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1、精选优质文档-倾情为你奉上微型计算机原理及接口技术课程设计学院： 信息工程学院专业： 电子信息工程班级： xxxx班学号： 姓名：XX指导教师：张坤第一部分课程设计任务书课题名称 微型计算机原理及接口技术课程设计 数据采集系统设计学院(部) 信息工程学院 专 业 电子信息工程专业 班 级 班 6月11日至6月18日共一周2010年6月18日一、设计内容（论文阐述的问题）设计一个数据采集系统基本要求：要求具有8路模拟输入 输入信号为0500mV 采用数码管8位，显示十进制结果 输入量与显示误差1%发挥部分：1、速度上实现高精度采集 2、提高系统精度 3、设计抗干扰性二、设计完成后提交的文件和图表
2、1. 计算说明书部分： 数据采集是指将压力、流量、温度、位移等模拟量转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示、或打印的过程，相应的系统就称为数据采集系统。 数据采集的任务，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，取得所需的数据。同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监控。 数据采集性能的好坏，主要取决于他的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度。数据采集系统应具有功能：（1）数据采集计算机按照选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号进行采样，称为数据采集。（2）模拟信号处理模拟信号是指随时间连续
3、变化的信号，模拟信号处理是指模拟信号经过采样和A/D转换输入计算机后，要进行数据的正确性判断、标度变换、线性化等处理。（3）数字信号处理数字信号处理是指数字信号输入计算机后，需要进行码制的转换处理，如BCD码转换成ASCII码，以便显示数字信号。（4）屏幕显示就是用各种显示装置如CRT、LED把各种数据以方便于操作者观察的方式显示出来。（5）数据存储数据存储是就是将某些重要数据存储在外部存储器上。 在本次设计中，我们采用8259作为中断控制器，8255作为并行接口，ADC0809作为模数转换器。2、图纸部分：含有总体设计的功能框图、所用各种器件的引脚图、内部逻辑结构框图以及相应器件的真值表，还
4、包括总设计的硬件连接图及软件设计流程图等。三、课程设计进程安排序号 设计（论文）各阶段名称 日期1 获得设计题目及要求，查阅资料 7月10日2 形成初步设计思路及有针对性检索资料 7月11日3 设计方案论证及选用相应器件 7月12日4 设计硬件连接图及软件编程 7月13日5 形成整体设计报告并上交 7月14日四、主要参考资料1、微型计算机原理及接口技术 裘雪红、顾新 西安电子科技大学出版社 2、高性能模数与数模转换器件 刘书明、刘斌 西安电子科技大学出版社3、微型计算机接口技术及应用 刘乐善 华中理工大学出版社4、IBM-PC 汇编语言程序设计 沈美明、温冬婵 清华大学出版社5、单片机典型外围
5、器件及应用实例 是实科技编著 人民邮电出版社6、智能仪器原理及应用 赵茂泰 电子工业出版社7、微型计算机接口原理与技术 邹逢兴 国防科技大学出版社8、汇编语言教程 朱慧真 国防工业出版社9、微型计算机接口技术 吴延海 重庆大学出版社10、数字电子技术基础 阎石 高等教育出版社第二部分一、 设计指标设计一个数据采集系统基本要求:微型计算机最小系统具有8路模拟输入 输入信号为0500mV 采用数码管8位，显示十进制结果 输入量与显示误差1% 中断方式二、 设计方案论证1、设计思路（1）模拟信号产生器：自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz2kHz范围变化，再经频率电压
6、变换后输出相应15V直流电压（200Hz对应1V，2kHz对应5V）。（2）八路数据采集器：数据采集器第1路输入自制15V直流电压，第27路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0V直流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第8路备用。将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号，再经并/串变换电路，用串行码送入传输线路。 （3）主控器：主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路8路、1路）和选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。2、发挥部分 （1）利用电路补偿或其它方法提高可变电阻值变化与输出直流电压变化的线性关系；（
