(shù)和通道的開始是正確的,啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集,將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ),接著進(jìn)行第二次數(shù)據(jù)的采集,當(dāng)采集到預(yù)定的采集次數(shù)時(shí),將調(diào)用計(jì)算平均值子程序,計(jì)算出采集的數(shù)據(jù),再把這個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否在正常范圍之內(nèi)。按照時(shí)間和通道進(jìn)行存儲(chǔ),這是是為了方便查詢的方便,也是保存數(shù)據(jù)的常用方式,采集模式就工作在查詢的模式下。掃描鍵值A(chǔ)NL A,3FHMOV DPTR,KTABMOVC A,A+DPTR。軟件是利用MCS一51匯編語(yǔ)言編制的,并利用了最優(yōu)化方法,使其在具有較多的功能條件下,占有較少的地址空間同時(shí)采用了浮動(dòng)地址,使程序在不同地址的條件下,不需要改動(dòng)就能完成各種設(shè)計(jì)功能,從而方便了調(diào)試與應(yīng)用,并使整體軟件系統(tǒng)具有較大的靈活性。系統(tǒng)通過按鍵來選擇工作的模式,當(dāng)按下“”鍵,系統(tǒng)就進(jìn)入到查詢模式,屏幕顯示清零狀態(tài),等待數(shù)據(jù)的輸入,當(dāng)輸入數(shù)據(jù)時(shí),屏幕顯示輸入的數(shù)據(jù),當(dāng)數(shù)據(jù)輸入完畢以后,系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢,查詢到的數(shù)據(jù)按統(tǒng)統(tǒng)顯示在屏幕上,如過此時(shí)按下打印鍵“”,系統(tǒng)就進(jìn)入打印模式,把查詢到的數(shù)據(jù)打印出來。當(dāng)FIFO存儲(chǔ)器有數(shù)據(jù)時(shí),IRQ信號(hào)變?yōu)楦唠娖?。掃描輸出和回掃線可以構(gòu)成對(duì)鍵的一個(gè)掃描陣列。即A0==0命令寫到定時(shí)器與控制寄存器去,對(duì)8279進(jìn)行編程,=0讀FIFO/傳感器RAM狀態(tài)寄存器的內(nèi)容;A0==0數(shù)據(jù)寫到顯示RAM,=0讀顯示RAM或FIFO/傳感器RAM的內(nèi)容。當(dāng)=0時(shí),選中8279。但它們共同的缺點(diǎn)是,需要編制定時(shí)掃描顯示和掃描鍵盤的程序,使整個(gè)系統(tǒng)軟件變得比較復(fù)雜。當(dāng)轉(zhuǎn)換信號(hào)結(jié)束時(shí),轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC變高電平。ALE為高電平時(shí),地址譯碼與對(duì)應(yīng)通道選擇見表32 。下面轉(zhuǎn)換時(shí)序圖 ALESTARTOEDO7~1EOC 其轉(zhuǎn)換過程表述如下:首先ALE的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路,使該路模擬量進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器中。也就是說A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs,轉(zhuǎn)換期間。保持電容是外接的,其取值與采樣頻率和精度有關(guān),常選用510~1000pF。所以在A/D轉(zhuǎn)換前,加上保持器做信號(hào)保持。SHA先完成模擬信號(hào)的離散化。在本系統(tǒng)中M=8,TCONV =100us帶入公式就可得 如果我們?cè)跀?shù)據(jù)采集器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC前再加一個(gè)采樣保持放大器SHA(它的任務(wù)是把要轉(zhuǎn)換的信號(hào)快速采樣后保持一段時(shí)間,以備轉(zhuǎn)換用),這相當(dāng)于在ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)開可一個(gè)窄“窗孔”,將此窗孔開啟瞬間內(nèi)的模擬信號(hào)以量化形式記錄下來,此窗孔稱為“孔徑時(shí)間”Ta,Ta一般遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)換時(shí)間TCONV。此時(shí)進(jìn)行量化顯然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。 功能模塊電路設(shè)計(jì)以8051為CPU設(shè)計(jì)一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),在其外部擴(kuò)展64KB SRAM,本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊以ADC0809為核心,LF398采樣保持來實(shí)現(xiàn)一秒中采集8次數(shù)據(jù),輸出數(shù)字量直接與總線的數(shù)據(jù)線連接,從而掛在總線上的存儲(chǔ)器,打印機(jī),LED很方便的進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。 在保持模式下的低輸出噪聲LF398 的邏輯輸入是完全差分的,具有低輸入電流,允許與 TTL、PMOS 。 