单片机 数据采集系统 实验报告
单片机数据采集系统实验报告
1、被测量温度范围：0-120℃，温度分辨率为0.5℃。
2、被测温度点：2个，每5秒测量一次。
3、显示器要求：通道号2位，温度4位（精度到小数点后一位）。显示方式为定点显示和轮流显示。
4、键盘要求：
（1）定点显示设定；（2）轮流显示设定；（3）其他功能键。
设计内容：
1、单片机及电源模块设计：
单片机可选用AT89S51及其兼容系列，电源模块可以选用7805等稳压组件，本机输入电压范围9-12v。
2、存储器设计：
扩展串行I2C存储器AT24C02。
要求：
AT24C02的SCK接P3.2
AT24C02的SDA接P3.4
2、传感器及信号转换电路：
温度传感器可以选用PTC热敏电阻，信号转换电路将PTC输出阻值转换为0-5V。
3、A/D转换器设计：
A/D选用ADC0832。
要求：
ADC0832的CS端接P3.5
ADC0832的DI端接P3.6
ADC0832的DO端接P3.7
ADC0832的CLK端接P2.1
4、显示器设计：
6位共阳极LED显示器，段选（a-h）由P0口控制，位选由
P2.2-P2.7控制。数码管由2N5401驱动。
5、键盘电路设计：
6个按键，P2.2-P2.7接6个按键，P3.4接公共端，采用动态扫描方式检测键盘。
6、系统软件设计：
系统初始化模块，键盘扫描模块，数据采集模块，标度变换模块、显示模块等。
设计报告要求：
设计报告应按以下格式书写：
（1）封面；
（2）设计任务书；
（3）目录；
（4）正文；
（5）参考文献。
其中正文应包含以下内容：
（1）系统总体功能及技术指标描述；
（2）各模块电路原理描述；
（3）系统各部分电路图及总体电路图（用PROTEL绘制）；（4）软件流程图及软件清单；
（5）设计总结及体会。
单片机实验报告
本科生实验报告 实验课程单片机原理及应用 学院名称核技术与自动化工程学院 专业名称电气工程及其自动化 学生姓名 学生学号 指导教师任家富 实验地点6C902 实验成绩 二〇一五年三月二〇一五年六月
单片机最小系统设计及应用 摘要 目前，单片机以其高可靠性，在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表等领域得到极其广泛的应用。因此对于在校的大学生熟练的掌握和使用单片机是具有深远的意义。通过本次课程设计掌握单片机硬件和软件方面的知识，更深入的了解单片机的实际应用，本次设计课程采用STC89C52单片机和ADC0804，LED显示，键盘，RS232等设计一个单片机开发板系统。进行了LED显示程序设计，键盘程序设计，RS232通信程序设计等。实现了单片机的各个程序的各个功能。对仿真软件keil的应用提升了一个新的高度。单片机体积小、成本低、使用方便，所以被广泛地应用于仪器仪表、现场数据的采集和控制。通过本实验的学习，可以让学生掌握单片机原理、接口技术及自动控制技术，并能设计一些小型的、综合性的控制系统，以达到真正对单片机应用的理解。 关键词：单片机；智能；最小系统；ADC；RS232；显示；STC89C52 第1章概述 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相比，单片机只缺少了I/O设备。单片机采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型计算机系统。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 它最早是被用在工业控制领域，由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对
单片机数据采集
单片机数据采集 数据采集是指通过各种传感器或仪器，将现实世界中的数据转化为计算机可识别的电信号，并进行采集、处理和存储的过程。单片机作为一种微型计算机，具有体积小、功耗低、成本低等特点，广泛应用于各种数据采集系统中。本文将重点介绍单片机数据采集的原理、方法和应用。 一、单片机数据采集原理 单片机数据采集的基本原理是通过外部传感器或仪器将物理量转化为电信号，并通过单片机的模数转换器（ADC）将模拟信号转化为数字信号，然后将数字信号输入到单片机的输入端口，最终由单片机进行处理和存储。 二、单片机数据采集方法 1. 传感器选择 在进行单片机数据采集之前，首先需要选择适合的传感器。常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等，选择传感器应根据具体的采集需求和测量对象来确定。 2. 信号调理电路设计 由于传感器输出的信号通常是微弱的，需要通过信号调理电路对信号进行放大、滤波和线性化处理，以提高信号的可靠性和精确度。 3. ADC模数转换
信号调理电路输出的模拟信号需要经过ADC模数转换才能被单片 机识别。ADC的精度和采样速率是决定数据采集质量的重要指标，应 根据实际需求进行选择。 4. 数据传输与存储 经过ADC转换后的数字信号可以通过串口、并口或无线模块等方 式传输到计算机或存储设备中。传输过程中要注意数据的完整性和稳 定性，可采用校验码和差错检测等方法进行数据校验。 三、单片机数据采集应用 单片机数据采集广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、 医疗仪器等。以下以环境监测为例，介绍单片机数据采集的应用过程。 1. 硬件设计 根据实际需求，选择适合的传感器、信号调理电路和单片机模块， 搭建数据采集系统。通常的设计流程包括电路原理图设计、PCB绘制 和电路板制作等步骤。 2. 软件开发 使用C语言或汇编语言编写嵌入式程序，实现单片机对传感器信号 的采集、处理和存储。需要根据具体的传感器和硬件连接方式编写相 应的驱动程序。 3. 数据采集与分析
