数据采集电路设计课案

电气工程学院课程设计数据采集电路的设计

学生姓名韩章强

学号2013411107

学院电气工程学院

指导老师雷继海

专业测控技术与仪器

答辩日期

测控电路课程设计任务书

一、设计目的

根据常用的电子技术知识，以及可获得技术书籍与电子文档，初步形成电子设计过程中收集、阅读及应用技术资料的能力；熟悉电子系统设计的一般流程；掌握分析电路原理及对主要技术性能进行测试的常见方法；使学生学会使用电路仿真分析软件（Multisim）在计算机上进行电路设计与分析的方法。

二、任务与要求

设计一个数据采集电路，满足以下条件：

1.结合单片机的课程，选用ADC0808A/D转换器，采集输入实时电压，用四位的共阴数码管显示，并设计完整电路以及程序，仿真调试。

2.设计的精度为小数点后两位，输入电压的范围是0-5v,要求电路图简单合理。

三、进程安排

1．布置任务、查阅资料，方案设计

根据设计要求，查阅参考资料，进行方案设计及可行性论证，确定设计方案，2．上机在Multisim境下按要求进行设计。

3．总结报告

四、所需调试工具

Keil和Multisim软件。

目录

测控电路课程设计任务书 (1)

1 课程设计要求 (4)

2 89C51单片机简介 (4)

2.1ADC0808转换器简介 (4)

2.2引脚功能 (5)

2.3A/Ｄ转换原理 (6)

3 时钟电路 (6)

3.1复位电路 (6)

3.2LED显示电路 (7)

4 仿真设计图 (7)

5 仿真心得 (8)

6 程序 (8)

6.1程序调试 (11)

参考文献 (11)

致谢 (12)

摘要:数据采集与显示系统是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。然后利用处理器处理，最后在显示出来。数据采集与显示技术广泛应用在各个领域。

被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如电压、温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包括对面状连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量（或包括物理量，如灰度）数据。

关键词；数据采集；电路；信号；

Abstract Data acquisition and display system is the use of a device, collect data from outside the system and input to the internal system of an interface. Then the processor, finally came up on the screen. Data acquisition and display technology is widely used in various fields.

Data is being collected has various physical quantities, are converted to electrical signals such as voltage, temperature, water level, wind pressure, etc., can be analog, also can be the digital quantity. Most of the data collected is instantaneous, but also a feature within a certain period of time value of accurate data measurement is. The basis for data collection. No matter what kind of methods and components are not affected the measured object and measuring environment is the premise to ensure the accuracy of the data. Data acquisition is a very broad meaning, including planar continuous physical collection. In computer aided drawing, mapping, design, digital graphics or image the process is called data acquisition, the acquisition is the geometric volume (including the physical quantities, such as the gray data).

Keywords : Data acquisition; Circuit; Signal;

1课程设计要求

结合单片机的课程，选择一款A/D转换器，采集输入实时电压并显示，并设计完整电路以及程序，仿真调试。

289C51单片机简介

AT89C51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flas h只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，A T89C51在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛

应用。51单片机内包含以下几个部件：

1)8位微处理器（CPU）。

2)数据存储器（128B RAM）。

3)程序存储器（ROM/EPROM）。

4)4个8位可编程并行I/O口（P0口，P1口，P2口，P3口）。

5)1个全双工的异步串行口。

6)2个16定时器/计数器。

7)中断系统。

8)特殊功能寄存器（SFR）。

2.1ADC0808转换器简介

ADC0808是采样分辨率为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，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

图2-1 ADC0808引脚图

2.2引脚功能

ADC0808芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。各引脚功能如下：

1～5和26～28（IN0～IN7）：8路模拟量输入端。

8、14、15和17～21：8位数字量输出端。

22（ALE）：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

6（START）：A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

7（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）。

9（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。

10（CLK）：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。

12（VREF（+））和16（VREF（-））：参考电压输入端

11（Vcc）：主电源输入端。

13（GND）：地。

23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路

2.3 A/Ｄ转换原理

基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高，送入D/A 转换器，经D/A 转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo ，与送入比较器的待转换的模拟量Vi 进行比较，若Vo

3 时钟电路

XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz ，时钟频率就为6MHz 。晶振的频率可以在1MHz-24MHz 内选择。电容取30PF 左右。系统的时钟电路设计是采用的内部方式，即利用芯片内部的振荡电路如下图3-1所示：

图3-1时钟电路

3.1复位电路

由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST

脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC 值来决定.典型的51单片机当RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC 的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R 取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC 组合可以在RST 脚上产生不少于2个机周期的高电平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相

