[信息与通信]基于单片机的多路数据采集系统设计.doc

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1、毕 业 论 文（设 计） 中文题目：中文题目：基于单片机的多路数据采集系统的设计基于单片机的多路数据采集系统的设计 英文题目：英文题目：TheThe DesignDesign ofof Multi-channelMulti-channel DataData AcquisitionAcquisition SystemSystem BasedBased onon SingleSingle ChipChip MicrocomputerMicrocomputer 姓姓 名名 XXXXX 学学 号号 XXXXXXXXX 专业班级专业班级 XXXXXXXXXXXXX 指导教师指导教师 XXXXXXX 提交

2、日期提交日期 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX I 基于单片机的多路数据采集系统的设计基于单片机的多路数据采集系统的设计 摘摘 要要 数据采集的方式很多，随着科技的快速发展，单片机的应用正在不断地走 向深入，同时也带动数据采集系统日新月异地更新。本系统采用 MSC-51 系列单 片机 AT89C52 为核心器件来进行数据采集系统的设计,利用 AT89C52 控制 ADC0809 来将模拟信号转换为数字信号，并将转换得到的数据反馈给 AT89C52 进行数据采集,并通过 AT89C52 控制 LED 数码管显示模拟电压值。本系统成本 低、实用性强、操作简单。 II

3、 关键词关键词 数据采集 单片机控制器 设计 目 录 1 前言.1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 数据采集系统概述.2 2 系统的总体设计.3 2.1 设计要求.3 2.2 设计方案的确定.3 3 系统原理和硬件电路设计 4 3.1 正弦信号发生模块设计 4 3.1.1 精密波形发生器 ICL8038.5 3.1.2 信号放大整形器件 LM358.6 3.2 频率电压变换模块设计 6 3.2.1 F/V 转换器 LM331 .7 3.2.2 信号调理器件 LM324.8 3.3 模数转换模块设计 8 3.3.1 A/D 转换 ADC0809 .9 3.3.2 分频器 .10 3.4 控制

4、器模块设计 .11 3.4.1 AT89C52RC 单片机 11 3.4.2 AT89C52RC 单片机主要性能参数 11 3.4.3 AT89C52RC 单片机最小系统的设计 13 3.4.4 单片机时钟电路14 3.4.5 单片机复位电路14 3.5 LED 数码管显示模块的设计 15 3.5.1 LED 数码管显示器的结构原理 15 3.5.2 显示驱动芯片 74HC573 16 4 软件设计 .18 4.1 程序整体设计 .18 4.2 按键及其程序设计 .19 4.3 AD 转换程序设计.19 5 系统调试及总结 .20 5.1 硬件调试 .20 5.1.1 数码管显示测试20 5.

5、1.2 AD 转换测试 .21 5.1.3 整体电路测试21 5.2 软件调试 .22 III 5.3 总结 .23 致谢 .24 参考文献 .25 附件一 程序 27 附件二 产品原理及实物图 37 0 1 1 前言前言 1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义 近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统 也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。 数据采集系统起始于 20 世纪 50 年代，1956 年美国首先研究了用在军事上 的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作， 并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系

6、统 具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测 试任务，因而得到了初步的认可。大概在 60 年代后期，国内外就有成套的数据 采集设备和系统多属于专用的系统。 20 世纪 70 年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机 融为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的 自动检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。从 70 年代起，数 据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工 业现场数据采集系统。 20 世纪 80 年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了很大的发展， 开始出现了通用的数据采集与自

7、动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两 类，一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应 用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总 线和计算机构成，这一类在工业现场应用较多。20 世纪 80 年代后期，数据采 集发生了很大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件 管理，是系统的成本减低，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。 20 世纪 90 年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的 运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术 的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（

8、DAS） 。数据采集 技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据 采集系统采用模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块， 并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。 1 尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到 了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在 微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于 单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限 制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而 单片机又具有精度较高、转换

9、速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开 发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统，这 就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。 1.21.2 数据采集系统概述数据采集系统概述 数据采集，又称数据获取，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。数据采集技术广泛引用在各个领域。 数据采集是从一个或多个信号获取对象信息的过程。现代测量中，远距离 多路测量已成为日益重要的测量技术，广泛应用于粮库、油田、矿井以及饭店 等需要同时监控多路温度、湿度、瓦斯含量等场合。随着微型计算机技术的飞 速发展和普及，数据采集监测已成为日益重要的检测