单片机实验报告
单 片 机 实 验 报 告 班级：09050541 学号：0905054116 姓名：王昆鹏
实验1 P1口实验 一、实验目的： 1．学习P1口的使用方法。 2．学习延时子程序的编写和使用。 二、实验设备： CPU挂箱、8051CPU模块 三、实验内容： 1．P1口做输出口，接八只发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。 四、实验原理： P1口为准双向口，P1口的每一位都能独立地定义为输入位或输出位。作为输入位时，必须向锁存器相应位写入“1”，该位才能作为输入。 软件延时，如果用c编程时，通过使用keil的软件模拟,调试观察子函数(delay)延时时间。（具体延时可以自行设定） 使用汇编语言的软件延时，可以计算其指令的周期数，大概估算其软件延时。五、实验原理图： P1口输出、输入实验 六、实验步骤： 执行程序：P1.0～P1.7接发光二极管L1～L8。 七、程序框图： 循环点亮发光二极管（具体延时可以自行设定）
八、程序代码 NAME T1_1 ORG 0000H LJMP START ORG 0030H START: MOV A,#0FEH //将1111 1110赋给A LOOP: RL A //A循环左移 MOV P1,A //把A赋给端口P1 LCALL DELAY //延时0.16s JMP LOOP //循环 ;延时函数 DELAY: MOV R1,#200 DEL1: MOV R2,#200 DEL2: DJNZ R2,DEL2 DJNZ R1,DEL1 RET END
实验2 中断口实验 一、实验目的： 1．学习外部中断技术的基本使用方法。 2．学习中断处理程序的编程方法。 二、实验设备： CPU挂箱、8051CPU模块 三、实验内容： 通过设定两个中断使能和触发方式，并编写相应的中断服务子函数，改变led灯的变化情况。当按下KEYBOARD的按键时8个led都灭，当把k1向上拉再复位后，4个led亮，4个灭。 四、实验原理： 参考《单片机原理及接口技术》第三版，北京航空航天大学出版社。 五、实验步骤： P1.0～P1.7接发光二极管L1～L8。 将单片机上的INT0和KEYBOARD的P-相连接。 将单片机上的INT1和k1相连接，默认初始化时k1向下拉（远离led的一端）。 六、实验说明： 在编写相应的中断程序中，中断名字必须为IN0，IN1否则要对应的中断服务程序入口写，例如中断0的中断服务程序入口为0200h。 1.硬件安装说明 P1.0～P1.7接发光二极管L1～L8 将单片机上的INT0和KEYBOARD的P-相连接 将单片机上的INT1和k1相连接，默认初始化时k1向下拉（远离led的一端） 2.调试方法 初次使用时按下debug按钮后按下run，从新烧写时先按下复位，然后再按debug 最后按run 3，功能说明 当按下KEYBOARD的按键时8个led都灭，当把k1向上拉再复位后，4个led亮，4个灭。 七、程序代码 NAME T3 FLAG0 BIT 30H FLAG1 BIT 39H org 0000H LJMP START
单片机实验报告
机电一体化微机开发实验 实验报告 姓名：岳学智 组号：第2组 学号：1007121503 指导教师：杨振江 实验时间：
目录 前言 (3) 一、实验介绍 (3) 1.1 单片机介绍 (3) 1.2 Keil C介绍 (3) 1.3 STC-ISP (4) 1.4 字模软件 (4) 二、实验内容 (5) 2.1 流水灯 (5) 2.2 动态数码管显示实验 (6) 2.3 A/D和D/A转换实验 (7) 2.4 串口通信实验 (9) 2.5 16X16点阵屏显示实验 (10) 三我的实验部分 (11) 3.1 实验电路介绍 (11) 3.2 定时器工作原理、相关寄存器设置以及中断控制 (12) 3.3 基本原理 (15) 3.4 程序及其解释 (17) 3.5 实验目的 (17) 3.6 实验步骤 (17) 3.7 实验结果 (17) 四、实验总结 (18)
前言 实验内容: 1．熟悉系统及流水灯实验。 2．多位动态数码管显示实验。 3．数据采集（A/D、D/A）实验。 4．数据通信实验（PC与单片机、单片机与单片机）。 5．秒信号（定时器）显示实验。 6．动态显示汉字或图形点阵实验。 实验器材： PC计算机、51系列单片机STC89C54RD+、串口调试工具，Keil C、单片机编程软件STC-ISP、XD_V2.0实验板、XD_V4.5实验板、万用表和简单的字模产生软件等。 实验目的： ⑴以实验板平台上系统为基础学习编程、烧写、调试以及相关硬件的知识； ⑵了解和掌握51系列单片机的使用和开发过程，使具备基本的C语言编程能力，为以后的学习、工作中的研究打下良好基础。 (3) 了解单片机工控系统，为在实践中应用单片机实现复杂控制做好基础。 一、实验介绍 1.1 单片机介绍 在一片集成电路芯片上集成微处理器、存储器、I/O接口电路，从而构成了单芯片微型计算机，即单片机。Intel公司推出了MCS-51系列单片机：集成8位CPU、4K字节ROM、128字节RAM、4个8位并口、1个全双工串行口、2个16位定时/计数器。寻址范围64K，并有控制功能较强的布尔处理器。 他的用途为： 工业自动化：数据采集、测控技术。 智能仪器仪表：数字示波器、数字信号源、数字万用表、感应电流表等。 消费类电子产品：洗衣机、电冰箱、空调机、电视机、微波炉、手机、IC 卡、汽车电子设备等。 通讯方面：调制解调器、程控交换技术、手机、小灵通等。 武器装备：飞机、军舰、坦克、导弹、航天飞机、鱼雷制导、智能武器等。…… 1.2 Keil C介绍 本实验要求在Keil u Vision2集成开发环境下进行C程序的编写、调试。Keil
