多路数据采集系统设计

前言

随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。

随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。

此外，计算机的发展对通信起了巨大的推动作用.计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。数据通信是计算机广泛应用的必然产物。

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。

在本毕业设计中对多路数据采集系统作了基本的研究。本系统主要解决的是怎样

进行数据采集以及怎样进行多路的数据采集。

第1章任务分析

1．1设计任务：

设计一个多路数据采集系统，具体指标如下：

1 采用AT89S51及ADC0809设计多路数据采集系统；

2 多通道输入信号由+5V电压经分压后至IN0至IN7；

3 采集处理后的数据由4位数码管动态显示；

4必须具有上电自检功能及外接电源、公共地线接口。

根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分：

8路模拟信号的产生与A/D转换器

显示位数：4位

发送端的数据采集与传输控制器

数据传输接口电路序

编写系统初始化主程序、显示子程序及其他所需要子程。

第2章硬件系统设计

2．1 硬件系统设计原理

本系统采用 AT89S51 单片机为运算和控制的核心 , AT89S51有P0、P1、P2、P3四个8位的并行双向I/O口，P0口用于控制LED信号灯的显示，P1口控制信号输入

表1 数码管显示真值表

显示

0 1 2 3 4 5 6 7 8

字符

共阴极

3F 06 5B 4F 66 6D 7D 07 7F

段选码

显示

9 A B C D E F - 熄灭

字符

共阴极

6F 77 7C 39 5E 79 71 40 00

选段码

2．2 AT89S51单片机简介

AT89S51是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机，片内含4kBytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash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，功能强大的微型计算机的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。

AT89S51具有如下特点：40个引脚，4k Bytes Flash片内程序存储器，128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，看门狗（WDT）电路，片内时钟振荡器。

此外，AT89S51设计和配置了振荡频率可为0Hz并可通过软件设置省电模式。空闲模式下，CPU暂停工作，而RAM定时计数器，串行口，外中断系统可继续工作，掉电模式冻结振荡器而保存RAM的数据，停止芯片其它功能直至外中断激活或硬件复位。同时该芯片还具有PDIP、TQFP和PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。

主要功能特性：

•兼容MCS-51指令系统•4k可反复擦写(>1000次）ISP Flash ROM

•32个双向I/O口•4.5-5.5V工作电压

•2个16位可编程定时/计数器•时钟频率0-33MHz

•全双工UART串行中断口线•128x8bit内部RAM

•2个外部中断源•低功耗空闲和省电模式

•中断唤醒省电模式•3级加密位

•看门狗（WDT）电路•软件设置空闲和省电功能

• 灵活的ISP 字节和分页编程 • 双数据寄存器指针

2．3 硬件系统原理框图

硬件系统原理框图由5部分组成：AT89S51、晶振电路、复位电路、控制电路和

输出电路。

图1 硬件系统原理图

2．4 硬件系统各电路设计

2.4.1 复位电路设计

AT89S51有复位信号引脚RET ，用于从外引入复位信号。

单片机基本复位电路共有上电复位、按键电平复位、按键脉冲复位3种，本设计采用上电复位。复位电路用于产生复位信号，通过RET 引脚送入单片机，进行复位操作。电阻采用10K ，电容采用22uF 。如图2所示。

上电瞬间，RST 端的的电位与Vcc 相同，随着电容的逐步充电，充电电流减小，RST 电位逐渐下降。上电复位所需的最短时间是振荡器建立时间加上二个机器周期，在这段时间里，振荡建立时间不超过10ms 。复位电路的典型参数为：C 取10uF,R 取8.2k,故时间常数

τ=RC=10⨯106-⨯8.2⨯103=82ms

图2 复位电路

2.4.2 晶振电路设计

AT89S51单片机芯片中的高增益反向放大

器，其输入端为引脚XTAL1,输出端为引脚XTAL2。通过这两个引脚在芯片外并接石英晶体振荡器和两只电容器。石英晶体为一感性元件，与电容构成振荡回路，为片内放大器提供正反馈和振荡所需的相移条件，从而构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率是指晶体的振荡频率，也就是振荡电路的脉冲频率，也称振荡频率。晶振频率是单片机的一项重要性能指标。因为单片机的时钟信号是通过振荡信号

分频得到的，所以竞争频率直接影响时钟信号的频率。 晶振频 率高，系统的时钟频率就高，单片机运行速

度也就快。然而晶振频率高对存储器等的速度和印刷 图3 晶振电路

AT89S51单片机

晶振

复位

控制

输出