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1、-目录0.前言11课程设计的目的和要求21.1课程设计的目的21.2课程设计要求22.总体设计32.1系统框图32.2设计原理43.硬件设计53.1芯片介绍53.2相应的命令控制字格式93.3硬件连接图104.软件设计104.1程序框图104.2程序清单145.实验数据145.10通道数据分析表145.2程序运行图146结束语147.参考文献15附录一：硬件图连接16附录二：程序清单17附录三：程序运行图22单片机数据采集控制系统0.前言单片机的应用简介单片机是一种集成在芯片，是采用技术把具有数据处理能力的中央处理器CPURAM、多种I/O口和中断系统、定时器/等功能（可能还包括显示驱动电路、
2、电路、模拟多路转换器、等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能，民用豪华轿车的安全保障系统，、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。 单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的智能化管理及过程控制等领域
3、，大致可分如下几个范畴： （1）.在仪表上的应用 单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，广泛应用于仪器仪表中，结合不同类型的，可实现诸如电压、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用单片机控制使得仪器仪表数字化、智能化、微型化，且功能比起采用电子或更加强大。例如精密的测量设备（，各种分析仪）。 （2）.在工业控制中的应用 用单片机可以构成形式多样的控制系统、。例如工厂流水线的智能化管理，电梯智能化控制、各种报警系统，与计算机联网构成二级控制系统等。 （3）.在家用电器中的应用 可以这样说，现在的家用电器基本上都采用了
4、单片机控制，从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他视频器材、再到量设备，五花八门，无所不在。 （4）.在计算机网络和通信领域中的应用 现代的单片机普遍具备，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，对讲机等。 （5）.单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 （6）.在各种大型电器中的模块化应用 某些专
5、用单片机设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机，看似简单的功能，微缩在纯电子芯片中（有别于磁带机的原理），就需要复杂的类似于计算机的原理。如：音乐信号以数字的形式存于存储器中（类似于ROM），由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号（类似于声卡）。 在大型电路中，这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏、错误率，也方便于更换。 （7）.单片机在汽车设备领域中的应用 单片机在汽车电子中的应用非常广泛，例如汽车中的发动机控制器，基于CAN总线的汽车发动机智能，GPS导航系统，制动系统等等。 此外，单片机在工商，金融，科研、教
6、育，国防航空航天等领域都有着十分广泛的用途。1课程设计的目的和要求1.1课程设计的目的运用单片机原理及其应用等课程知识,根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试,从而加深对本课程知识的理解, 把学过的比较零碎的知识系统化，比较系统的学习开发单片机应用系统的基本步骤和基本方法，使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等有一定的提高。1.2课程设计要求用8051单片机设计数据采集控制系统，基本要求如下：1、 可实现8路数据的采集，假设路信号均为0-5V的电压信号；2、 采集数据可通过数码管显示，显示格式为：通道号 电压值，如 .53、 可通过键盘设置采集方式；（单点采集、多路巡测、采集
7、时间间隔*）4、 具有异常数据声音报警功能：对第一路数据可设置正常数据的上限值和下限值，当采集的数据出现异常，发出报警信号。5、 可输出8路顺序控制信号，设每路顺序控制信号为一位，顺序控制的流程为：6、 可输出频率为1kHZ的方波，三角波，正弦波*。选做功能：1、 异常数据音乐报警2、 输出方波，三角波，正弦波频率可调2.总体设计2.1系统框图2.2设计原理数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。数据采集形同一般有数据输入通道，数据存储与管理，数据处