单片机数据采集控制系统设计报告
单片机数据采集控制系统设计报告 前言 单片机的应用介绍 （1）在智能仪器仪表中的应用：在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 （2）在机电一体化中的应用：机电一体化产品是指集机械、微电子技术、计算机技术于一本，具有智能化特征的电子产品。 （3）在实时过程控制中的应用：用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 （4）在人类生活中的应用：目前国外各种家用电器已普通采用单片机代替传统的控制电路。 （5）在其它方面的应用：单片机除以上各方面的应用，它还广泛应用于办公自动化领域、商业营销领域、汽车及通信、计算机外部设备、模糊控制等各领域中。 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８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[0 1] 4.5 （3）可通过键盘设置采集方式；（单点采集、多路巡测、采集时间间隔*） （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。
数据采集系统实验报告报告
任务要求 1．4路模拟量输入，输入电压范围0~5V，分辨率8位，转换时间100us，具有显示（数码管）测量结果（用10进制显示直流电压值或交流电压峰值）的功能； 2．1路模拟量输出，用来分别重现4路被采信号的波形（供示波器观测） 摘要 本数据采集系统是基于单片机A T89C51来完成的，4路的模拟电压通过通用的8位A/D 转换器ADC0809转换成数字信号后，由单片机进行数据处理，并将处理后的数据送LED 显示器显示。再经过常用的8位D/A转换器DAC0832将数字数据转换成模拟量，供示波器观测。 一、系统的方案选择和论证 根据题目基本要求，可将其划为如下几个部分： ●4路模拟信号A/D转换 ●单片机数据处理 ●LED显示测量结果 ●D/A转换模拟量输出 系统框图如图1所示： 图 1 单片机数据采集系统框图 1、4路模拟信号A/D转换 由于被测电压范围为0~5V，分辨率为8位，转换时间为100us，所以A/D转换部分，本系统选择常用的8路8位逐次逼近式A/D转换器ADC0809。 ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START：A／D转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC：A／D转换结束信号，输出，当A／D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A／D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A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D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输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 2、单片机数据处理 选择美国ATMEL公司的CMOS8位单片机AT89C51，其工作电压为2.7~6V，具有低电压低功耗性能和高性价比，兼容标准MCS-51指令系统，4Kbytes的PEROM和128bytes的RAM，片内置通用的8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。 AT89C51是一种带有4 KB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，可为很多嵌入式控制系统提供灵活且价廉的方案。所以，本设计采用ATMEL公司的AT89C51作为程序的主控芯片。 AT89C51数据总线是由P0口提供的，P0口本身能以多种方式提供数据总线和地址总线。当ALE输出信号为高电平时，P0将输出的数据锁入总线驱动器中作为地址的低8位，然后和P2送出来的高8位地址一起组成一个完整的16位地址，以寻址到外部的64KB的地址空间。A T89C51的地址总线比较简单(只有3个：RD、WR、PSEN)，其中RD是用来读取外部数据内存的控制线，WR是用来写数据到外部数据内存的控制线，PSEN是用来存取外部程序内存的读取控制线。 3、LED显示测量结果 这里选择的是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的数码管显示驱动及键盘扫描管
基于单片机的温度数据采集系统实验报告
基于单片机的温度数据采集系统实验报告 班级：电技10—1班 姓名：田波平 学号：1012020108 指导老师：仲老师
