基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計（陜西理工學院物理與電信工程學院電子信息工程專業(yè),2008級2班，陜西漢中723000）指導(dǎo)教師：賈建科［摘要］隨著科技的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集得到了廣泛應(yīng)用，單片機在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有重要應(yīng)用。本系統(tǒng)以AT89C51單片機為核心器件來設(shè)計數(shù)據(jù)采集，利用AT89C51控制ADC0809將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)反饋給AT89C51進行數(shù)據(jù)采集，并通過AT89C51控制的LED數(shù)碼管來顯示模擬電壓值，實現(xiàn)了8位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與制作。測試結(jié)果表明該系統(tǒng)操作簡單、成本低、能實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的實時采集。［關(guān)鍵詞］數(shù)據(jù)采集；單片機AT89C51；A/D轉(zhuǎn)換修改意見：1摘要部分作了修改，你在看看做些補充。2目錄重新生成。3系統(tǒng)總體設(shè)計部分，應(yīng)寫的更詳細，作方案比較。4系統(tǒng)硬件電路設(shè)計部分應(yīng)結(jié)合自己的設(shè)計寫，給出自己設(shè)計的每一部分電路，從總體電路中截圖。5增加附錄包括翻譯，源程序電路圖。Microcontroller-baseddataacquisitionsystemdesignWangChenhui(Grade08,Class2,Majorelectronicsandinformationengineering，Electronicsandinformation

engineeringDept.，ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723000,Shaanxi)Tutor:JiaJianke[Abstract]:Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,dataacquisitionhasbeenwidelyusedmicrocontrollerhasimportantapplicationsinthedataacquisitionsystem.AT89C51microcontrollerasthecorecomponentofthissystemtodesigndatacollection,datacollectionfortheAT89C51AT89C51controltheADC0809analogsignalsintodigitalsignalsandconvertthedatafeedback,andAT89C51tocontroltheLEDdigitaltubedisplaytheanalogvoltagevaluetoachievethe8-bitdataacquisitionsystemdesignandproduction.Thetestresultsshowthatthesystemsimple,lowcost,toachievetheeightreal-timedataacquisition.[Keywords]:Dataacquisition;thesinglechipmicrocomputerAT89C51;A/Dconversion目錄TOC\o"1-5"\h\z1引言11.1研究背景及意義11.2該課題的主要內(nèi)容12系統(tǒng)的總體設(shè)計32.1設(shè)計要求32.2系統(tǒng)設(shè)計方案32.3設(shè)計器件的選擇42.3.1釆樣A/D轉(zhuǎn)換的選擇42.3.2單片機的選擇52.3.3顯示部分53主要硬件電路63.1模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊6A/D轉(zhuǎn)換ADC080963.1.2分頻器73.2控制器模塊8AT89C51單片機8AT89C51單片機主要性能參數(shù)8AT89C51單片機最小系統(tǒng)113.2.4單片機時鐘電路.123.2.5單片機復(fù)位電路.123.3LED數(shù)碼管顯示模塊13LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)原理134軟件設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié)154.1程序總體設(shè)計圖154.2硬件調(diào)試154.2.1數(shù)碼管顯示測試15A/D轉(zhuǎn)換測試174.2.3整體電路測試175總結(jié)19陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計第第#頁共23頁如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行M0VX,M0VC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。AT89C51單片機最小系統(tǒng)AT89C51單片機為40引腳雙列直插芯片,有四個I/O口P0,P1,P2,P3,MCS-51單片機共有4個8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨立地作輸出或輸入。單片機的最小系統(tǒng)如圖3.1.4所示,18引腳和19引腳接時鐘電路，在單片機內(nèi)部有一■個高增益反相放大器，XTAL1接外部晶振和微調(diào)電容的一端，在片內(nèi)它是高增益反相放大器的輸入,XTAL2接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是高增益反相放大器的輸出，所以這樣就構(gòu)成了自激振蕩器。結(jié)合本設(shè)計的要求采用內(nèi)部振蕩方式，所選的晶振為11.0592MHz。而復(fù)位電路是完成單片機片內(nèi)電路的初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)下開始運行。第9引腳為復(fù)位輸入端，接上電容,電阻構(gòu)成上電復(fù)位電路。XTAL2RST3TdpQQ2.3唱67