10、技术。数据采集是工业控 制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作 为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。使用 单片机进行控制可提高系统智能化、可靠性、实用性。 70 年代初，随着计算机技术及大规模集成电路的发展，特别是微处理器及 高速 A/D 转换器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集 成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系 统所代替。由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统 的灵活性和可靠性大大地提高，系统硬件成本和系统的重建费用大大地降低。 在该系统中需要将模拟量转换为数

11、据量，而 A/D 是将模拟量转换为数字量 的器件，他需要考虑的指标有：分辨率、转换时间、转换误差等等。而单片机 是该系统的基本的微处理系统，它完成数据读取、处理及逻辑控制，数据传输 等一系列的任务。在该系统中采用的是 8051 系列的单片机。而数据的显示则采 用的是 LED 数码管。 2 数据采集系统一般由信号调理电路，多路切换电路，采样保持电路，A/D, 单片机等组成。 2 2 系统的总体设计系统的总体设计 2.12.1 设计要求设计要求 设计实现一种基于单片机的多路数据采集系统。要求：具有现场采集和显 示功能。采集方式可控制。现场模拟产生一正弦波信号，实现频率到电压的变 换，从而供给单片机

12、进行数据采集和显示，采集可控制，通道可选择，能够同 时显示地址和相应的数据。要求熟悉单片机电路和编程、A/D 转换和动态显示 等知识。 2.22.2 设计方案的确定设计方案的确定 方案一 ： 该方案系统原理框图如图 2-1 所示,它能基本完成所要求实现的功能。 ATMEL 单片机的 ATMEGA16 芯片，该芯片自带有一个 10 位的逐次逼近型 ADC。但 是存在不足之处是：外接器件太多，接线不方便，编程不方便,RS232 接口编程 不方便。 图 2-1 方案一 方案二： 系统原理框图如图 2-2 所示,它能完成所要求实现的全部功能。ADC0809 逐 渐逼近式 A/D 转换器：它是一种速度快

13、、精度较高、成本较低的直接式转换器， 3 能对 8 路单端输入电压进行采样，实现数据采集和 A/D 转换的功能。此方案具 有结构简单，成本低廉元件少、实时性强等优点。 其中： AT89C52 ( 主控芯片) : CPU 作为该系统的核心控制芯片, 起采集、控制 显示的作用。 显示模块：采用单个和四位一体共阴 LED 数码管各一个，分别用来显示通 道号和采集到的数值。 模数转换模块：采用 ADC0809 进行模拟信号到数字信号的转换，以供给单 片机采集数据。 F/V 转换模块：频率到电压的转换，采用精密的频率电压（F/V）转换器 LM331。 信号发生模块：高精度正弦,方形,三角, 锯齿波和脉冲

14、的波形发生器 ICL8038。 正弦波发生正弦波发生 器器 ICL8038 MCU 89C52 信号放大及信号放大及 整形整形 其他其他 6 路电路电 阻分压信号阻分压信号 F/V 转换转换 LM331 数码管显示数码管显示按键控制按键控制 电源电源 模数转换模数转换 ADC0809 信号放大及信号放大及 调理调理 图 2-2 方案二 鉴于上面两种方案，在价格、转换速度、实用等多种标准考量下，本设计 选用方案二。 3 3 系统原理和硬件电路设计系统原理和硬件电路设计 3.13.1 正弦信号发生模块设计正弦信号发生模块设计 设计要求制作一个正弦波发生器，控制振荡频率在 200Hz 到 2000H

15、z 范围变 4 化，并达到尽可能好的 R/F 线性度，从而保证经 F/V 变换后，使 R/V 之间具有 良好的线性度关系。 正弦信号发生模块主要采用集成函数发生器 ICL8038，ICL8038 函数发生器 是采用肖特基势垒二极管等先进工艺制成的单片集成电路芯片，具有电源电压 范围宽、稳定度好、精度高等优点，可同时产生方波、三角波和正弦波。 ICL8038 及外围电路如图 3-1 所示，由 8 脚输入外部控制电压，调节电位 器 P1 即可使 2 脚输出的正弦波信号频率发生变化，实现外部压控振荡。10，11 脚之间接 001 F 的振荡电容，4，5 脚接电阻和电位器，调节正弦波失真。 图 3-1