7、2）尽可能减少传输线数目； （3）其它功能的改进（例如：增加传输距离，改善显示功能）。本设计的基本思路是：根据设计指标，首先从整体上规划好整个系统的功能和性能，然后再对系统进行划分，将比较复杂的系统分解为多个相对独立的子系统，特别注意对各个子系统与系统、子系统与子系统之间的接口关系进行精心设计以及技术指标的合理分解。然后再由子系统到部件、部件到具体元器件的选择和调试。各部件或子系统各自完成后再进行系统联调，直到完成总体目标。考虑本数据采集系统要求，该系统的功能框图如下：主控电路电源输入显示输出串口转并口并口转串口 图1 系统功能框图（二）、系统硬件电路设计一、电源电路设计电源部分电路由变压器、
8、电桥、三端稳压器7805、滤波电容和整流二极管、电阻分压组成。电路的优点是：直流电源输入范围宽从7.5V24V都可以可靠工作，电路具有短路保护作用，纹波系数小，电压稳定为5V。如图（1）所示。图（1）5V稳压电源电路二、AD转换和串口转并口设计 根据AD转换器基本原理及特点，可以分为以下类型：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 AD转换部分电路由集成电路0809完成，ADC0809是一种典型的AD转换器，具有8路模拟输入端口，地址线（2325脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D转换。第22脚ALE为地址锁存控制，当输入为高电平是，对地址信号进行锁
9、存；6脚START为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时，就A/D转换；7脚EOC为A/D转换结束标志，当A/D转换结束是，EOC输出高电平；9脚OE为A/D转换数据输出允许控制，当OE为高电平时，A/D转换数据从端口输出；10脚CP为0809的时钟输入端，利用单片机30脚的六分频晶振信号再通过74LS74二分频得到。单片机的P1、P3端口作四位LED数码管显示控制，PO端口作A/D转换数据读入用，P2端口用作0809的A/D转换控制。ADC0809由一个8位AD转换器、一个8路模拟量开关、8路模拟量地址锁存译码器和一个三态数据输出锁存器组成。AD 转换器的主要技术指标是分辨率、转换误差、
10、转换速度。1、MCS-51与ADC0809的接口ADC0809时钟信号由单片机的ALE信号分频获得。ADC0809通道地址由P0 口的低3位直接与ADC0809的A、B、C相连。转换后的N个数据顺序存放到起始地址为data_addr数据存区。图3 ADC0809管脚图串口转并口部分电路由芯片74LS165组成，与ADC0809的连接电路如下：74LS165与ADC0809内部结构框图2、ADC0809的时钟频率500KHZ的产生：从单片机 ALE引脚产生的1MHZ频率，通过D触发器后变为500KHZ，然后 输入到ADC0809中的CLK引脚中。而D触发器在74LS74芯片可以找到。如图所示：7
11、4LS74内部结构框图三、主控器电路主控器由AT89S51及其外围电路组成。其外围电路有复位电路、时钟源电路等等。1、复位电路设计复位电路如图（5）所示，复位电路具有上电自动复位作用。必要时可按复位键手动复位，提高了复位电路的抗干扰能力。 图（5）复位电路 2、时钟源设计时钟源电路如图（6）所示，X1和X2之间跨接晶体振荡器和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。主控器总体电路如图所示：1、P0口接上拉电阻的作用是保证其工作电压。2、P1.5 P1.6 P1.7 是外界往单片机里面写程序的3个引脚
12、。3、由硬件设定，一般P0.2为输入74L164的数据线，P0.3为输入74L164的时钟线。4、ALE引脚置5V（即置1）是为了使单片机执行程序时从内部ROM开始查询再到外部RAM,如果为置0时则只从外面的RAM查询。5、从7615中传送过来的串行数据输入MC-51时，可以从P0,P1,P2,P3中的任意空闲引脚中输入。四、显示部分这个电路主要是用74LS164完成，与显示的数码管相连。这部分主要将数据通过串行变为并行，然后显示到数码管中。1、80C51单片机输出的数据是串行的，需要把它变为并行的才能在数码管显示，那么就要用到74L164芯片作为转换器件。74L164的作用是将串行数据转换为
13、并行数据。2、74L164输出的并行数据输进到数码管里面就可以显示了。具体的显示时间长短则要看程序设计的延时时间的长短。3、果要显示多个数字，则要85C51单片机的时钟线控制，如图所示：数据从SDA输入，是串行数据。当有8位数据移入到第一个芯片时，则该芯片将这8位数据从QAQH口并行输出，再输入到数码管，从而实现了串到并的过程。但是当时钟线CLK每上跳变一次时，SDA数据便会输入一位到74L164中。CLK不断跳变，SDA不断往74L164压入数据，则某数字从数码数码管的左到右显示。至于在某个数码管显示多久就要看程序的延时时间了。（三）系统主要程序的设计1、初始化程序系统上电时，将70H77H
