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1、1 6 8福建电脑2 0 0 8 年第1 1 期基于单片机多路数据采集系统刘焰(长江大学电子信息学院湖北荆州4 3 4 0 2 3)【摘要】：数据采集系统用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号该系统目的是便于对一些物理量进行监视、控制。本文介绍一种经济、实用的多道敖据采集系统：它以8 0 5 1 C P U 为棱心，配以0 8 0 9 A D 转换器件，使用四个-e&L E D数码管来进行显示。L E D 采用的是动态扫描显示。系统实现八道数据自动退回采集与显示，适用于非快速变化信号的多路检测。系统软件可在p r o t e u s 上仿真。【关键词】：8 0 5 1 单片机；A D C
2、 0 8 0 9；数据采集；p r o t e u sl、引言数据采集系统从严格的意义上来说。应该是用计算机控翩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。数据采集系统一般由数据输入通道数据存储与管理，数据处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等工作。数据存储与管理要用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的原始数据中。删除有关干扰噪声，无关信息和必要的信息提取出反映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
3、便于检索；或者把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。本次设计是在现场物理信号通过传感器转换为旺5 V 的基础上，由单片机进行远距离传输并还原为5 V 的电信号，通过L E D 显示。系统最多显示8 路数据。2、统硬件电路系统硬件电路如图1：A D C 0 8 1 Y)将5 V 模拟信号转换为0 0 卜F F 数字信号并传送给5 1 单片机然后由5 1 单片机进行数据存储及数据处理最终由L E D 显示器显示。完成对模拟信号的采集。图l：系统硬件电路苴甘C L o C K片机 D C明0 9A L
4、E|P图2：A D C 0 8 0 9 时钟接口电路(-分频电路)2 1A D C 0 8 0 9 与8 0 5 1 单片机的接口设计A D C 0 8 0 9 与单片机8 0 5 1 的硬件接口方式一般有：查询方式、中断方式和等待延时方式。本设计采用查询方式。由于A D C 0 8 0 9 芯片内部投有时钟脉冲源我选择利用单片机8 0 5 1提供的地址锁存控制输入信号A L K 经D 触发器二分频后作为A D C 0 8 0 9 的时钟输入。当C P U 访问外存储器时A U(的输出作为外部锁存地址的低字节的控制信号：当不访问外部存储器时。A L K 端以1 6 的时钟振荡频率固定地输出正脉
5、冲。又因A D C 0 8 0 9 的时钟频率有一定的范围1 0 1 2 8 0 k H z 故我取单片机的时钟频率为6 M H z 则A L K 端输出的频率为1 M H z,再经二分频后为5 0 0 k H z。符合A D C 0 8 0 9 对时钟的要求。分频电路图如图2 所示。由于A D C 0 8 0 9 内部设有地址锁存器所以通道地址由P 2口的低3 位直接与A D C 0 8 0 9 的A、B、C 相连。通道基本地址为0 0 0 0 H-0 0 0 7 H。模拟量直接A D C 0 8 0 9 的I N 0 一I N 7 输入。，数字量由A D C 0 8 0 9 的D O D
6、7 输出并直接接到单片机8 0 5 1 的I O 口的P OE l(P0 口作为输入E 1)。A D C 0 8 0 9 其他引脚如：S T A R T、O E、A L K ABC 等直接接到单片机的P 2 口(P 2 口作为输出E 1)最后A D C 0 8 0 9 的结束信号端口直接接到单片机P 3 7 口。2 2 数码管显示电路本设计选用3 个数码管显示数据连通道号共用4 个位数码管每次数据传输完调用延时程序使数据持续显示1 秒经过比较分析在设计中采用了共阳极动态显示模式并将数码管的段码端直接接到单片机输出端口P 1 口。而数码管的公共端我则接到了单片机输出端口P 3 口因为只有4 个数
