【正文】 II Abstract The hardware structure of data collection system based on SCM is primarily presented in the its software is designed secondly. Take the AT89C52 SCM and a/d conversion chip ADC0809 as a core, this system has two parts: A/D transforms, data processing and demonstration. Specifically includes the control, the demonstration, the A/D switch and so on. In the design carries on 8ways with ADC0809 according to the sampling, uses the AT89C52 SCM the serial mouth transmission and thereceive data. Demonstrated partially constitutes by the LED numericalcode monitor. The hardware design application electron design automation tool, the software design uses the modular programmingmethod. Key Words: AT89C52， SCM， A/d conversion， ADC0809， LED numerical code tube 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 1 1 引言 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及普及， 多路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示 系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。顯示部分由 LED數(shù)碼顯示器構(gòu)成。具體包括控制、顯示、 A/D轉(zhuǎn)換器等。8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題 目： 8 路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 系 別： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職 稱(chēng)： 起止時(shí)間： 2021 年 3 月 19 日 至 2021 年 6 月 24 日 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 目 錄 摘 要 ............................................................ I Abstract............................................................ II 1 引言 ............................................................. 1 2 系統(tǒng)概述 ........................................................ 1 硬件電路簡(jiǎn)介 ................................................... 1 軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 ................................................... 2 3 系統(tǒng)方案的選擇和論證 .......................................... 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇 ............................................. 3 各模塊方案選擇和論證 ........................................... 3 系統(tǒng)各個(gè)模塊的最終方案 ........................................ 11 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) ................................................ 11 硬件電路各模塊簡(jiǎn)介 ............................................ 11 系統(tǒng)的仿真 .................................................... 21 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) ................................................ 21 主程序的設(shè)計(jì) .................................................. 22 各子程序的設(shè)計(jì) ................................................ 22 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 6 系統(tǒng)調(diào)試 ....................................................... 25 調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題 .......................................... 25 問(wèn)題分析與解決 ................................................ 25 7 結(jié) 論 ........................................................... 26 致 謝 ........................................................... 27 參考文獻(xiàn) ......................................................... 28 附錄 .............................................................. 29 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) I 摘 要 本文主要論述 了基于單片機(jī)的 A/D轉(zhuǎn)換 的硬件結(jié)構(gòu) ,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)。 以 AT89C52 單片機(jī) 及模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809為核心，該系統(tǒng) 有 兩 個(gè)部分： A/D轉(zhuǎn)換 ，數(shù)據(jù)處理和顯示。設(shè)計(jì)中用 ADC0809進(jìn)行 8路數(shù)據(jù)的采樣，利用 AT89C52單片機(jī)的串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。硬件設(shè)計(jì)應(yīng)用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具 ，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化編程方法。 多路 輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示 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(guò)程中，往往需要隨時(shí)檢測(cè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù) 。 隨著工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，多路 輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示 勢(shì)必將得到越來(lái)越 廣泛 的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢(shì)，作這方面的研究就顯得十分重要?？傊?，不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟(jì)效益。 