尸尸戸尸尸尸尸尸AT69O5-1XTAL2RST3TdpQQ2.3唱67

尸尸戸尸尸尸尸尸AT69O5-1argr-lror-lF?」38di37c!236ci335d-43坷dS33dO3W21m22b23u24Ci25e26fW7g28A71O<3011-INr516T7CW345AA「-1-1「「「巧宏宏宏2.N.234567圖3.1.4單片機最小系統(tǒng)3.2.4單片機時鐘電路AT89C51單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式得到：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。在本設(shè)計中，采用內(nèi)部振蕩方式。電路見圖3.1.4所示。C522p-IX1-I8—I—CRYSTAL—圖3.1.4時鐘電路圖單片機引腳XTAL1和XTAL2外接晶振11.0592MH4構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。由于單片機，就構(gòu)成了自激振湯，并產(chǎn)生振湯時鐘脈沖。內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后電容器Cl、C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振作用。，就構(gòu)成了自激振湯，并產(chǎn)生振湯時鐘脈沖。3.2.5單片機復(fù)位電路本設(shè)計系統(tǒng)的復(fù)位電路見圖3.1.5所示。C71uFR1—IC71uFR1—IH10kR2100RI-圖3.1.5復(fù)位電路圖復(fù)位操作完成單片機內(nèi)電路的初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。當

AT89C52單片機的復(fù)位引PsT出現(xiàn)5ms以上的高電平時，單片機就完成了復(fù)位電路操作。需要注意的是，當復(fù)位端RST持續(xù)高電平的時間過長，單片機就會處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)，這樣，單片機就無法執(zhí)行程序。因此，要求單片機復(fù)位后能夠脫離復(fù)位狀態(tài)。本系統(tǒng)的復(fù)位電路采用上電開關(guān)復(fù)位電路。上電后，由于電容充電，使RST持續(xù)一段時間。當單片機已經(jīng)在運行時，按下復(fù)位鍵也能使RST持續(xù)一段時間的高電平，從而實現(xiàn)上電開關(guān)復(fù)位的功能。LED數(shù)碼管顯示模塊在小型控制裝置和數(shù)字化儀器儀器中,往往只要幾個簡單的數(shù)字顯示或狀態(tài)便可滿足實際的需求，而數(shù)碼管因其成本低廉、配置靈活、與計算機接口方便等特點，在小型微機控制系統(tǒng)中得到極為廣泛的應(yīng)用。LED數(shù)碼管顯示器的結(jié)構(gòu)原理發(fā)光二極管LED利用PN結(jié)把電能轉(zhuǎn)換光能的固體發(fā)光器件，根據(jù)制造材料的不同，可以發(fā)出紅、黃、綠等不同色彩的可見光束。LED的伏安特性類似于普通二極管，正向壓降為2V左右，工作電流一般在10mA~20mA之間較為合適一個8段LED顯示器的結(jié)構(gòu)如圖3.1.6所示。圖3.1.68段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖它是由8個發(fā)光二極管造成，依次記為a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp表示小數(shù)點(不帶小數(shù)點的稱為7段LED)。8段LED有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖3.1.7(a)和圖3.1.7(b)所示。共陰極LED的所有發(fā)光管的陰極并接成公共端COM,而共陽極LED的所有發(fā)光管的陽極并接成公共端COM。當共陰極LED的COM端接高電平，則某個發(fā)光管的陰極加上低電平時，則該管有電流流過因而點亮發(fā)光。LED各段不同點亮的組合可以顯示0~9、A~F等十六進制數(shù)。1A:圖3.1.嚴示表如h7(a)下所共陰扌示＜4A及結(jié)構(gòu)圖」DP)00(表3.1A.3LEFIT!圖3.1.7(b)_共300(D段選碼表制極)(.結(jié)構(gòu)1<圖G)1nJP)字型共陰極字形代碼字型共陰極字形代碼字型共陰極字形代碼