题目：基于单片机的温度数据采集系统 一．设计要求 1．被测量温度范围：0~120℃，温度分辨率为0.5℃。 2．被测温度点：2个，每5秒测量一次。 3．显示器要求：通道号2位，温度4位（精度到小数点后一位）。 显示方式为定点显示和轮流显示。 4．键盘要求： （1）定点显示设定；（2）轮流显示设定；（3）其他功能键。 二．设计内容 1．单片机及电源模块设计 单片机可选用AT89S51及其兼容系列，电源模块可以选用7805等稳压组件，本机输入电压范围9-12v。 2．存储器设计 扩展串行I2C存储器AT24C02。 要求： AT24C02的SCK接P3.2 AT24C02的SDA接P3.4 2．传感器及信号转换电路 温度传感器可以选用PTC热敏电阻，信号转换电路将PTC输出阻值转换为0-5V。 3．A/D转换器设计 A/D选用ADC0832。 要求： ADC0832的CS端接P3.5 ADC0832的DI端接P3.6 ADC0832的DO端接P3.7 ADC0832的CLK端接P2.1 4．显示器设计。 6位共阳极LED显示器，段选（a-h）由P0口控制，位选由P2.2-P2.7控制。数码管由2N5401驱动。 5．键盘电路设计。 6个按键，P2.2-P2.7接6个按键，P3.4接公共端，采用动态扫描方式检测键盘。 6．系统软件设计。 系统初始化模块，键盘扫描模块，数据采集模块，标度变换模块、显示模块等。 三．设计报告要求 设计报告应按以下格式书写： （1）封面； （2）设计任务书； （3）目录； （4）正文；
基于51单片机的数据信号采集实验报告
摘要 本文完成了基于51系列单片机的数据采集系统的硬件研发及相应的软件设计，对系统的主要性能指标进行了测试研究。 系统的硬件研究内容主要包括：单片机型号、通讯方式、系统电源的选择，设计系统原理图、PCB板图，制作PCB板。选择C8051F350单片机作为系统控制核心，芯片自带A/D转换模块，有增益放大功能。通讯方式选择RS-485通讯，可以有较远的传输距离，又能保证高的通讯速率。系统电源选用5V直流电源，局部电路采用稳压芯片转换供电。系统原理图和PCB板图的设计是在Altium Designer中完成。原理图设计时要保证电源信号的稳定性，消弱外界信号波动的影响；PCB板图设计时要保证元器件的布局及布线的合理，降低各元器件及电路之间的相互干扰。软件的设计内容主要包括：编译器的选择、流程图设计及相关程序的开发。 主要研究了数据采集系统的A/D转换速率和A/D转换精度。首先测试分析系统的A/D转换速率，确定最高转换速率值，讨论实际转换速率与理论值之间的关系。再者研究探讨A/D转换的精度，由于A/D转换精度与转换速率之间存在紧密的联系，第一步主要研究不同速率下的实际转换精度；由于随机误差对系统测试精度的影响，第二步主要研究在求均值的方式下系统A/D转换精度；由于系统误差对A/D转换精度的影响，第三步主要研究误差补偿后A/D转换精度。 关键词：数据采集；C8051F350；通讯方式；A/D精度
5.2 A/D 转换精度的测试研究 本实验系统对精度的测试研究需要有稳定的的电压信号源，由于直接使用电池产生的信号稳定性不好，波动较大，所以使用稳压芯片产生稳定的直流电压信号输入到模拟信号采集端。采用5V 直流电源给系统供电。数据采集模块中核心处理器C8051F350芯片的内置AD 最高允许输入的电压值为2.5V 左右。为了安全起见，实验时最高输入电压信号限定在2V 左右。 连接好的实验系统如图5.3所示，实验时具体操作步骤如下：先将程序下载器、接口转换器（USB 转RS -485）、5V 直流电源模块、稳压模拟信号输入接口等连接完成。然后将测试程序烧入单片机，断开下载器，用KEITHLEY 公司的Model 2000 Multimeter （精度为0.010mV ）测量参考基准电压值，随后测量模拟信号通道引脚的电压值，通过串口监控器记录数据。 图5.3 精度测试时系统连接图 由于C8051F350芯片内置AD 为24位精度，因此模数转换的公式为： K G A N U U U D -? -=)12( (5.2) 式中 D ——模数转换得到的数字量 U A ——模拟通道输入电压
单片机课程设计实验报告
单片机课程设计实验报告 单片机课程设计实验报告 引言 单片机是嵌入式系统中常见的一种计算机芯片，具有体积小、功耗低、成本低等优势。本次实验旨在通过单片机的应用设计，加深对单片机原理和应用的理解，并提升解决问题的能力。 实验目的 本次实验的目的是设计一个简单的温度监测系统，通过单片机采集温度传感器的数据，并将数据显示在液晶显示屏上。通过这个实验，我们可以掌握单片机的基本编程和电路连接方法，同时加深对温度传感器的原理和应用的理解。实验原理 1. 单片机基本原理 单片机是一种集成电路，内部包含了CPU、内存、输入输出端口等功能模块。通过编程，可以控制这些功能模块的工作，实现各种应用。 2. 温度传感器原理 温度传感器是一种能够感知环境温度变化的器件，常见的有热敏电阻、热电偶等。本次实验使用的是热敏电阻，其电阻值随温度的变化而变化。 实验材料 1. 单片机开发板 2. 温度传感器 3. 液晶显示屏 4. 连接线等
实验步骤 1. 连接电路 将单片机开发板与温度传感器、液晶显示屏连接起来，确保电路连接正确无误。 2. 编写程序 使用C语言编写单片机的程序，实现温度传感器数据的采集和液晶显示屏的显示。程序的基本思路是通过单片机的模拟输入端口读取温度传感器的电阻值， 然后将电阻值转换为温度值，并将温度值显示在液晶显示屏上。 3. 烧录程序 将编写好的程序烧录到单片机开发板上，确保程序能够正常运行。 4. 实验测试 将温度传感器放置在不同的环境中，观察液晶显示屏上的温度数值是否能够准 确显示，并记录实验结果。 实验结果与分析 经过实验测试，我们发现温度传感器能够准确地采集环境温度，并将温度数值 显示在液晶显示屏上。通过对比实际温度和显示温度的差异，我们可以评估温 度传感器的准确性和精度。 实验总结 通过本次实验，我们深入了解了单片机的基本原理和应用，掌握了单片机的编 程方法和电路连接方法。同时，我们也加深了对温度传感器的原理和应用的理解。这些知识和技能对于今后的学习和工作都具有重要意义。 实验中我们也遇到了一些问题，比如电路连接错误、程序编写错误等。通过分 析问题的原因和解决方法，我们不断改进实验方案，最终取得了满意的实验结