16、 ICL8038 及外围电路 3.1.13.1.1 精密波形发生器精密波形发生器 ICL8038ICL8038 图 3-2 为 ICL8038 的管脚图，下面介绍各引脚功能。 脚 1、12（Sine Wave Adjust）：正弦波失真度调节 Du；脚 2（Sine Wave Out）：正弦波输出；脚 3（Triangle Out）：三角波输出；脚 4、5（ty Cycle Frequency）：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称 调节；脚 6（V）：正电源10V18V；脚 7（FM Bias）：内部频率调节偏 置电压输；脚 8(FM Sweep)：外部扫描频率电压输入；脚 9（Squar

17、e Wave Out）：方波输出，为开路结构；脚 10（Timing Capacitor）：外接振荡电容； 脚 11（VorGND）：负电原或地；脚 13、14（NC）：空脚。 5 图 3-2 ICL8038 管脚图 3.1.23.1.2 信号放大整形器件信号放大整形器件 LM358LM358 图 3-3 为采用 LM358 设计的信号放大整形及调理电路。图 3-1 中由 ICL8038 产生的正弦波信号先经过 1 F 电容高通滤波，再经 LM358 反向放大 2 倍，然后经比较器，输出对应频率的方波信号，作为 LM331 的输入。 图 3-3 放大整形电路 3.23.2 频率电压变换模块设计

18、频率电压变换模块设计 频率电压变换模块的设计采用集成芯片 LM331，LM331 采用新的温度补偿能 隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到 5O V 电源电压下都有极高的精度。 LM331 的动态范围宽，可达 100 dB；线性度好，最大非线性失真小于 O01，工作频率低到 01 Hz 时尚有较好的线性度；转换精度高，数字分辨 6 率可达 12 位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成 VF 或 FV 等变换电路，并且容易保证转换精度。 本系统中的所设计的频率电压变换电路如图 3-4 所示。电路中的电位器 P1 调节零点，使频率为 200Hz 时输出为 1V;电位器 P1 调节满度

19、，使频率为 2000Hz 时输出为 5V,重复调节数次即可调整好。 图 3-4 LM331 外围电路 3 3.2.1.2.1 F/VF/V 转换器转换器 LM331LM331 图 3-5 为 LM331 的内部逻辑图，下面介绍各引脚功能。 图 3-5 LM331 的内部逻辑图 7 LM331 可用作精密的频率电压（F/V）转换器、A/D 转换器、线性频率调制 解调、长时间积分器以及其他相关的器件。LM331 为双列直插式 8 脚芯片， LM331 内部有（1）输入比较电路、 （2）定时比较电路、 （3）R-S 触发电路、 （4）复零晶体管、 （5）输出驱动管、 （6）能隙基准电路、 （7）精密

20、电流源电路、 （8）电流开关、 （9）输出保护点路等部分。输出管采用集电极开路形式，因此 可以通过选择逻辑电流和外接电阻，灵活改变输出脉冲的逻辑电平，从而适应 TTL、DTL 和 CMOS 等不同的逻辑电路。此外，LM331 可采用单/双电源供电，电 压范围为 440V，输出也高达 40V。引脚 1 为电流源输出端，在引脚 3 输出逻 辑低电平时，电流源输出对电容 CL 充电。引脚 2 为增益调整，改变 RS 的值可 调节电路转换增益的大小。引脚 3 为频率输出端，为逻辑低电平，脉冲宽度由 Rt 和 Ct 决定。引脚 4 为电源地。引脚 5 为定时比较器正相输入端。引脚 6 为 输入比较器反相

21、输入端。引脚 7 为输入比较器正相输入端。引脚 8 为电源正端。 3.2.23.2.2 信号调理器件信号调理器件 LM324LM324 200 Hz2 kHz 的方波信号经过 LM331 频率电压变换芯片后，产生的信号 Vo 为 O22222 V，为符合 200 Hz2 kHz 对应于 15 V，故需对 Vo 进行 调理，方案中的运算电路如图 3-6 所示。 图 3-6 放大整形电路 3.33.3 模数转换模块设计模数转换模块设计 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时， 8 开始进行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。 当

22、EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE 为输 出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1， 输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。V0 是正弦波经 F/V 转 换后得到的电压信号，其他 IN1-IN6 为电阻分压信号，IN7 待用。D7D0 为数 字量输出线,输出到单片机的 P2.0 口。CLK 为时钟输入信号线。因 ADC0809 的 内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为 500KHZ， 由单片机 ALE 口接出，经过 74LS74 四分频以后接到 ADC0809 的 CLK 口。 图3-7 A/