7、码管我只用到了P 3 0 P 3 3。这时只要P O 口送出数字的显示代码数码管就能正常显示数字。3 系统软件的设计整个系统软件设计主要有三大块：加转换部分：显示数据的转换存储部分；数据的显示部分。系统采用模块化编程将各部分功能分别实现。整体的流程图如图3 所示。3 1A，D 转换程序流程图加转换过程：将8 路模拟量持续输入A D C 0 8 0 9模拟量输入端I N O-I N 7。首先将O E。S T A R T。A L E。A。B C 都置0，然后A L K 置l再清零进行转换通道地址图3：整体的流程图的锁存即选择转换通道打图4：M D 转换程序淹程图开。将S T A R T 置l 再清
8、零，发送一启动脉冲，即启动M D 转换，此时转换结束信号E O C 变为低电平。查看E O C 是否为高电平，为高电平则表示M D 转换完毕。等待M D 转换完毕后将输出允许信号输入端(O E)置高电平此时就可将转换的一路数据输入到单片机某一存储空间中。将O E 置低电平，即停止A D C 0 8 0 9 2 0 0 8 年第1 1 期福建电脑1 6 9数据输出。存储转换数据的地址+1。通道号+l。判断是否转换完8 路模拟量。是则全部清零从第1 条重新开始转换。否则继续转换下路模拟量。具体流程图如图4 所示：3 2 显示数据的转换存储从I N 0 矾7 输入的模拟量经A D C 0 8 0 9
9、 转换后的到的是一个二进制数我们无法知道实际电压是多少。于是需要我们转换成实际模拟电压值并显实出来便于记录。由于A D C 0 8 0 9 是8 位A D 转换转换成的二进制最大为1 1 1 1 1 1 1 1，又因A D C 0 8 0 9 的基准电压我设计的是5 V。可用如下公式表示模拟量与A D 转换后的二进制数的关系：梗缀量程拟量转按后的=进制藿史-_-一一_-一钾一l t l l l l l l将公式的右边换成十进制：覆损量=进察辩按后豹十进制数-5 y筮落在显示数据的转换存储模块部分中我主要的任务是将单片机读到的数据再次转换成模拟量的数值大小并将这个数值的整数值，小效值这三个十迸制
10、值存入相应存储地址中去。具体的编程思想：设定8 路模拟量转换成的二进制数存在7 0 H 7 7 H中，显示的数据存在7 8 H。7 A H 中。通道号存在7 B H 中。3 3 显示电路程序流程显示这部分主要也分两部分：整数部分的显示小数部分的显示，我设定的模拟电压输入值范围是：0 5 V。故数据显示整数部分只有：O、1、2 3 45 共6 个段代码，小数部分只有：O、l、2、3、4、5、6、7、8、9 共9 个段代码。具体的编程思想：1)设置扫描字扫描，目的是确定开哪个数码管工作。I 对l a l,b：F1 5 0 秒就会因为人眼的视觉残留效应，看到四位不同的数字稳定显示。4 仿真分析通过编
11、程调试可得结果如图5图5 仿真结果注：第一个数码管显示通道，后三个数码管显示数据。8 个 电压(v)Ot5 Ii 2 2 竹L 鼍t l量示t 辅L Ot 盟1“2 叠2 L 铒n l表1：模拟输入电压、数码管显示数据5 小结通过本次软硬件结合的方法实现了多路数据的采集系统的设计直到仿真成功。设计中所用的芯片、仪器、设备相对简单，成本较低从而为数据采集方面提供了一个有章可循方法。并且还可与上位机通信。将数据与上位机交换。2)设定段代码存储顺序：O、1、2 345 678、9 0、1、2、参考文献：3、4 5。1 徐爱均8 0 5 1 单片机实战教程，电子工业出版社。2 0 0 5 年3)判断哪
12、个数码管工作。以确定段代码地址。2 谭浩强，M C S 一5 1 单片机应用教程，清华大学出版社2 0 0 4 年4 j 确定后送段代码到该最码管显示数据。j 万光敏，单片机实验与实验教程(一)北京航空航天大学出版社2 0 0 31：型塑晷至呈委耋三磐。、讳翔4：沙占左，单片机外国电路设计，电子工业出版社2 0 0 3叟粪置要主!矍擎袭0 鬈!置皇挚孽翟：一、。一。：i 军蔓兰。享藤薹支；毒孬。i i 出i 社，舛年开每一个数码管工作都延时l M S 不断循环这样只要扫描”。(上接第1 7 3 页)协议转换先对来自上位机的数据解析。然后根据数据的命令头机之间的以太网通讯。设计中通过采用L P
13、C 2 2 1 4 芯片。克服了进行数据变换或进入E E P R O M 查找相应数据进而启动相应的原先使用8 位单片机处理器所带来的资源短缺和处理能力有限串口发送任务或m 设置任务。无中断发生，且环形队列为空时，等问题。软件上采用裁减所得的T C P I P 协议，不仅提高了数据信号量机制使得收发任务全部挂起。这时操作系统重新调度其的传输效率。也极大地简化了编程的复杂度。嵌入u C O S 操作系他任务运行。利用信号量机制，在操作系统的调度下通信的过统使系统的实时性极大提高。利用u C O S 操作系统提供的信号程具有最高的运行优先级，其他任务只有通信的空闲时间内运量机制实现通信任务的同步与