数据采集存储系统实验报告
数据采集存储系统 陈俣兵任加勒蔡露薇 摘要：本系统以C8051F360单片机最小系统为核心，结合FPGA及高速A/D数据采集模块，可靠地实现对一路外部信号进行采集、存储及FFT频谱分析。系统硬件可以分为模拟部分和数字部分。模拟电路主要包括信号调理电路、锁相环模块及A/D模块、D/A模块。调理电路主要调节信号的幅度及直流偏置，以满足A/D对输入信号1~2V的幅度要求。锁相环模块为A/D模块提供时钟信号，以实现对输入信号的整周期采样，防止频谱泄露。数字部分主要由FPGA实现，用于数据的存储、传输等。本系统对锁相环的使用实现了采样频率对输入信号的跟踪，大大增加了输入信号频率变化范围。测试显示本系统谐波分量测量误差小于1%，系统稳定可靠。 关键字：FFT C8051F360 FPGA 锁相环 一、方案选择与论证 1.系统整体方案比较与选择 方案一：采用扫频外差法。将输入信号和扫频本振产生的信号混频，使变频后信号不断移入窄带滤波器，进而逐个选出被测频谱分量。这种方法的优点是扫频范围大，但对硬件电路要求较高，分辨率不高，难以满足题目要求。 方案二：采用单片机来实现。采用单片机系统控制AD转换器将交流电压电流信号存入缓冲区后，由CPU进行频谱分析以及功率计算。此方案可以使控制模块的设计较为简单。但是，频谱分析的计算（如FFT）具有数据量大，乘法运算居多的特点。此弊端只能通过减少采样点数或外扩运算芯片来解决，前者会降低测量精度，而后者会增加外围硬件设计的复杂程度。 方案三：C8051F360单片机结合FPGA及锁相环模块实现。利用锁相环模块对输入信号频率进行跟踪，能够实现对信号每个周期采集相同点的数据，保证了单片机进行频谱分析（FFT运算）时，数据的正确性。利用FPGA设计两个双口RAM，一个用于存储采集的外部信号数据，另一个用于存储单片机进行FFT运算过程中的大量数据。此方案硬件电路十分简单，且能够按需求方便地改变采集的数据量大小，提高运算结果的精度。且FPGA的高精度晶振能保证AD均匀采样，为计算精度提供保障。 综上所述，本设计选用方案三。系统原理框图见图1-1； C8051F360单片机Cyclone II FPGA 高速ADC信号调理 LCD模块 键盘模块 模拟 信号 锁相环 模块 时钟信号 高速DAC信号调理信号 回放图1-1-1 系统原理框图
单片机实验数据采集_AD转换
单片机实验报告 姓名： XX 班级： XXXXX 学号： XXXXXXX 专业：电气工程与自动化
实验1 名称：数据采集_A/D转换 一、实验目的 ⑴掌握A/D转换与单片机接口的方法； ⑵了解A/D芯片0809 转换性能及编程方法； ⑶通过实验了解单片机如何进行数据采集。 二、实验设备 装有proteus和keil软件的电脑一台 三、实验说明及实验原理： A/D 转换器大致分有三类：一是双积分A/D 转换器，优点是精度高，抗干扰性好，价格便宜，但速度慢；二是逐次逼近式A/D转换器，精度、速度、价格适中；三是并联比较型A/D转换器，速度快，价格也昂贵。实验用ADC0809属第二类，是8位A/D转换器。每采集一次一般需100μs。由于ADC0809A/D 转换器转换结束后会自动产生EOC 信号（高电平有效），取反后将其与8031 的INT0 相连，可以用中断方式读取A/D转换结果。ADC0809 是带有8 位A/D转换器、8 路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口。 (1) ADC0809 的内部逻辑结构 由图1.1 可知，ADC0809 由一个8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D 转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8 个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用A/D 转换器进行转换。三态输出锁器用于锁A/D 转换完的数字量，当OE 端为高电平时， 才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 (2) ADC0809 引脚结构 ADC0809各脚功能如下： D7 ~ D0：8 位数字量输出引脚。IN0 ~ IN7：8位模拟量输入引脚。 VCC：+5V工作电压。GND：地。 REF（+）：参考电压正端。REF（-）：参考电压负端。 START：A/D转换启动信号输入端。 ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）. EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。 A、B、C：地址输入线。 (3) ADC0809 对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是0－5V，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。地址输入和控制线：4 条ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE 线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C 三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B 和C为地址输入线，用于选通IN0－IN7 上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。 C B A 选择模拟通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5