8、理，数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号转换工作。数据存储与管理要用数据存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到原始数据中，删除有关干扰噪声，无关信息和必要的信息，提取出反应被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者吧数据恢复成原来物理量的形式，以可输出的形态在输出设备上输出，例如打印，显示，绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。 本课程设计以单片机AT89C51芯片为控制核心和数据采集电路、LED数码管显示电路以及供电系统四大部分构成数据采集和功能显示。当有模拟
9、信号输入时，单片机控制A/D转换器，把要输入的模拟信号转换成相应的数字信号存入到单片机的内存中，再控制LCD显示驱动器把内存中的数字信号显示出来。通过键盘来改变LCD中显示的数据，把改变的数据通过控制D/A转换器输出成相应的模拟信号。3.硬件设计3.1芯片介绍（1）ADC0809芯片介绍ADC0809是为8位的、以逐次逼近原理进行模数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据锁存后的信号，只选通8路信号中的一个进行A/D转换。主要特性：1）8路8位AD转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s4）单个5V电源供电 5）模拟输入电压范围05V，不需零点和满刻
10、度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mW。 内部结构 ： ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式AD转换器，内部结构如图1322所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换、外部特性（引脚功能） ：ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图1323所示。下面说明各引脚功能。 IN0IN7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。ADDA ADDB ADDC:3位地址输入线，用于选通8路模拟输入的一路ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： AD转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC： AD转换
11、结束信号，输出，当AD转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当AD转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 AD转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到AD转换完成，EOC变为高电平，指示
12、AD转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平是，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上（2）MCS-51MCS-51系列单片机是美国Intel公司开发的8位单片机，又可以分为多个子系列。MCS-51系列单片机共有40条引脚，包括32条I/O接口引脚、4条控制引脚、2条电源引脚、2条时钟引脚。 引脚说明： P0.0P0.7：P0口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩展时的地址/数据复用口。 P1.0P1.7：P1口8位口线，通用I/O接口无第二功能。 P2.0P2.7：P2口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为存储器扩
13、展时传送高8位地址。 P3.0P3.7：P3口8位口线，第一功能作为通用I/O接口，第二功能作为为单片机的控制信号。ALE/ PROG：地址锁存允许/编程脉冲输入信号线（输出信号）PSEN：片外程序存储器开发信号引脚（输出信号）EA/Vpp：片外程序存储器使用信号引脚/编程电源输入引脚RST/VPD：复位/备用电源引脚（3）DAC0832芯片介绍：DAC0832是美国数据公司的8位D/A转化器，片内带数据锁存器，电流输出，输出电流稳定时间为1m，功耗为20mW，其引脚说明如下： D0D7：数据输入线，TTL电平 ILE：数据锁存允许控制信号线 CS：片选信号线，低电平有效 WR1：数据锁存器写