关书籍.复位电路如下所示。

图3-2 复位电路

3.2 LED显示电路

本项目所用显示屏为4位LED显示屏。本LED显示器为8段（DP为小数点段），每一段为一个发光二极管。发光二极管有共阳极和共阴极两种。本显示器的发光二极管为共阴极数码管。发光二极管的阳极连接在一起，通常在此共阴极接地，当某个发光二极管的阳极接低高平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。通过给LED显示器提供不同的代码，是这些不同的LED显示器相应的段发光显示不同的字型，这些代码称为段码。

本项目所用段码值如下（表1）所示：

4 仿真设计图

如下4-1图所示

图4-1数据采集系统仿真图

5 仿真心得

这次通过自己再一次熟悉仿真软件，学到了在连线过程使用总线和网络标号，使得整体布局显得非常的美观，比以前密密麻麻的连线效果好多了。从效率上来说也节省了时间。对于别人来看，也方便多了，很容易看懂。加深了对仿真软件的认识。

6 程序

#include

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

#define Data_ADC0809 P1

sbit ST=P3^2;

sbit EOC=P3^3;

sbit OE=P3^1;

sbit DIAN = P0^5; //小数点

unsigned char dis[3]; //显示数值

unsigned int sum=0;

unsigned int temp=0;

unsigned int dat=0;

/*******************************共阴LED段码表*******************************/

Unsigned char code tab[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x47,0xDF,0xD7,0x5e/*字母U*/}; //gc.debfa

/**************************************************************************** uchar ADC0809()

{

uchar temp_=0x00;

OE=0;

ST=0;

ST=1;

ST=0;

while(EOC==0)

OE=1;

temp_=Data_ADC0809;

OE=0;

return temp_;

}

void delay(unsigned int x)//延时函数

{

unsigned int i,j;

for(i=0;i

for(j=0;j<121;j++);

}

/**************************************************************************** 函数功能:将0-255级换算成0.00-5.00的电压数值

入口参数:i

出口参数:

****************************************************************************/ void convdata(unsigned char dat1)

{

unsigned int V o;

Vo=dat1*1.96;

dis[0] = V o/100; //十位

dis[1] = V o%100/10; //个位

dis[2] = V o%100%10; //小数点后第1位

}

/**************************************************************************** 函数功能:数码管显示子程序

入口参数:

出口参数:

****************************************************************************/ void display(void)

{

P0=~tab[dis[0]];

P2=0xfe; //11011111

delay(1);

P2=0xff;

DIAN=0;

P0=~tab[dis[1]];

P2=0xfb; //10111111

delay(1);

P2=0xff;

P0=~tab[dis[2]];

P2=0xef; //01111111

delay(1);

P2=0xff;

P0=~tab[0];

P2=0xbf;

delay(1);

P2=0xff;

}

/**************************************************************************** 函数功能:主程序

入口参数:

出口参数:

****************************************************************************/ void main(void)

{

unsigned char p=0;

while(1) //主循环

{

for(p=0;p<20;p++)

{

sum=sum+ADC0809();

display();

}

// dat=((sum/20)+dat)/2;

dat=sum/20;

convdata(dat); //数据转换

sum=0;

display(); //显示数值

6.1 程序调试

在程序调试过程中也收获不少，在编译完程序，连接好线路，把程序加进去，开始运行。但始终数码管不亮，通过虚拟示波器对线路的测试，波形是合适的。最终想到问题出在数码管的段码上，井进行了仔细的查看，发现在单片机的输出口与数码管直接的连线没有按照字母顺序链接，修改之后，数码管正常显示了。然后并没有就此罢休，又思考能不能只改段马码不改连线呢？最后在进一步研究之后，成功的改写了断码。此设计就是自己任意连线，然后自己推到出来的代码。通过一个这样小小的问题，进一步熟悉了数码管驱动显示原理，做事不能照步就搬，要深刻理解它的原理，才能更加灵活的运用。

参考文献

[1] 魏立峰. 单片机原理及应用技术[M]. 北京: 北京大学出版社，2006.

[2] 陈光绒. 单片机技术应用教程[M].北京: :北京大学出版社，2005.

[3] 李广弟. 单片机基础[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社，2007 .

致谢

在本次的课程设计中，我得到了雷老师的精心指导，不管是从开始定方向还是在查资料准备的过程中，一直都耐心地给予我指导和意见，使我在总结学业及撰写论文方面都有了较大提高;同时也显示了老师高度的敬业精神和责任感。在此，表示诚挚的感谢以及真心的祝福。

四年大学生活即将结束，回顾几年的历程，老师们给了我们很多指导和帮助。他们严谨的治学，优良的作风和敬业的态度，为我们树立了为人师表的典范。在此，我对所有的学院的老师表示感谢，祝你们身体健康，工作顺利!