MCS单片机数据采集与显示系统
数据采集与显示系统设计 说明与要求 一、本题目模拟一个数据采集和处理系统。设原始信号为一个压力信号（压力范围为：0～ 100kg），现在经过一定的模拟调理电路变为0～5V电压信号（该信号采用实验箱上的电位器模拟产生）。现需要编程完成以下功能： 二、用实验箱上的分压电阻VR2或VR1，模拟测试信号。信号电压的变化范围：0~5V。用 手动调节分压值，来模拟信号的变化。 三、设计流程： 数码管显示(16进制数值) 电位器输出→ ADC0809采集→数字量(二进制) →十进制→ 数码管显示 考虑键盘编程的完整设计任务： a. 参考硬件：A\D转换模块，键盘接口8279及数码管显示模块。 b. 设计要求：原始信号为一个压力信号（压力范围为：0～100kg），经过信号调理电路后输出给定可调直流电压为0~5V，经过A\D 转换后，通过键盘控制在实验板的数码管上显示该压力信号的大小（十进制）。程序设计时，要加入数字滤波程序：即采集多个数据（可为18个，要求存放于外部的RAM中，从4100H开始存放），剔除最大值和最小值后剩下的数据求平均值。假定：信号值在0~1V（0~20kg）时，对象处于过低的非正常工作状态。信号值在1~4V（20~80kg）时，对象处于正常工作状态。信号值在4~5V（80~100kg）时，对象处于过高的非正常工作状态。（用实验箱左下脚发光二极管分别表示）。 c. 具体的要求如下： 1．程序全速运行后，数码管显示“P”字样，表示程序准备就绪。 2．按下实验板上的“0”键，数码管实时显示采样的电压值大小（小数点后两位），采样的时间自定。例如：如果可调的压力信号是24．6kg，在数码管上应该显示24 . 6G。3．按下实验板上的“1”键，程序暂停并冻结显示的压力值。 4．如果再按下“0”键重新实时显示电压值。 5．按下其他的键，显示“e r r o r”。 6．撰写实验报告（打印） 四、实验报告包括的内容： 1、实验报告的格式和要求：参见范本。 2、实验报告的内容：实验目的和要求；实验原理（框）图；程序流程图（包括主程序和
数据采集实习报告
重庆科技学院 学生实习（实训）总结报告 学院:____电气与信息工程学院___专业班级:_电自普1103 学生姓名:_____ ___ _______学号:__ 实习(实训)地点:____________ I512 ____________ __ 报告题目:_____________单片机数据采集系统__________ 报告日期： 2013 年 1 月 10 日 指导教师评语: ____________ ___________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________________________________________ __________________________ _____ 成绩（五级记分制）:______ _______ 指导教师（签字）:_____________________
一、实习目的意义和任务 (1) 1.1 实习目的意义 (2) 1.2 任务 (3) 二.实习任务的方案 (4) 三、系统硬件设计 (5) 3.1 单片机的最小系统设计 (6) 3.2 显示电路设计 (7) 3.3按键电路设计 (8) 3.4报警LED灯电路设计 (9) 3.5 电源电路设计 (10) 3.6 下载电路设计 (11) 3.7 蜂鸣器报警电路设计 (12) 3.8pcf8591模数转换电路设计 (13) 四、系统软件设计 (14) 4.1 主程序设计 (15) 4.2 定时器中断函数子程序设计 (16) 4.3显示更新函数子程序设计 (17) 4.4蜂鸣器报警子程序设计 (18) 4.5 LED报警灯子程序设计 (19) 4.6延时函数子程序设计 (20) 4.7 pcf8591芯片启动函数子程序设计 (21) 4.8报警上下限设定函数子程序设计 (22) 五、调试及性能分析 (24) 5.1 调试步骤 (24) 5.2 性能分析 (24) 六、心得体会 (24) 参考文献 (25) 附录 1 系统硬件电路图 (26) 附录 2 程序清单 (27)
51单片机数据采集系统
课程设计报告书 设计任务书 一、设计任务 1一秒钟采集一次。 2把INO口采集的电压值放入30H单元中。 3做出原理图。 4画出流程图并写出所要运行的程序。 二、设计方案及工作原理 方案： 1. 采用8051和ADC0809构成一个8通道数据采集系统。 2. 能够顺序采集各个通道的信号。
3. 采集信号的动态范围：0～5V。 4. 每个通道的采样速率：100 SPS。 5．在面包板上完成电路，将采样数据送入单片机20h～27h存储单元。 6．编写相应的单片机采集程序，到达规定的性能。 工作原理： 通过一个A/D转换器循环采样模拟电压，每隔一定时间去采样一次，一次按顺序采样信号。A/D转换器芯片AD0809将采样到的模拟信号转换为数字信号，转换完成后，CPU读取数据转换结果，并将结果送入外设即CRT/LED显示，显示电压路数和数据值。 目录 第一章系统设计要求和解决方案 第二章硬件系统 第三章软件系统 第四章实现的功能 第五章缺点及可能的解决方法 第六章心得体会