14、内存单元清零，P2口清零。2、主程序 在刚上电室，因70H77H内存单元的数据为0 ，则每一通道的数码管显示值都为000。当进行一次测量后，将显示出每一通道的A/D转换值。每个通道的数据显示时间在1s左右。主程序在调用显示程序和测试程序之间循环，其流程图如下所示：数据采集系统主程序流程图外部中断流程图3、显示子程序 采用动态扫描方法实现四位数码管的数值显示。测量所得A/D转换数据放在70H77H内存单元中。测量数据在显示时需要经过转换成为十进制BCD码放在70H77H中，其中7BH存放通道标志数。寄存器R3用来作8路循环控制，R0用作显示数据地址指针。4、模数转换测量子程序 模数转换测量子程序
15、是用来控制对ADC0809路模拟输入电压的A/D转换，并将对应的数值移入70H77H内存单元，其程序流程图如下：三、软件设计数据采集系统主程序流程图四、系统的调试首先设计出正确的电路原理图，然后进行PCB板布线。在PCB板制作出来后，首先对其进行电路检测，检查PCB板上是否有断路、短路。在完成对PCB裸板的测试之后，开始焊接元器件。在电路焊接完成后，首先对在没有加电的情况下对电路进行测试，对照电路原理图和PCB图以检测电路中是否有虚焊、漏焊。在完成上述这些基本的检测之后，给电路上电，对各部分电路分别进行检测。1、电源电路的测试在电路板上，设计了两个发光二极管以检测电路中所用到+5V 电源和+3
16、.3V电源。在通电之后，可以看到电路板上的两个发光二极管都被点亮，用电压表测试电路中+5V电压端点，得到的电压值为+5.0089V，测试稳压源输出端电压值为+3.267V。2、单片机电路的测试在上电后，首先对AT89S51进行测试，因为它控制整个电路板的运行。AT89S51的电压输入端，测试电压为+3.376V，说明驱动其电压正常。编写了一个简单的延时程序驱动一个发光二极管来检测单片机能否正常工作。3、数据采集电路的测试按照原理图进行电路连线，注意将单片机和ADSC0809共地，用一个可变电压作为输入量输入到ADC0809中，将经过单片机处理后的信号用数码管显示出来。检查电路连接正确后，将编写
17、好的数据采集程序烧入单片机中。首先在程序中赋上三个具体的数字，经编译后，在数码管上能正确的显示出来。当输入的电压是不断变化时，数码管上显示的数字也跟随着不断变化。由此可见，该系统已经能够实现数据采集功能。五、总结语本设计以74LS165、74LS164、ADSC0809和AT89S51为基本器件，具体介绍了各芯片的功能以及特点，设计出各硬件接口电路的连接方式，同时还编写出了数据采集程序，实现了一种的数据采集系统。该系统不仅具有成本低，开发周期短等特点，而且经进一步扩展可以增大其应用范围。因此本文为数据采集系统的设计提供了一种实用、方便、可靠的解决方案。系统经过多次实验，对05V的电压信号进行数
18、据采集都获得了成功，并且精度高，性能指标达到了设计要求。USB数据采集设备体现了目前数据采集系统小型化、使用方便、造价低廉的发展趋势。同时，本设计也为较高精度的数据采集提供了一种新颖、方便和可靠的解决方案。由此可见, 这种数据采集系统有着广阔的发展前景和市场需求。参考资料：附录附录1元件清单 序号名称型号数量备注1单片机AST89S5112A/D转换ADC08095四位数码管XY56411RA26I2C存储器24C0227MAX23218DB919九针串口线110三极管IN9012811三端稳压器7805212整流管二极管IN4001213二极管IN4148414发光二极管315蜂鸣器216按
19、钮517排阻4X10K418晶振11.0592MHZ219极性电容470uF220极性电容10uF421极性电容0.1uF522非极性电容0.33uF223非极性电容104224电阻4.7K825电阻2K326电阻330127电阻330128感光板15X20CM129显影剂1 附录4六、主要参考资料1、微型计算机原理及接口技术 裘雪红、顾新 西安电子科技大学出版社 2、高性能模数与数模转换器件 刘书明、刘斌 西安电子科技大学出版社3、微型计算机接口技术及应用 刘乐善 华中理工大学出版社4、IBM-PC 汇编语言程序设计 沈美明、温冬婵 清华大学出版社5、单片机典型外围器件及应用实例 是实科技编著 人民邮电出版社6、智能仪器原理及应用 赵茂泰 电子工业出版社7、微型计算机接口原理与技术 邹逢兴 国防科技大学出版社8、汇编语言教程 朱慧真 国防工业出版社9、微型计算机接口技术 吴延海 重庆大学出版社10、数字电子技术基础 阎石 高等教育出版社专心-专注-专业