把由電壓表輸出的 0~5V的模擬電壓信號(hào)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后 A/D 轉(zhuǎn)換器將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 00H~FFH 的數(shù)字信號(hào)，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)給單片機(jī) AT89C52，單片機(jī)對(duì)其轉(zhuǎn)換后的結(jié)果進(jìn)行處理，處理后的結(jié)果送往 LED 數(shù)碼管進(jìn)行顯示。 8 路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示系統(tǒng) 可以分為兩大模塊： ? 硬件 電路 模塊 ? 軟件設(shè)計(jì) 模塊 硬件電路簡(jiǎn)介 根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，可以將系統(tǒng)硬件電路 模塊 劃分為以下 三 個(gè)部分 ： 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 2 ? 主控制器模塊 ? 數(shù)據(jù)采集 模塊 ? 顯示 模塊 主控制器模塊 主控制器模塊是 8 路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的核心控制部分，該模 塊 主要 由單片機(jī)構(gòu)成，通過(guò)單片機(jī)的各個(gè) I/O 口對(duì)外圍設(shè)備的控制，以達(dá)到 A/D 轉(zhuǎn)換，顯示數(shù)據(jù)等功能。雖然這些模擬量已經(jīng)由傳感器、變送器變換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓或電流信號(hào)，但還需要通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。 在本論文中， 數(shù)據(jù)采集模塊 主要 是 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809。并且通過(guò) START 引腳啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ，將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)利用 8 位數(shù)據(jù)輸出線傳輸給單片機(jī)的 P0 口。 LED 顯示器由若干個(gè)發(fā)光二極管組成，當(dāng)發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)，相應(yīng)的一個(gè)筆畫(huà)或一個(gè)點(diǎn)就發(fā)光。 本論文中， 顯示模塊主要有七段共陽(yáng)極 LED 數(shù)碼管 構(gòu)成， 顯示電路采用的是動(dòng)態(tài)顯示接口電路。 軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也可以相應(yīng)的分為以下兩部分： ? A/D 轉(zhuǎn)換程 序設(shè)計(jì) ? 顯示程序設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換程序的設(shè)計(jì)是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的核心部分，通過(guò)設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換程序驅(qū)動(dòng)單片機(jī)向模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 輸入指令開(kāi)啟模數(shù)轉(zhuǎn)換，以達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要功能。這部分程序也主要是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程來(lái)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管進(jìn)行正常的顯示工作。本顯示器可自動(dòng)輪流顯示 8 路輸入模擬信號(hào)的數(shù)值，最小分辨率為，最大顯示數(shù)值為 255（輸入為 5V時(shí)），模擬輸入最大值為 5V，可作為數(shù)字電壓表用。 其中系統(tǒng)的 主控制器 采用 AT89C52 單片機(jī) ,直接 驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管， 數(shù)據(jù)采集模塊 由 AT89C52 與 ADC0809 組成 。 系統(tǒng)框圖如圖 31 所示 M C UA D C L E D8 路 輸 入模 擬 信 號(hào) 圖 31 系統(tǒng)模塊框圖 主控制器 模塊 的 分析與 選擇 用單片機(jī)作為這一控制系統(tǒng)的核心，接 收 來(lái)自 ADC0809 的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后通 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 4 過(guò)串口傳送，由于系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單，單片機(jī)通過(guò)與 LED 數(shù)碼顯示器相連，驅(qū)動(dòng)顯示器顯示相應(yīng)通道采集到的數(shù)據(jù)。 時(shí)鐘電路 的選擇 ： AT89C52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器 ,引腳 XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端 。 方案一：內(nèi)部 時(shí)鐘方式 ，如圖 31 圖 31 內(nèi)部時(shí)鐘方式 外接石英 晶 體 (或陶瓷諧振器 )及電容 C1, C2 接 在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 方案二：外部 時(shí)鐘方式，如圖 32 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 5 圖 32 外部 時(shí)鐘方式 外部振蕩器信號(hào)的接法與芯片類(lèi)型有關(guān)。 HMOS 工藝的 MCU 則 XTAL2 端接外部時(shí)鐘信號(hào)， XTAL1 端須 接地。所以時(shí)鐘電路采取內(nèi)部時(shí)鐘方式。 a 轉(zhuǎn)換原理的選擇 隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展， A/D 轉(zhuǎn)換器新品不斷推出。 方案一：逐次逼近式 ADC 的轉(zhuǎn)換原理 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 6 圖 33 是逐次逼近式 ADC 的工作原理圖。 圖 33 逐次逼近式 ADC 原理圖 在時(shí)鐘脈沖的同步下，控制邏輯先使 N 位寄存器的 D7 位置 1（其余位為 0）。于是在時(shí)鐘脈沖的同步下，保留 D7=1，并使下一位 D6=1，所得新值（ C0H）再經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換得到新的 VN，再與 VIN比較，重復(fù)前述過(guò)程。以此類(lèi)推，從 D7 到 D0 都比較完畢，轉(zhuǎn)換便結(jié)束。 方案二：雙積分式 ADC 的轉(zhuǎn)換原理 圖 34 是雙積分式 A/D 轉(zhuǎn)換器 ?？刂七壿嬒葘?duì)未知的輸入模擬電壓 VIN進(jìn)行固定時(shí)間 T 的積分，然后轉(zhuǎn)為對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直至積分輸出返回起始值。輸入電壓大，則反向積分時(shí)間長(zhǎng)。 圖 35 雙積分式 ADC 工作原理 b 轉(zhuǎn)換時(shí)間的選擇 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次 A/D 轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。通常， 8 位逐次比較式 ADC 的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us 左右。 8路輸入模擬信號(hào)數(shù)值顯示器的設(shè)計(jì) 8 c ADC 位數(shù)的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號(hào)采集的精度和分辨率。 用它可直接將 8 個(gè)單端模擬信號(hào)輸入，分時(shí)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛 ， 所以本設(shè)計(jì)中選用該芯片作為 A/D 轉(zhuǎn)換電路的核心。 方案一：經(jīng)典接口方式。