附录一参考文献 附录二硬件原理图 附录三程序流程图 第一章系统设计要求和解决方案 根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分： ●信号调理电路 ●8路模拟信号的产生与A/D转换器 ●发送端的数据采集与传输控制器 ●人机通道的接口电路 ●数据传输接口电路 数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。系统框图如图1-1所示
1.1 信号采集分析 被测电压为0～5V 直流电压，可通过电位器调节产生。 1.1.1 信号采集 多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的结构形式。 数据采集方式选择程序控制数据采集。 程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。，据不同的采集需要，在程序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编新的程序，以满足不同采样任务的要求。如图1-3所示。 程序控制数据采集的采样通 道地址可随意选择，控制多路传 输门开启的通道地址码由存储器 中读出的指令确定。即改变存储 器中的指令内容便可改变通道地 址。 由于顺序控制数据采集方式 缺乏通用性和灵活性，所以本设 计中选用程序控制数据采集方 式。 采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回检测的方式，即一种数据采集的方式。利用多路开关（MUX ）让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。当采集高速信号时，A/D 转换器前端还需加采样/保持(S/H)电路。 待测量一般不能直接被转换成数字量，通常要进行放大、特性补偿、滤波等环节的预处理。被测信号往往因为幅值较小，而且可能还含有多余的高频分量等原因，不能直接送给A/D 转换器，需对其进行必要的处理，即信号调理。如对信号进行放大、衰减、滤波等。 通常希望输入到A/D 转换器的信号能接近A/D 转换器的满量程以保证转换精度，因此在直流电流电源输出端与A/D 转换器之间应接入放大器以满足要求。 本题要求中的被测量为0～5V 直流信号，由于输出电压比较大，满足A/D 转换输入的要求，故可省去放大器，而将电源输出直接连接至A/D 转换器输入端。 多路数据采集输入通道的结构图1-4所示。 图1-3 程序控制数据采集原理 图1-1 一般系统框图
STC单片机实验报告
接口实验报告 题目：基于单片机的电压采集系统设计院（系）：电子工程与自动化学院 专业：仪器仪表工程 学生姓名：王明飞 学号： 指导老师：李智 职称：教授 2011年7月10日
2 一实验目的 本实验的功能是利用单片机控制AD7862实现模拟的电压的采集，同时利用串口与PC 机进行通信对数据进行处理并显示结果。 通过应用Altium Designer 6软件掌握电路板的原理图绘制及PCB板的生成，通过Keil uVision2软件编写并调试单片机的下位机程序，利用Microsoft Visual C++ 6.0编写上位机界面以显示数据处理结果。 二电路的硬件电路设计 1、原理框图 实验原理结构框图如图1。首先模拟电压信号经过AD7862进行模数转换，单片机按AD7862的时序读取转换结果，然后转换结果送入数据缓冲区通过串口线传送送到PC机，在PC机对接受到的数据进行处理，最终电压数值可以在上位机界面上显示。 图1 系统设计原理结构框图 2、AD7862简介 AD7862是AD公司推出的12位AD转换芯片，具有以下主要特点： a)4通道模拟输入，2路同时转换； b)4µs转换时间，250ksps采样速率； C)选择模拟量输入范围：±1OV(AD7862—10)； d)高速12位并行总线输出； e)内部提供+2.5V参考电压或者由外部提供参考电压： f)单一电源+5V 图2 AD7862的引脚图 2
桂林电子科技大学 论文（报告）用纸 图3 AD7862采样读取典型工作时序 图3是其典型的转换时序图。AD7862通过多路选择控制信号A0可以对输入模拟通道进行选择。当A0=0时，AD7862将对A组两路信号VA1 、VA2同时进行模数转换；当A0=1时，对B组两路信号VB1、VB2同时转换。结合CS和RD信号，AD7862可以有不同的输入和读取模式。在C0NVST 下降沿脉冲下，跟踪／保持器同时保持两路输入信号，并且开始对2路信号同时进行模数转换，这时，BUSY脚电平抬高表示正在进行转换。在经历4µs以后，转换完成，BUSY脚电平变低，数据存放在输出锁存器中。在CS信号选通条件下，向RD引脚提供连续脉冲，就可以访问转换结果。根据信号A0是低或高电平，模数转换后，第一个读脉冲将读取转换结果VAl或VB1，第二个读操作将读取转换结果VA2或VB2 。数据结果将通过12位数据总线一次读出。AD7862可以使用内部或外部参考电压。在参考电压VREF端用0.1uf钽电容接至模拟信号地AGND端，AD7862 内部将产生+2.5V的参考电压, 模拟量输入范围：±1OV。 3、INA129简介 1) INA129是TI公司推出的仪器放大器芯片，通过改变1端与8端之间的电阻值来改变放大器的增益，具有以下主要特点： a)低偏置电压最大50μV b)低温度漂移 c)低输入偏置电流最大5nA d)高共模抵制CMR 最小120dB e)输入保护至±40V f)宽电源电压范围±2.25 至±18V 2) 方框图如下