03FH67DHC39H106H707Hd5EH25BH87FHE79H34FH96FHF71H466HA77H滅00H56DHb7CH4軟件設(shè)計及系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié)4.1程序總體設(shè)計圖模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計，可以使系統(tǒng)控制軟件便于調(diào)試與優(yōu)化，也使讀者更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計。因此，采用模塊化設(shè)計思想來對本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行軟件設(shè)計。程序主要分為：主程序、初始化程序、A/D轉(zhuǎn)換程序以及數(shù)碼管顯示程序，各部分具體程序見附錄。系統(tǒng)的主程序流程如圖4-1所示。圖4-1主程序流程圖4.2硬件調(diào)試4.2.1數(shù)碼管顯示測試將數(shù)碼管驅(qū)動電路中數(shù)據(jù)的接口和主電路板上的相應(yīng)單片機的端口相連,將寫好的測試程序刷寫到芯片內(nèi)，連接好電源，打開電源開關(guān)即可測試。測試程序如下：#include〈reg52.h〉#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitdula二P「7;sbitwela二P「6;ucharnum;ucharcodetable[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71};voiddelay(uintz);voidmain(){wela=1;P0=0;wela=0;while(l){for(num=0;num〈16;num++){dula=1;P0=table[num];dula=0;delay(lOOO);}}}voiddelay(uintz){uintx,y;for(x=z;x>0;x—)for(y=110;y〉0;y—);}這是一段使數(shù)碼管顯示1到F的程序，在檢測的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示正常，及數(shù)碼管完好。A/D轉(zhuǎn)換測試在A/D轉(zhuǎn)換程序中加入LED發(fā)光二極管點亮程序，當AD轉(zhuǎn)換結(jié)束標記EOC為高電平時，點亮LED，以此來檢測A/D是否有正常轉(zhuǎn)換。在實驗的過程中發(fā)現(xiàn)ADC0809可以正常工作。4.2.3整體電路測試（1）短路、開路的檢測電路在面包板上連接完成后，為了確保連接的正確性，必需進行短路檢測。把萬用表打到二極管檔，用紅、黑筆接到電路的正負極，檢測電路是否存在短路現(xiàn)象。另外，把萬用表的紅、黑筆分別接到有相連接的回路中，檢測回路中是否存在斷路現(xiàn)象。（2）確認電路連接的正確性把連接好的電路板和電路原理圖詳細對照，仔細觀察各個連接點是否和電路原理圖一致。此外，對于電路中元器件的正負極性的連接是否正確。（3）系統(tǒng)軟件調(diào)試及燒入仿真程序進行整體功能測試。系統(tǒng)軟件調(diào)試采用KeilC51軟件，操作界面見圖4.2。其集編譯、仿真于一體，支持匯編語言和C語言的程序設(shè)計，界面簡單，易學好用。C語言程序的一般操作步驟為：建立一個新項目一保存項目一選擇單片機型號一創(chuàng)建C文件f將C文件加入項目f輸入C語言源程序一設(shè)置輸出文件格式一編譯鏈接一仿真一運行程序等流程。圖5.2KeilC51軟件操作界面燒錄程序到單片機采用STC-ISP軟件燒錄。軟件的界面見圖5.3。操作步驟如下：①選擇單片機型號；?OpenFile/打開文件，找到要燒錄的HEX文件；③選擇串行口，最高波特

率；④DownLoad/下載，先點下載按鈕，在單片機上電復(fù)位-冷啟動。對于加載結(jié)果，在界面的左下處可看到，如：已加密，就表示加載成功。圖5.3STC-ISP軟件燒錄界面在實際的整體測試中，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示一直不能正常顯示，由于在之前已經(jīng)檢測了數(shù)碼管和連接電路及組成部件的正確。因此，猜測其仿真程序中設(shè)定的顯示頻率可能有點小,在改變其后發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)工作正常，并完成了設(shè)計要求。5總結(jié)經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，使我專業(yè)分析能力和相應(yīng)的解決問題的能力得到了提高。讓我在單片機的應(yīng)用和相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)方面，以及其基礎(chǔ)的應(yīng)用編程設(shè)計掌握方面都得到了很多的提高，為日后成為合格的相關(guān)專業(yè)人士打下良好的基礎(chǔ)。在設(shè)計的過程中，我也發(fā)現(xiàn)了有很多不足之處，譬如顯示頻率的確定方面。這需要在實踐中得到相應(yīng)的完善。在此次整體設(shè)計過程中，我始終積極的對待，努力完成要求的各個功能。其中在硬件調(diào)試的時候，我遇到了一些阻力，通過仔細的查找，最后還是解決了問題,但是在這個過程中花費了大量的時間，這也使我得到了很多的磨練，受益良多。經(jīng)過三個多月來的努力，多次調(diào)試與改進，我終于把《基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》設(shè)計完成了。本課題是在指導(dǎo)老師賈建科的悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的確定、方案的論證與分析、系統(tǒng)的實驗一直到論文修改和定稿，都沒有離開賈建科老師的關(guān)懷和無私的幫助。在此，我對賈建科老師的關(guān)心和無私的幫助表示衷心的感謝！在這段畢業(yè)