低于10us采集時(shí)間,與TTL , PMOS , CMOS邏輯輸人兼容總體設(shè)計(jì)確保在保持模式下,從輸人到輸出沒有藕合,即使對(duì)輸人信號(hào)等于電源電壓的情況也是如此:用一個(gè)引腳來達(dá)到調(diào)整輸人偏差,并且不降低輸入偏差漂移。沒有中斷條件滿足時(shí),IRQ處于高阻態(tài)。 DS(數(shù)據(jù)選通或讀輸入):DS/RD管腳有兩種操作模式,取決于MOT管腳的電平,當(dāng)使用MOTOROLA時(shí)序時(shí),DS是一正脈沖,出現(xiàn)在總線周期的后段,稱為數(shù)據(jù)選通;在讀周期,DS指示DS12887驅(qū)動(dòng)雙向總的時(shí)刻,在寫周期,DS的后沿使DS12887鎖存寫數(shù)據(jù)。 AS(地址選通輸入):用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離,在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。 AD0~AD7(雙向地址/數(shù)據(jù)復(fù)用線):總線接口,可與MOTOROLA微機(jī)系列和INTEL微機(jī)系列接口。 SQW(方波信號(hào)同):SQW管腳能從實(shí)時(shí)時(shí)鐘內(nèi)部15級(jí)分頻器的13個(gè)抽頭中選擇一個(gè)作為輸出信號(hào),其輸出頻率可通過對(duì)寄存器A編程改變。 MOT(模式選擇):MOT管腳接到VCC時(shí),選擇MOTOROLA時(shí)序,當(dāng)接到GFND時(shí),選擇INTEL時(shí)序。 DS12887的功能特點(diǎn) DS12887是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司最新推出的時(shí)鐘芯片,采用CMOS技術(shù)制成,把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部,同時(shí)它與目前IBM AT計(jì)算機(jī)常用的時(shí)鐘芯片MC146818B和DS1287管腳兼容,可直接替換。在大多數(shù)情況下,可以在引腳5上接一1kΩ電位器來實(shí)現(xiàn)。VR+,VR:基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。D0為最低位,D7為最高位。EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),輸出,高電平有效。ALE:地址鎖存允許信號(hào),輸入,高電平有效。集許多A / D 轉(zhuǎn)換技術(shù)于一體, ADC0808和ADC0809 的設(shè)計(jì)被優(yōu)化,它們提供高速、高精度、最小溫度相關(guān)性、極好的長(zhǎng)期精度和可重復(fù)性以及最小功耗。 ADC0809的功能特點(diǎn)ADC0809數(shù)據(jù)采集元件是單片CMOS器件,具有8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、8通道的多路開關(guān)以及和微處理器相兼容的控制邏輯,這個(gè)8位A / D 轉(zhuǎn)換器使用逐位逼近作為轉(zhuǎn)換技術(shù)。Vcc:+5V工作電壓。當(dāng)訪問該地址范圍的存儲(chǔ)單元時(shí),由于MCS51系列單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址與片內(nèi)程序是重疊的,所以用引腳電平來區(qū)分是訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器,還是訪問外部程序存儲(chǔ)器。由于MCS51系列單片機(jī)外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間是獨(dú)立的,但地址是重疊的,因此除了在指令上加以區(qū)分外,控制信號(hào)也有所不同。另外,ALE信號(hào)還可以作為應(yīng)用系統(tǒng)中頻率要求較低的其他部件的時(shí)鐘信號(hào)、計(jì)數(shù)信號(hào)等。其中XTAL1為該放大器的輸入引腳,XTAL2為該放大器的輸出引腳。備用電源功能VPD:當(dāng)Vcc掉電時(shí),在Vcc下降到操作系統(tǒng)允許極限之前,RST/VPD引腳接上備用電源,向內(nèi)部RAM供電,這時(shí)系統(tǒng)處于一種低功耗方式。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),它輸出高8位地址;在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí),接受高8位地址。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí),它是數(shù)據(jù)總線和地址總線低8位分時(shí)復(fù)用的接口:在EPROM編程時(shí),在接收指令字節(jié);在驗(yàn)證程序時(shí),輸出指令字節(jié),并要求外接上拉電阻。 8051AH的功能特點(diǎn)MCS51系列單片機(jī)是1980年Intel公司推出的8位單片機(jī)系列,由于它良好的性價(jià)比,此后其他一些公司也相繼研制并生產(chǎn)MCS51系列單片機(jī)8051及其兼容芯片。本系統(tǒng)硬件包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊。 ( 3 )圖像顯示是指用屏幕顯示( CRT )讀數(shù)或被測(cè)參數(shù)變化的曲線,主要用于計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中。 ( l )模擬顯示是利用指針對(duì)標(biāo)尺的相對(duì)位置來表示被測(cè)量數(shù)值的大小,如毫伏表、毫安表等,其特點(diǎn)是讀數(shù)方便、直觀,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,在檢測(cè)系統(tǒng)中一直被大量使用。從鍵盤發(fā)出指令,進(jìn)入不同的模式,實(shí)現(xiàn)不同的功能。單片機(jī)還需要把數(shù)據(jù)分析和處理之后的結(jié)果寫入存儲(chǔ)器以備將來分析和使用,通常還需要把結(jié)果顯示出來。這個(gè)多位數(shù)是二進(jìn)制分?jǐn)?shù),ADC是微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部件,它的性能往往直接影響整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。使用串行輸出結(jié)果的方式對(duì)長(zhǎng)距離傳輸和需要光電隔離的場(chǎng)合較為有利。由于輸入信號(hào)變化的速度不同,系統(tǒng)對(duì)分辨率、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同。由于波形可以重復(fù)取得.因此采樣可以用較慢的速度進(jìn)行,采集的樣本可以是時(shí)序的(步進(jìn)、步退、差額),也可以是隨機(jī)的。除了“定時(shí)采樣”(等間隔采樣)外,“實(shí)時(shí)采樣”通常使用“變步長(zhǎng)采樣”,即“等點(diǎn)采樣”。(1)實(shí)時(shí)采樣:數(shù)據(jù)采集開始后,信號(hào)波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)即被采人并數(shù)字化,經(jīng)過一個(gè)采樣間隔后.再采入第二個(gè)采樣點(diǎn),這樣一直將整個(gè)信號(hào)波形數(shù)字化并存入存儲(chǔ)器中。所以要根據(jù)具體情況來選擇多路模擬開關(guān)。因?yàn)檫@時(shí)可以使用普通的微秒級(jí)A/D轉(zhuǎn)換器從容地分時(shí)處理這些信號(hào)。為了提高模擬輸入信號(hào)的信噪比,常常需要使用濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行一定的衰減。此外,某些傳感器內(nèi)阻比較大,輸出功率較小,這樣放大器還起阻抗變換器的作用來緩沖輸入信號(hào)。傳感器前置放大濾波器多路模擬開關(guān)傳感器前置放大濾波器傳感器前置放大濾波器. . .. . ....(1)傳感器接收被測(cè)量(如物理量、化學(xué)量、生物量等),然后才能將其變換為另一種與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系,并且容易測(cè)量的量(通常為電學(xué)量)。所以我們把微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)也常稱為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),或簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其具體組成框圖如圖 1 .2. 1 所示。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能8路數(shù)據(jù)采集:可以進(jìn)行8路0~5V的模擬電壓進(jìn)行循環(huán)采集,每路采集的8次,超出界限LED顯示報(bào)警,將采得的數(shù)據(jù)求平均。用單片機(jī)來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制,不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn),而且可以大幅度提高采集數(shù)據(jù)的技術(shù)指標(biāo),從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。而對(duì)于利用數(shù)據(jù)采集芯片的系統(tǒng),由于芯片集成了A/D轉(zhuǎn)換、閃速/電擦除存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器等電路,加上它的高轉(zhuǎn)換速度和高精度,能大大降低系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間和成本、縮小設(shè)備體積、提高系統(tǒng)可靠性和電氣性能指標(biāo),較適合于設(shè)計(jì)低功耗、便攜式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和顯示、查詢、打印系統(tǒng),可以把傳感器信號(hào)經(jīng)過處理后,進(jìn)行控制和存儲(chǔ)傳給上位機(jī)PC,以滿足遠(yuǎn)程控制和無人工作站的建立。隨著科學(xué)和技術(shù)的需要,在速度、分辨率、精度、接口能力、軟件設(shè)計(jì)以及抗干擾能力等方面向現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了越來越高的要求。關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī),數(shù)據(jù),采集,打印,查詢,上位機(jī)通信ABSTRACTKEY WORDS: s
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