14、互斥。很好地保证了通信速率和行，从而数据的流速不会被其他任务影响，实验证明系统有较高数据的完整性。系统运行状况良好，工作稳定，软件上稍加改变图6 通信任务结构图4 总结本文所设计的串口网络转换器实现了多光端机同时与上位就可应用于其他串口设备上，具有广阔的应用前景。参考文献：1 用立功A&M 微控制嚣基硇与实战北京航空航天大学出版社2 0 0 32 王呈基于W i n d o w s 的T C P I P 墒程北京：清华大擘出版社2 0 0 03 用立功A R M 嵌入式系统软件开发实倒|匕京航空航天大学出版社2 0 0 44 J e a I L L a b r o s s e s 著。邵贝贝译
15、嵌入式实时操作系统u C O S 一北京航空航天大学出版社2 0 0 35。杜春雷A K M 体系结构与壕程北京清隼大学出版杜2 0 0 36 R J l 名0 1 9 A Sl 艮e a l t e kF I I l l-D u p l e xE t h e r n e tC o n t r o l l e rw i t hP l 嚷狮dP l 钾F u n c t i o nS p e c i f i c a t i o n 2 0 0 27 谢希仁计算机网络北京：电干工业出版社M 1 2 0 0 3 8 棚乃琦昊跃计算机操作系统北京：电子工业出版社1 9 9 9 9 严蔚敏教据结构北京清
16、率大学出版杜2 0 0 31 0 马忠梅。马广云徐英慧等A R M 嵌入式处理器蛄构与应用基础北京：|匕京航空航天大学出版社2 0 0 2 基于单片机多路数据采集系统基于单片机多路数据采集系统作者：刘焰作者单位：长江大学电子信息学院,湖北,荆州,434023刊名：福建电脑英文刊名：FUJIAN COMPUTER年，卷(期)：2008，24(11)被引用次数：0次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.徐爱均 8051单片机实践教程 20052.谭浩强 MCS-51单片机应用教程 20043.万光毅 单片机实验与实验教程(一)20034.沙占左 单片机外国电路设计 20035.康华先 电子技术基础
17、数字部分 2004 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 田亚娟 基于单片机的数据采集控制-甘肃科技纵横2004,33(4)以8051单片机为核心,采用并行8位0809ADC芯片作为A/D转换器,并用8255作为显示器接口芯片,组成了数据采集电路.本文通过用此电路对某液压系统进行温度检测,来论述基于单片机的数据采集控制.2.期刊论文 谢智波.万忠.XIE Zhi-bo.WAN Zhong 低成本数字式照度计的研制-浙江万里学院学报2005,18(4)从市场的实际需求出发,提出一款新颖的照度计技术指标.介绍了实现该技术指标的基于单片机控制的数字式照度计.给出了关键部分的电路图和流程图
18、.3.学位论文 贾华宇 超声波电动机双相实验电源的研究与设计 2004 该论文介绍了超声波电动机双相实验电源研究的背景和意义,分析了行波型超声波电动机的原理及其定子环结构,根据其等效电路提出了对实验电源的设计要求.论文对目前常见的几种超声波电动机驱动电源的设计方案进行了详细的分析,比较了各自的优缺点,在此基础上提出了该论文的设计方案.该论文的设计主要由控制电路和电源电路两大部分组成.控制电路以8051单片机为核心,控制频率及相位差的电路分别由两块高精度DA转换器MAX530构成,采用模数转换器ADC0809采集孤极电压的变化情况,以此测量电机的最佳工作点,并检测电机是否运行在最佳工作状态;通过
19、单片机内部的定时/计数器分别对频率和相位差进行计算.电源电路中DC-AC回路采用推挽逆变电路实现,驱动脉冲由UC3875提供,推挽电路的直流输入电压由Buck-Boost变换器提供,Buck-Boost电路根据输出端反馈信号的变化调节输出电压的大小,达到稳定输出电压的目的.实验证明该系统基本符合超声波电动机实验电源的各项要求,且具有如下特点:(1)首先在逆变电路的设计中,采用了UC3875芯片,使电路更加简单,易于控制.(2)该系统可对多种型号的超声波电动机的各项指标进行测试,完全符合电机测试电源的要求.(3)由于采用了高精度的DA转换器,系统在频率调节和相位调节等方面具有较高的精确度.(4)
20、构成系统的元件或芯片容易购买,且价格便宜,所以这套电路具有一定的市场前景.4.期刊论文 杨士荣.姚长达 多路数据采集系统-中国科技财富2008(4)数据采集系统用于将模拟信号转换为计算机可以识别的数字信号.该系统目的是便于对某些物理量进行监视.数据采集系统的好坏取决于他的精度和速度.设计时,应在保证精度的情况下尽可能的提高速度以满足实时采样、实时处理、实时控制的要求.在科学研究中应用该系统可以获得大量动态;是研究瞬间物理过程的重要手段;亦是获取科学奥秘的重要手段之一.本文采用新颖的方法完成设计,用到的集成芯片主要有8051单片机、ADC0809、DAC0832等.ADC0809主要作用是对八路