14、选通输入线，负脉冲有效 XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效 WR2：DAC寄存器写选通输入线，低电平有效 IOUT1：电流输出线，当DAC寄存器为全1时电流最大 IOUT2：电流输出线，其值与IOUT1之和为一常数Rfb：反馈信号输入线，调整Rfb端外接电阻值可以调整转换满量程精度Vcc：电源电压线，为5V15范围VREF：基准电压输入线，范围为：10V10VAGND：模拟地DGND：数字地（4）74LS13874LS138是一个3-8译码器，共16个引脚，其引脚说明如下： A、B、C：选择端即信号输入端 E1、E2、E3：使能端，其中E1、E2低电平有效，E3高电平有效 Y0Y7：
15、译码输出信号，始终只有一个为低电平 Vcc：电源端，5V GND：线路地（5）74LS273管脚功能：74LS73中文资料:是带有清除端的8D触发器，只有在清除端保持高电平时，才具有锁存功能，锁存控制端为11脚CLK，采用上升沿锁存。 CPU 的ALE信号必须经过反相器反相之后才能与74LS273的控制端CLK 端相连。1).1脚是复位CLR,低电平有效,当1脚是低电平时,输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)全部输出0,即全部复位;(2).当1脚为高电平时,11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存,当11脚有一个
16、上升沿,立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态,并且立即呈现在在输出脚2(Q0)、5(Q1)、6(Q2)、9(Q3)、12(Q4)、15(Q5)、16(Q6)、19(Q7)上.第一脚WR：主清除端，低电平触发，即当为低电平时，芯片被清除，输出全为0（低电平）；CP（CLK）：触发端，上升沿触发，即当CP从低到高电平时，D0D7的数据通过芯片，为0时将数据锁存，D0D7的数据不变（6）74LS24574LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的设备,用法很简单如上图,这里简单的给出一些资料，他是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输数据。74LS245还具有双向
17、三态功能，既可以输出，也可以输入数据。当8051单片机的P0口总线负载达到或超过P0最大负载能力时，必须接入74LS245等总线驱动器。当片选端/CE低电平有效时，DIR=“0”，信号由 B 向 A 传输；（接收）DIR=“1”，信号由 A 向 B 传输；（发送）当/CE为高电平时，A、B均为高阻态。(7)8255芯片说明：8255A是Intel公司生产的可编程输入输出接口芯片,它具有3个8位的并行I/O口,具有三种工作方式,可通过程序改变其功能,因而使用灵活,通用性强,可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。8255有三种基本工作方式，三种工作方式由工作方式控制字决定,方式控制字由C
18、PU通过输入/输出指令来提供.三个端口中PC口被分为两个部分,上半部分随PA口称为A组,下半部分随PB口称为B组.其中PA口可工作与方式0、1和2，而PB口只能工作在方式0和1。8255共有40个引脚,采用双列直插式封装,各引脚功能如下：D0-D7：三态双向数据线,与单片机数据总线连接,用来传送数据信息。CS：片选信号线，低电平有效，表示芯片被选中。RD：读出信号线，低电平有效，控制数据的读出。WR：写入信号线，低电平有效，控制数据的写入。Vcc：+5V电源。PA0-PA7：A口输入/输出线。PB0-PB7：B口输入/输出线。PC0-PC7：C口输入/输出线。RESET：复位信号线。A1、A0
19、：地址线，用来选择8255内部端口。GND：地线。 3.2相应的命令控制字格式其中定时/计数器工作方式控制字TMOD格式如下：TMOD 字节地址：89HD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0 T1方式字 T0方式字其中，M1、M0为方式选择，C/T为定时/计数选择，GATE为定时器/计数器工作方式选择中断允许寄存器IE格式如下：IE 字节地址：A8HD7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0EAESET1EX1ET0EX01FH ACHABH AAH A9H A8HEA为开中断标志 ES串口中断允许标志ET0/ET1：定时器/计数器T0/