51单片机温度采集系统设计需要说明的问题以及设计的心得体会
51单片机温度采集系统设计需要说明的问题以及设计的心得体会 篇一：单片机温度采集系统设计 摘要：本设计为基于单片机8 05l设计的实时温度采集仪。采用一个以单片机为核心的重小系统。访问系统有：单片机．显示器，键盘、串口通讯、模拟开关、A／D转换器等以及整个系统中所要需要的电源组成的一个系统，对于超过此限的温度数据将产生报警信号。 关键词：单片机温度采集 A／D转换器 引言： 近年来，随着大规模集成电路的发展，单片机继续朝快速，高性能方向发展，从位、8位单片机发展到16位，32位单片机。单片机主要用于控制，它的应用领域遍及各行各业，大到航天飞机，小至日常生活中的冰箱、彩电，单片机都可以大显其能。单片机在家用电器业中应用得十分广泛：例如全自动冼衣机、智能玩具；除了上述传统领域外，汽车、电子工业在国外也是单片机应用十分广泛的一个领域。它成本低、集成度高j功耗低、控制功能多、能灵活的组装成各种智能控制装置，由它构成的智能仪表解决了长期以来测量仪器中的误差的修正、线性处理等问题。 本文设计的就是利用805l单片机进行管理和控制的，具有能采集并显示温度，对于超出范围的温度发出蜂鸣声警
报的温度采集系统。 1 系统设计 采用Intel公司生产的805l单片机作为主控制器进行对采集到的信号处理再输送给八段数码显示。Intel公司生产的8051是一个低功耗，字长为8位的单片微型计算机，由中央处理器、片内128B RAM、片内4KBROM、两个16位的定时计数器、四个8位的I／O口(P 0、P l、P 2、P 3)、一个全双工的串行口、五个中断源以及时钟等组成。它具有体积小，重量轻，抗干扰能力强，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好。 本设计是以单片机为核心的最小温度采集系统。它主要是采用热敏传感器采集温度并进行信号处理。再经过A／D 转换电路转换成数字信号后，送给单片机进行信号处理与计算。计算的结果从显示台上显示出来。。 本设计中模块的功能如下： (1)温度采集电路：将被测温度量经过温度传感器转换为供给A／D转换的电量。 (2)A／D转换电路：是将电量转换成可供单片机识别接收的二进制数值。 (3)单片机：对接收到的二进制数值按照设计目的进行相应的处理。 (4)显示器：是将采集到的温度并经过单片机的处理完
北科大单片机实验报告
北京科技大学 《微机原理及应用》实验报告 实验内容：单片机及应用 班级：智能12 姓名： 2015年1月5日
目录 实验一A VR单片机硬件开发平台 (1) 一、实验目的 (1) 二、实验内容 (1) 三、实验所用仪表及设备 (1) 四、实验步骤 (1) 了解A VR系列单片机 (1) 认识A VR_StudyV1.1实验板的组成模块 (2) 五、思考题 (6) 六、心得体会 (7) 实验二A VR单片机软件开发环境 (9) 一、实验目的 (9) 二、实验内容 (9) 三、实验所用仪表及设备 (9) 四、实验步骤 (9) 新建项目 (9) 编译项目 (11) 下载程序 (11) 五、思考题 (13) 六、实验现象 (13) 七、遇到的问题及解决方法 (14) 八、心得体会 (15) 实验三I/O口操作实验 (16) 一、实验目的 (16) 二、实验内容 (16) 三、实验所用仪表及设备 (16) 四、实验步骤 (16) 硬件接线图： (16) 新建工程，实现实验内容1。 (17) 新建工程，实现实验内容2。 (18) 下载程序，观察实验现象。 (19) 五、实验现象 (20) 六、思考题 (21) 七、遇到的问题及解决方法 (22) 八、心得体会 (22) 实验四数码管显示实验 (24) 一、实验目的 (24) 二、实验内容 (24) 三、实验所用仪表及设备 (24) 四、实验步骤 (24) 新建项目，实现实验内容1。 (24) 建立新项目，实现实验内容2。 (24) 五、实验现象 (25)
七、遇到的问题及解决方法 (27) 八、心得体会 (27) 实验五按键实验 (28) 一、实验目的 (28) 二、实验内容 (28) 三、实验所用仪表及设备 (28) 四、实验步骤 (28) 新建项目 (28) 五、实验现象 (29) 六、思考题 (30) 七、遇到的问题及解决方法 (32) 八、心得体会 (32) 实验六外部中断实验 (34) 一、实验目的 (34) 二、实验内容 (34) 三、实验所用仪表及设备 (34) 四、实验步骤 (34) 新建项目实现实验内容 (34) 新建项目实现实验内容2 (36) 五、实验现象 (37) 六、思考题 (38) 七、遇到的问题及解决方法 (39) 八、心得体会 (40) 实验七定时计数器实验 (42) 一、实验目的 (42) 二、实验内容 (42) 三、实验所用仪表及设备 (42) 四、实验步骤 (42) 新建工程 (42) 普通模式 (43) CTC模式 (43) 五、实验现象 (44) 六、思考题 (44) 七、遇到的问题及解决方法 (45) 八、心得体会 (45) 选作内容：基于A VR Mega16单片机的闹表测温仪设计 (47) 一、实验目的 (47) 二、功能简介 (47) 三、功能细节设计 (47) 实验设备 (48) 端口、功能分配以及硬件连接设计 (49) 六、程序结构设计 (50) 七、各功能模块的具体实现 (53)