23、D转换模块 3.3.13.3.1 A/DA/D转换转换ADC0809ADC0809 AD0809 的逻辑结构：ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D 转换器。它由一个 8 路模拟开关、一个地址锁存译码器、一个 A/D 转换器和一个三态输出锁存器 组成（见图 1） 。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存 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。 9 图3-8 ADC0809 内部结构 ADC0809 的工作原理：IN0IN7：8 条模拟量输入通道；ADC0809 对输

24、入 模拟量要求：信号单极性，电压范围是 05V，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 IN0IN7 上的一路模拟量输入。通道选择 表如下表所示。 C B A 选择的通道: 表3-1 通道选择编码 CBAINCBAIN 000IN0100IN4 001IN1101IN5

25、010IN2110IN6 011IN3111IN7 3.3.23.3.2 分频器分频器 ADC0809 的时钟信号需要外部提供，常为 500Khz 左右。单片机 ALE 口输出 10 的频率是单片机晶振频率的六分之一，约为 1.85Mhz，故仍需用 D 触发器进行 4 分频以后才能使用。 74LS74 内含两个独立的 D 上升沿双 d 触发器，每个触发器有数据输入（D） 、 置位输入(SD)复位输入（RD） 、时钟输入（CP）和数据输出（Q） 。SD、RD 的低 电平实输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当 SD、RD 高电平时，均 无效。符合建立时间要求的 D 数据在 CP 上升沿作用

26、下传送到输出端。 表 3-2 74LS74 功能表: 输 入输 出 SDRDCPDQn1Qn1 0110 1001 00 11110 11001 11QnQn 3.43.4 控制器模块设计控制器模块设计 3.4.13.4.1 AT89C52RCAT89C52RC 单片机单片机 AT89C52 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内 含 8K bytes 的可反复擦写的只读程序存储器(EPROM)和 256 bytes 的随机数据 存储器（RAM） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容 标准 MCS-51 指令系统及 8052 产品

27、引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器(CPU) 和 Flash 存储单元，功能强大 AT89C52 单片机适合于许多较为复杂控制应用场 合。因此，在这里我选用 AT89C52 单片机来完成，它具有结构简单、编程方便、 经济、易于连接等优点，特别是其内部定时器/计数器、中断系统资源丰富，有 应用价值。 3.4.23.4.2 AT89C52RCAT89C52RC 单片机主要性能参数单片机主要性能参数 AT89C52RC 单片机的主要性能特点有： 11 1.增强型 6 时钟/机器周期，12 时钟/机器周期 8051CPU 2.工作电压：5.5V-3.4V 3.工作频率范围：0-40MHz，相当于普

28、通 8051 的 0-80MHz。实际工作频率 可达 48MHz 4.用户应用程序空间 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字节 5.片上集成 1280 字节、512 字节 RAM 6.通用 I/O(32/36 个)，复位后为 P1/P2P3/P4 是准双向口/弱上拉（普通 8051 传统 I/O 口） ，PO 口是开漏输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻， 作为 I/O 口用时，需加上拉电阻 7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器/仿真器， 可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载用户程序，8K 程序 3 秒即可完成一片 8.EEPROM 功能

29、 9.看门狗 10.外部晶体 20M 以下时，可省外部复位电路 11 共 3 个 16 位定时器/计数器，其中定时器 0 还可以当成 2 个 8 位定时器 使用 12.外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发中断，Power Down 模式可由 外部中断低电平触发中断方式唤醒 13.通用异步串行口（UART） ，还可用定时器软件实现多个 UART 14.工作电压温度范围：0-75/-40- +85 AT89C52RC 单片机同时还具有加密性强，低功耗，高速，高可靠，强抗静 电，强抗干扰等优点。 AT89C52RC 单片机的引脚封装如图 3-9 所示。 12 图 3-9 AT89C52RC 单片

30、机的引脚封装图 3.4.33.4.3 AT89C52RCAT89C52RC 单片机最小系统的设计单片机最小系统的设计 AT89C52 单片机为 40 引脚双列直插芯片,有四个 I/O 口 P0,P1,P2,P3, MCS- 51 单片机共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，每一条 I/O 线都能独立 地作输出或输入。 单片机的最小系统如图 3-10 所示,18 引脚和 19 引脚接时钟电路,在单片机 内部有一个高增益反相放大器，XTAL1 接外部晶振和微调电容的一端,在片内它 是高增益反相放大器的输入,XTAL2 接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它 是高增益反相放