20、T1中断允许标志位EX0/EX1：INT0/INT1中断允许位3.3硬件连接图 （详见附录一）4.软件设计 4.1程序框图图1.主程序流程图 图2.十六进制转化十进制 图3.报警子程序流程图子程序流程图 图4 显示子程序流程图 .图5.中断子程序流程图 图6.键盘扫描子程序流程图4.2程序清单（详见附录二）5.实验数据5.10通道数据分析表显示值测量值绝对误差相对误差0.50 0.50 0.00 0.00%1.00 0.92 0.08 8.00%1.50 1.42 0.08 5.33%2.00 1.88 0.12 6.00%2.50 2.35 0.15 6.00%3.00 2.80 0.20
21、6.67%3.50 3.28 0.22 6.29%4.00 3.72 0.28 7.00%4.50 4.21 0.29 6.44%5.00 4.68 0.32 6.40% 表 1 十进制转换误差分析表由表中数据可以得出，显示值与实际值的误差还比较大，通过采用查表法来转换十进制数将可以减小此次转换的误差。5.2程序运行图（详见附件三）6结束语 通过本次实验，基本上等于对我们做了一次系统的集中式培训，加深了我们对单片机知识的了解。在这次实验的软件编程上，我们运用到了ADC0809的A/D转换程序、DAC0832的D/A转换程序、键盘扫描的程序、十六进制与十进制转换的程序、中断程序及报警的相应程序设
22、计,在原有的基础上巩固了我们编写类似程序的能力。在硬件上运用到了MCS-51单片机、ADCA0809 A/D转换器、DAC0832 D/A转换器，8255定时器，LED数码管，LS138译码器等芯片，加深了我们对硬件电路的了解。虽然此次编写完成的程序精度不够高，误差偏大，但是我们已经掌握了改进的方法，比如用查表法来十进制转换就能大大提高精度，这里由于时间关系没能来的及改正，相信在以后的实习过程中，我们将能更好的运用各类方法来完成任务。7.参考文献1 徐爱卿，孙涵芳，盛焕鸣 单片机微型计算机应用和开发系统 背景航空航天大学出版社 1992年2 张毅刚，彭喜元，孟升卫，刘兆庆 MCS-51 单片机
23、使用子程序设计（第二版） 哈尔滨工业大学出版社 2003年3 陈建铎 单片机应用技术（第一版） 陕西科学技术出版社 1991年4 陈建铎 0809单片机原理及应用技术（第一版）电子工业出版社 1995年5 胡汉才 单片机原理及接口技术（第二版）清华大学出版社 2004年附录一：硬件图连接附录二：程序清单 ORG 0000H JMP START ORG 000BH LJMP INTO ORG 05A0HSTART: SETB EA SETB TR0 SETB ET0 MOV TMOD,#01H MOV TL0,#0F0HMOV TH0,#0D8H ;中断初始化SE11: MOV SP,#53H
24、;定义指针地址 MOV 7EH,#0CH MOV 7DH,#00H MOV 7CH,#00H MOV 7BH,#15H MOV 7AH,#10H MOV 79H,#10H ;显示缓冲区初值（放六个数码管的数据缓冲区） MOV 7FH,#00H MOV R5,#00H SETB P3.0 OUTBIT equ 0ffddh ;位控制口/键扫口 OUTSEG equ 0ffdch ;段控制口 IN equ 0ffdeh ;键盘读入口 LedBuf equ 60h ;显示缓冲LO18: CALL DIS ;显示 CALL SCANKEY ;键盘扫描 MOV DPTR,#0FFE0H ;0809地址为
25、0FFE0H，选择输入控制口为Y0 CJNE A,#20H,LO20 ;判断键盘是否有按键按下，没有则保存数据显示，有则跳至LO20LO19: MOV R5,7CH ;将通道号保存到R5 CALL DIS ;显示 MOV 7CH,R5 ;将通道号得值返回给缓存区7CH MOV A,R5 ;通道号得值给A MOVX DPTR,A ;0809的通道采样 MOVX A,DPTR ;取出采样值 CALL ALERM ;判断是否超出特定范围进行报警 MOV R0,#7AH ;定义R0的地址为#7AH，存放电压值 CALL PTDS ;采样值送显示缓冲区 SJMP LO18 ;循环 ;-键盘有按键按下时的
26、显示LO20: MOV 71H,A SUBB A,#07H ;判断按键值是否大于07，是则选择多路巡测，不是则单点采集 JC LO21 JMP LO22LO21: MOV A,71H ;进行单点采集 MOV 7CH,A ;将通道号的值存到7CH缓存区 MOVX DPTR,A ;0809的通道采样 CALL DIS ;显示 MOVX A,DPTR ;取出采样值 MOV R0,#7AH ;定义R0的地址为#7AH，存放电压值 CALL PTDS ;采样值送显示缓冲区 SJMP LO18 ;循环LO22: CALL DIS ;显示 MOV A,7FH ;R7内存放通道号 MOV DPTR,#0FFE