21、模拟信号进行选择采集,并将其转化为八位数字信号,再送至主控制器(8051单片机);采集完毕后,再由主控制器将信号传输到DAC0832的串行输入端,最后由DAC0832将数字信号转换为模拟信号并通过放大(LM324)与滤波电路输出.软件部分即为控制单片机的工作进程,程序由C语言完成并在MedWin开发软件中进行的调试与仿真.5.期刊论文 许建明 单片机控制的数字温度计-邵阳学院学报2002,1(2)根据8051的特点及A/D转换器的原理,实现温度测量的数字化和自动化.本文主要对由Intel公司8051、ADC0809组成的数字温度计硬件和软件进行探讨和研究,并列出了部分汇编源程序以供参考.6.会
22、议论文 颜则东.曹洲.敬辉.邵航 模数转换器辐射效应技术研究 1999 模数转换器(ADCs)在卫星电子系统上有广泛的应用，怎样实现ADCs辐射效应的全面测试是型号设计和加固技术验证评估所面临的一个问题。该文介绍了模数转换器电性能测试的一般方法和技术，并就针对ADC0809模数转换器研制成功的测试系统作了详细的介绍。测试系统采用上位机的控制方法，其核心部分是基于8051单片机的动态测试器，该动态测试根据上位机命令可完成ADC0809启动、模拟信号输入、转换数据采集、采样数据回送等功能。上位机测试系统软件采用Visual Basii语言编程，应用面向对象编程思想，实现了可靠的控制；界面设计采用W
23、indows界面易于使用操作。测试系统能对ADC0809进行辐照环境下的动态测试，可比较分析辐照前后ADC0809器件的传输特性曲线变化、微分、积分线性误差变化及数据处理分析。采用该测试系统完成了ADC0809器件的总剂量效应和高能质子损伤试验研究，获得了期望的实验数据。7.学位论文 宋雪萍 档案库房温湿度控制系统的研究 2003 该论文主要包括四部分的内容,一是各种外在的因素对档案库房的影响,如档案库房所处的地理位置,气候环境,以及档案馆的门窗设计,房屋建筑等;另外,介绍了温度和湿度的相互关系以及档案馆所要求的温湿度的合适的范围,1987年,国家档案局颁发了档案库房技术管理暂行规定规定中国档
24、案库房温湿度的适宜范围是:温度范围是14242,湿度范围为4560RH5.二是有关数据采集部分硬件设计和相应的软件实现,主要讲述了8051单片机与模数转换ADC0809和数模转换DAC0832之间的接口电路的连接,光电耦合电路的设计,驱动电路的实现以及单片机8051和PC机之间的串行异步通信;三是主要介绍了温度和湿度的模糊控制器的实现以及两者之间的交叉耦合的解耦方法,分别介绍了温度和湿度的模糊量化,模糊推理、模糊判决和模糊关系的确定以及最后的模糊控制查询表的生成.另外,介绍了PID控制器的算法和软件的实现问题;四是对模糊控制器和PID控制器进行了系统仿真,主要讲述了在simulink环境中,其
25、隶属函数的确立、控制规则表的制定、以及仿真模型的建立和与模糊控制器的连接.另外,对不同的比例因子和传递函数中不同的时间常数其仿真的结果的不同也进行了定性分析.8.会议论文 颜则东.曹洲.警辉.邵航 模数转换器辐射效应测试技术研究 1999 模数转换器(ADCs)在卫星电子系统上有广泛的应用，怎样实现ADCs辐射效应的全面测试，是型号设计和加固技术验证评估所面临的一个问题。该文介绍了模数转换器电性能测试的一般方法和技术，并就针对ADC0809模数转换测试系统作了详细的介绍。测试系统采用上、下位机的控制方法，其核心部分是基于8051单片机的动态测试器，该动态测试器根据上位机命令可完成ADC0809
26、启动、模拟信号输入、转换数据采集、采信数据回送等功能。上位机测试系统软件采用Visual Basic语言编程，应用面向对象编程思想，实现了可靠的控制。9.期刊论文 王莉莉.WANG Li-li 数据采集系统设计-南宁职业技术学院学报2009,14(3)介绍了以PC机为主机、单片机为从机的数据采集系统的工作原理和设计方法.新的数据采集系统主要由A/D转换器ADC0809、8051单片机、LED显示器和PC机组成.其中PC机控制单片机系统定时采集-路电压信号并在2个LED显示器上显示采集到的数据,同时PC机能够将采集到的电压数据绘成曲线并进行保存.10.期刊论文 罗炜.黄炎会 农村盗电报警系统设计-荆门职业技术学院学报2001,16(6)介绍了一种农村盗电报警系统,共分两个部分:一是系统的硬件部分,包括8051单片机,ADC0809,8279芯片,显示器四个主要部分;二是系统的软件部分,主要介绍系统程序流程图.本文链接：http:/