31、大器的输出，所以这样就构成了自激振荡器。结合本设计的要 求采用内部振荡方式，所选的晶振为 11.0592MHz。而复位电路是完成单片机片 内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态下开始运行。第 9 引脚为复位输 入端,接上电容,电阻构成上电复位电路。 13 图 3-10 单片机最小系统 3.4.43.4.4 单片机时钟电路单片机时钟电路 AT89C52 单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外 部振荡方式。在本设计中，采用内部振荡方式。电路见图 3-11 所示。 图 3-11 时钟电路图 单片机引脚 XTAL1 和 XTAL2 外接晶振 12MHz，构成了内部振荡方式。由于 单

32、片机内部有一个高增益反相放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡，并 产生振荡时钟脉冲。电容器 C1、C2 起稳定振荡频率，快速起振作用。 3.4.53.4.5 单片机复位电路单片机复位电路 14 本设计系统的复位电路见图 3-12 所示。 图 3-12 复位电路图 复位操作完成单片机内电路的初始化，使单片机从一种确定的状态开始运 行。当 AT89C52 单片机的复位引脚 RST 出现 5ms 以上的高电平时，单片机就完 成了复位电路操作。需要注意的是，当复位端 RST 持续高电平的时间过长，单 片机就会处于循环复位状态，这样，单片机就无法执行程序。因此，要求单片 机复位后能够脱离复位状态。本系

33、统的复位电路采用上电开关复位电路。上电 后，由于电容充电，使 RST 持续一段时间。当单片机已经在运行时，按下复位 键也能使 RST 持续一段时间的高电平，从而实现上电开关复位的功能。 3.53.5 LEDLED 数码管显示模块的设计数码管显示模块的设计 在小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往只要几个简单的数字显示或字 状态便可满足现场的需求，而显示数码管的 LED 因其成本低廉、配置灵活、与 计算机接口方便等特点，在小型微机控制系统中得到极为广泛的应用。 3.5.13.5.1 LEDLED 数码管显示器的结构原理数码管显示器的结构原理 发光二极管 LED 利用 PN 结把电能转换光能的固体发

34、光器件，根据制造材料 的不同，可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光束。LED 的伏安特性类 似于普通二极管，正向压降为 2V 左右，工作电流一般在 10mA20mA 之间较为合 适一个 8 段 LED 显示器的结构如图 3-13-1 所示。 15 dp 图 3-13-1 8 段数码管结构图 COM COM 图 3-13-2 共阴极结构图 图 3-13-3 共阳极结构图 它是由 8 个发光二极管造成，各段依次记为 a、b、c、d、e、f、g、dp， 其中 dp 表示小数点（不带小数点的称为 7 段 LED） 。8 段 LED 有共阴极和共阳极 两种结构，分别如图 3-13-2、图 3-13-

35、3 所示。共阴极 LED 的所有发光管的阴 极并接成公共端 COM，而共阳极 LED 的所有发光管的阳极并接成公共端 COM。当 共阴极 LED 的 COM 端接高电平，则某个发光管的阴极加上低电平时，则该管有 电流流过因而点亮发光。LED 各段不同点亮的组合可以显示 09、AF 等十六进 制数。 表 3-2 LED 段选码 字型共阴极字形代 码 字型共阴极字形代 码 字型共阴极字形代码 03FH67DHC39H 106H707Hd5EH 25BH87FHE79H 34FH96FHF71H 466HA77H灭00H 56DHb7CH 16 3.5.23.5.2 显示驱动芯片显示驱动芯片 74H

36、C57374HC573 74LS573 的八个锁存器都是透明的 D 型锁存器，当使能端为高时，Q 输出 将随数据端的输入而变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。 输出控制不影响锁存器的内部工作，即以前的数据可以保持，甚至当输出被关 闭时，新的数据也可以置入。 这种电路可以驱动大电容或低阻抗负载，可以直接与系统总线接口并驱动 总线，而不需要外接口。特别适用于缓冲寄存器，I/O 通道，双向总线驱动器 和工作寄存器。其引脚图及功能图如图 318 所示： 图 3-14 74LS573 引脚图 真值表如下： 表 3-3 74LS573 真值表 输出控制使能数据输出 LHHH LHLL LLX