27、0H ;选择Y0输入控制 MOVX DPTR,A ;0809的0通道采样LO23:CALL DIS ;显示 MOVX A,DPTR ;取出采样值 CALL ALERM MOV R0,#7AH MOV 7CH,7FH ;通道号值存入7CH缓存区 MOV R6,7FH CALL PTDS ;采样值送显示缓冲区 CJNE R6,#07H,LO22 MOV 7FH,#00H MOV 7CH,7FH SJMP LO18 ;循环;-中断程序INTO: PUSH PSW PUSH ACC MOV TL0,#0F0H MOV TH0,#0D8H INC R6 CJNE R6,#64H,L01 ;延时1s MO
28、V R7,7FH INC R7 ;R7+1，即通道号自动加1 CJNE R7,#08H,L0 ;判断8路通道是否循环完成，完成则从0通道重新开始 MOV 7FH,#00H MOV R7,7FHL0: MOV 7FH,R7L01: POP ACC POP PSW RETI;-PTDS: MOV B,#51 ;A/255=x/5 DIV AB MOV R0,A ;将原十六进制数除以51，得到的商即为转换后十进制电压的整数位的值 DEC R0 ;地址减1，即到存放电压小数位地址 CLR A MOV R6,B MOV A,R6 MOV B,#5 DIV AB MOV R0,A ;将余数除以5得到电压小
29、数位的值 SUBB A,#0AH JNZ L1 ;判断小数位是否溢出，没有则子程序结束 INC R0 MOV R5,7AH MOV A,R5 INC A MOV R0,A ;溢出后返回整数位给整数值加1 DEC R0 MOV 79H,#00H ;小数位清零 MOV A,79HL1: RETDIS: PUSH DPH PUSH DPL ;压栈 SETB RS1 ;Rs0，Rs1表示R0R7分为四个区，默认为0007H的0区（00），2区为080F，3区为1017H，4区为181F（这里表示用10的三区） MOV R0,#7EH ;显示缓冲区 MOV R2,#20H ;从左边开始显示 MOV R3
30、,#00H MOV DPTR,#LS0 ;八段管显示码首地址LS2: CJNE R2,#02H,LS4 ; 判断是否到了第五个数码管显示位 MOV DPTR,#LS3 ;是则送点亮了小数点的八段管显示码首地址 SJMP LS5LS4: CJNE R2,#01H,LS5 ;不是则继续判断是否到了最后一个数码管显示位 MOV DPTR,#LS0 ;是则将八段管显示码首地址改为LS0LS5: MOV A,R0 ;R0内数据表示在所查表中的第几位 MOVC A,A+DPTR ;读取表中对应的数值 MOV R1,#0DCH ;段选，字形口地址 MOVX R1,A ;将A/D转换结果存于R1寄存器内 MO
31、V A,R2 ;位选（哪个数码管点亮） INC R1 ;字形口地址+1 MOVX R1,A ;位选值送到字形口LS1: DJNZ R3,LS1 ;延时 CLR C RRC A ;A右移一位，到下一位数码管显示 MOV R2,A ;位选地址存于R2 DEC R0 ;显示缓冲区地址减1 JNZ LS2 ;判断6位数据是否显示完，没有则跳到LS2继续循环 MOVX R0,A ;将位选地址存在R0内 DEC R0 ;R0-1 CPL A ;A按位取反 MOVX R0,A ;A的值存到R0内 CLR RS1 ;清空RS1 POP DPL POP DPH ;出栈 RETALERM: MOV 70H,A S
32、UBB A,#80H ;判断电压值是否大于2.5V JC ALERM1 ;大于报警，A08H时跳到ALERM1 CLR P3.0 ;亮灯报警ALERM1: JC ALERM2 ;再次判断电压值是否大于2.5V，大于则继续报警，小于则关闭报警灯 JMP ALARM3ALERM2: SETB P3.0ALARM3: MOV A,70H ;还原A内的值 RET;-扫描键盘SCANKEY: SETB RS1 MOV R2,#0FEH ;从最低列开始把列扫描初值存放在R2 MOV R3,#08H MOV R0,#00HLOOPS: MOV R1, #Low(OUTBIT) ;位控制口首地址送到R1 MO
33、V A,R2 ;扫描第一列 MOVX R1,A ;将其值送到R1 RL A ;A左移一位 MOV R2,A ;存放下一列的初始位 INC R1 ;位控制口地址+1 MOVX A,R1 ;列信息读出 CPL A ;A按位取反 ANL A,#0FH JNZ SACN ;屏蔽高四位，按位与，判断是否有键按下，按下则跳到SCAN输出按键值 INC R0 ;R0+1，列数加1 DJNZ R3,LOOPS ;R3-1后，判断8列数据是否扫描完成RETKEY3: MOV A,#20H ;如果没有按键按下则将A的内容赋值为20H TKEY3: MOV R2,A ;将A的值即按键值给R2 CLR A ;A清零 MOV R1,# Low(OUTBIT) ;位控制口首地址送到r1 MOVX R1,A ;位控制口内的内容清零 MOV A,R2 ;将按键值给A CLR RS1 RETSCAN: CPL A ;A按位取反，还原按键值 JB ACC.0,TKEY0