37、QO HXXZ 注释注释：H=高电平 L=低电平 =不定 Z=高阻态 17 QO=建立稳态输入条件前 Q 的电平功能表 引脚功能表如下： 表 34 74LS573 引脚功能表 管脚号功能 D0D7 数据输入 LE 锁存使能输入（高电平有效） OE 3 态输出使能输入（低电平有效） O0O7 3 态锁存输出 SL74HC573 跟 LS/AL573 的管脚一样。器件的输入标准和 CMOS 输出兼容的； 加上拉电阻，他们能和 LS/ALSTTL 输出兼容。 当锁存器使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输 出同步） 。当锁存器使能变低时，符合建立时间和保存时间的数据会被保存。具 有

38、如下特点： 输出能直接接到 CMOS,NMOS 和 TTL 接口上 输入电压范围：2.0V-6.0V 低输入电流：1.0uA CMOS 器件的高噪声抵抗特性 4 4 软件设计软件设计 4.14.1 程序总体设计程序总体设计 模块化结构程序的设计，可以使系统控制软件便于调试与优化，也使读者 更好地理解和阅读系统的程序设计。因此，采用模块化设计思想来对本数据采 集系统进行软件设计。程序主要分为以下几个模块: 初始化程序、主程序、按 键扫描处理程序、AD转换程序以及数码管显示程序。 系统的主程序流程如图 4-1 所示。 18 开始 系统初始化 通道变量 R 加 1 R 值为 8？ AD 采样 给 R

39、 赋值为 0 51 单片机 LED 显示 R 值，采样值 N Y 图 4-1 主程序流程图 4.24.2 按键及其程序设计按键及其程序设计 在本设计中有用到按键的输入，要准确地识别按键是否按下，便要对按键 进行抖动消除。通常的按键所用开关为机械弹性开关，由于机械触电的弹性作 用，按键在闭合及断开的瞬间均伴随有一连串的抖动，一般为 ms5 ms10 ，键 抖动会引起一次按键被误读多次。为了确保 CPU 对键的一次闭合仅作一次处理， 必须消除抖动。消除抖动有硬件消除抖动和软件消除抖动两种方式。 本设计采用的是软件消抖。软件消抖的方法是在判断有键按下后，调用一 个延时程序后，再判断按键的状态，如果仍

40、然处于被按下状态，则认为有一个 确定的键按下，否则当作按键抖动处理。 4.34.3 ADAD 转换程序设计转换程序设计 ST 为转换启动信号。当 ST 上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时， 开始进行 A/D 转换；在转换期间，ST 应保持低电平。EOC 为转换结束信号。 19 当 EOC 为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行 A/D 转换。OE 为输 出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE1， 输出转换得到的数据；OE0，输出数据线呈高阻状态。D7D0 为数字量输出 线。 5 5 系统调试及总结系统调试及总结 5.15.1 硬件调试硬件调试 5.1.15

41、.1.1 数码管显示测试数码管显示测试 将数码管驱动电路中数据的接口和主电路板上的相应单片机的端口相连， 将写好的测试程序刷写到芯片内，连接好电源，打开电源开关即可测试。 测试程序如下： #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit dula=P17; sbit wela=P16; uchar num; uchar code table= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f, 0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c, 0x39,0x5e,0x79,0x71;

42、void delay(uint z); void main() wela=1; P0=0; wela=0; while(1) 20 for(num=0;num0;x-) for(y=110;y0;y-); 这是一段使数码管显示 1 到 F 的程序。刚开始时，发现数码管不能正常显 示，某些数码管段没有正常显示。经过仔细思考和观察，发现数码管其中一段 的接口松动。重新接上后，数码管正常显示。 5.1.25.1.2 ADAD 转换测试转换测试 通过程序测试 AD 转换模块是否正常，否则检查这一模块连接。即在 AD 转 换程序中加入 LED 发光二极管点亮程序，当 AD 转换结束标记 EOC 为高电平

43、时， 点亮 LED，以此来检测 AD 是否有正常转换。我查出的错误是 AD 不工作，我通 过测试 AD 转换时钟信号线查出了这一错误，测 74LS74 是否输出 500KHz 信号， 没有表示时钟不正常，通过检查 74LS74 连接排除问题。 5.1.35.1.3 整体电路测试整体电路测试 （1）短路、开路的检测 电路焊接完成后，为了确保焊接的正确性，必需进行短路，短路的检测。 把万用表打到二极管档，用红、黑笔接到电路的正负极，检测电路是否存在短 21 路现象。另外，把万用表的红、黑笔分别接到有相连接的回路中，检测回路中 是否存在断路、虚焊现象。 （2）确认电路连接的正确性 把焊接好的电路板和

44、电路原理图详细对照，仔细观察各个连接点是否和电 路原理图一致。此外，对于电路中元器件的正负极性的连接是否正确。 （3）把各个模块与主电路板接上，并且逐步调试每一个功能，看能否正常 运行。 5.25.2 软件调试软件调试 系统软件软件调试采用 Keil C51 软件，操作界面见图 4-2。该软件集编译、 编辑、仿真于一体，支持汇编语言和 C 语言的程序设计，界面友好，易学易用。 C 语言程序的一般操作步骤为：建立一个新项目保存项目选择单片机 型号创建 C 文件将 C 文件加入项目输入 C 语言源程序设置输出文件格 式编译链接仿真运行程序等流程。 图 5-2 Kiel C51 操作界面图 烧录程序

45、到单片机采用 STC-ISP 软件烧录。软件的界面见图 4-3 所示。操 作步骤如下：选择单片机型号；Open File/打开文件，找到要烧录的 HEX 文件；选择串行口，最高波特率；Down Load/下载，先点下载按钮，在单 片机上电复位-冷启动。对于加载结果，在界面的左下处可看到，如：已加密， 就表示加载成功。 22 图 5-3 STC-ISP 软件操作界面图 5.35.3 总结总结 该系统具有、成本低廉、结构简单、实时性强，可靠性高及抗十扰能力较 强等特点的数据采集监测装置，用户只需加入相应的温度、湿度及压力等传感 器，即可实现相应的多路数据采集监测功能。 通过这次毕业设计，使我得到了

46、一次用专业知识、专业技能分析和解决问 题全面系统的锻炼。使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以 及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能向前迈了一大步，为日后成为合格 的应用型人才打下良好的基础。 同时，我也发现了很多不足之处，譬如 ADC 转换显示不稳定。这需要在实 践中进一步完善。在此次设计的整体过程中，我始终保持积极态度和韧性。其 中在硬件调试的时候碰到了很大的阻力，通过耐心并且细致的深入的分块调试， 找出了许多问题的出处，虽然最终没有完全尽善尽美，但是这样的一个过程， 同样使我得到了很多的磨练，受益良多。 23 致致 谢谢 在系领导和老师耐心的教诲和热情的帮助下，经过三个月来

47、的努力奋战， 多次重复调试与改进的重要环节，我终于把多路数据采集系统设计完成了。 本课题是在指导老师 xxx 的悉心指导下完成的，从课题的确定、方案的论证分 析、系统实验一直到论文的修改定稿，都没有离开 xxx 老师的殷切关怀和无私 帮助。在此，对 xxx 老师的关心和帮助表示衷心的感谢！在读书学习的时间里， X 老师严谨的治学态度，求实的优良作风，正直善良的品德都给我树立了良好 的榜样，并将使我受益终生。 另外 ，我还要感谢我的一位同学，xxx，他在许多方面都给予了我热心的 帮助。 24 参考文献参考文献 1 童诗白等. 模拟电子技术基础M.高等教育出版社, 2006 2 阎石等.数字电子技

48、术基本教程M.清华大学出版社，2007 3 杨承毅等.模拟电子技能实训M.人民邮电出版社,2005 4 林伸茂.8051 单片机彻底研究M.中国电力出版社.2007 5 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛技能训练M.北京航空航天大学出版社.2007 6 王力等.电路设计与制版- Protel 99SE 典型实例M.人民邮电出版社.2006 7 戴仙金.51 单片机及其 C 语言程序开发实例M.清华大学出版.2008 8 张毅坤.单片微型计算机原理及应用M.西安电子科技大学出版社.1998 9 余锡存等.单片机原理及接口技术M.西安电子科技大学出版社.2000 10 Tang Guilin.Appl

49、ication of Embedded Soft-core Microprocessor in Data Acquisition Systemm J.InformationControl.2005 25 The Design of Multi-channel Data Acquisition System Based on Single Chip Microcomputer Author：LuoYongqiang Major：Electronic Information Science and Technology Teacher：Shi Hongyu Title：instructor (Electronic Science Deparment of Huizhou University，Guangdong，Huizhou，516007) Abstract There are many ways of dat