基于ADC0809的八路数据采集和控制系统课程设计.doc-资料库

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杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计 1. 设计目的本设计包括确定控制任务、系统总体设计、硬件系统设计、软件程序的设计等，使学生进一步学习理解计算机控制系统的构成原理、接口电路与应用程序，巩固与综合专业基础知识和相关专业课程知识，提高学生运用理论知识解决实际问题的实践技能。 2. 设计内容设计一由微机控制的 A/D 数据采集和控制系统，该卡具有对八个通道上 0-5V 的模拟电压进行采集的能力，且可以用键盘选择装换通道，选择 ADC0809 作为 A/D 转换芯片。并在显示器上动态显示采集的数据。 3. 设计要求（1）根据题目要求的指标，通过查阅有关资料，确定系统设计方案，并设计其硬件电路图。（2）画出电路原理图，分析主要模块的功能及他们之间的数据传输和控制关系。（3）用 protel 软件绘制电路原理图。（4）软件设计，给出流程图及源代码并加注释。 4. 系统总体设计步骤第一步：信号调理电路第二步：8 路模拟信号的产生与 A/D 转换器被测电压要求为 0~5V 的直流电压，可通过电位器调节产生。考虑本设计的实际需要，我选择八位逐次比较式 A/D 转换器（ADC0809）。第三步：发送端的数据采集与传输控制器第四步：人机通道的借口电路第五步：数据传输借口电路用单片机作为控制系统的核心，处理来之 ADC0809 的数据。经处理后通过串口传送，由于系统功能简单，键盘仅由两个开关和一个外部中断组成，完成采样通道的选择，单片机通过接口芯片与 LED 数码显示器相连，驱动显示器相应同采集到的数据。第 1 页共 15 页

杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计串行通信有同步和异步两种工作方式，同步方式传送速度快，但硬件复杂；异步通信对硬件要求较低，实现起来比较简单灵活，适用于数据的随机发送和接受。采用 MAX485 芯片的转换接口。经过分析，本系统数据采集部分核心采用 ADC0809，单片机系统采用 8051 构成的最小系统，用 LED 动态显示采集到的数据，数据传送则选用 RS-485 标准，实现单片机与 PC 机的通信。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 4-1 所示图 4-1 总体设计的系统框图 5. 硬件系统的设计 5.1 信号调理信号调理的任务：将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。多路数据采集输入通道的结构图如下图：图 5-1-1 多路数据采集输入通道结构图第 2 页共 15 页

杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计注：缓慢变化的信号和直流信号，采样保持电路可以省略。 5.2 A/D 转换器的选取转换速度是指完成一次 A/D 转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。 A/D 转换器型号不同，转换速度差别很大。通常，8 位逐次比较式 ADC 的转换时间为 100us 左右。由于本系统的控制时间允许，可选 8 位逐次比较式 A/D 转换器。 5.3 A/D 转换对于该八路通道输入信号，八位 A/D 转换器，其精度为 8 2  0.39% 5 8  1 2  0.0196 V 输入为 0~5V 时，分辨率为  Fs  v 2 N 1 Fsv —A/D 转换器的满量程值 N —ADC 的二进制位数其中：量化误差为 Q  ( 2 v Fs 1) 2   N  5 1) 2   8 ( 2  0.0098 V ADC0809 是 TI 公司生产的 8 位逐次逼近式模数转换器，包括一个 8 位的逼近型的 ADC 部分，并提供一个 8 通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。用它可直接将 8 个单端模拟信号输入，分时进行 A/D 转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为 A/D 转换电路的核心。 5.4 芯片 ADC0809 的引脚功能和主要性能 ADC0809 八位逐次逼近式 A/D 转换器是一种单片 CMOS 器件，包括 8 位模拟转换器、8 通道转换开关和与微处理器兼容的控制逻辑。8 路转换开关能直接联通 8 个单端模拟信号中的任意一个。 ADC0809 的引脚图及 51 单片机引脚图：第 3 页共 15 页

杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计 ADC0809 模数转换器的引脚功能：图 5-4-1ADC0809 管脚图及 51 单片机芯片管脚图 IN0～IN7:８路模拟量输入。 A、B、C:３位地址输入，２个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。 ALE:地址锁存启动信号，在 ALE 的上升沿，将 A、B、C 上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。 D0～D7:八位数据输出线，A/D 转换结果由这８根线传送给单片机。 OE:允许输出信号。当 OE=1 时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。 START:启动信号输入端，START 为正脉冲，其上升沿清除 ADC0808 的内部的各寄存器，其下降沿启动 A/D 开始转换。 EOC:转换完成信号，当 EOC 上升为高电平时，表明内部 A/D 转换已完成。 CLK:时钟输入信号，0809 的时钟频率范围在 10～1200kHz，典型值为 640kHz。当 ALE 为高电平时，通道地址输入到地址锁存器中，下降沿将地址锁存并译码，在 START 上升沿时所有的内部寄存器清零，在下降沿时，开始进入 A/D 装换，此期间 START 应保持低电平。在 START 下降沿后 10us 左右，转换结束信号变为低电平，EOC 为低电平时，表示正在转换，在高电平时，表示转换结束。OE 为低电平时，表示正在转换，为高电平时，允许转换结果输出。第 4 页共 15 页

杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计 ADC0809 的主要性能： ◆逐次比较型 ◆CMOS 工艺制造 ◆单电源供电 ◆无需零点和满刻度调整 ◆具有三态锁存输出缓冲器，输出与 TTL 兼容 ◆易与各种微控制器接口 ◆具有锁存控制的 8 路模拟开关 ◆分辨率：8 位 ◆功耗：15mW ◆最大不可调误差小于±1LSB ◆转换时间 128us ◆转换精度：±0.4% ◆ADC0809 没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为 10~1280kHZ，典型的时钟频率为 640kHZ。 5.5 ADC0809 的接线图此电路图主要接线将八路输入模拟信号转换为数字信号，为数据处理及监控模块提供输入信号。第 5 页共 15 页

杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计 5.6 ADC0809 与 51 单片机的接口由于 ADC0809 无片内时钟，时钟信号有 51 单片机的 ALE 信号经 D 触发器二分频后获得。此外，由于 ADC0809 内部设有地址锁存器，所以通道地址由 P0 口的低 3 位直接与 ADC0809 的 A B C 相连。通道基本地址为 0000H~0007H。其对应关系如下表所示：地址码输入通道 C 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 表 5-6-1 ADC0809 输入通道地址 ADC0809 与 51 单片机的接口方法： ADC0809 与 51 单片机的接口有 3 种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本题中选用中断接口方式。由于 ADC0809 无片内时钟，时钟信号时可由单片机的 ALE 信号经 D 触发器二分频后获得。ALE 引脚得脉冲频率是 8051 时钟频率的 1/6.该题目中单片机时钟频率采用 6MHz，则 ALE 输出的频率是 1MHz，二分频后为 500Hz，符合 ADC0809 对频率的要求。由于 ADC0809 内部没有地址锁存器，所以通道地址有 P0 口的低 3 位直接与 ADC0809 的 A,B,C 相连。通道基本地址为 0000H~0007H。控制信号：将 P2.7 作为片选信号，在启动 A/D 转换时。由单片机的写信号和 P2.7 控制 ADC 的地址锁存和启动转换。由于 ALE 和 START 连在一起，因此 ADC0809 在锁存通道地址的同时也启动转换。在读取转换结果时，用单片机的读信号 RD 和 P2.7 引脚经或非门后，产第 6 页共 15 页

杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计生正脉冲作为 OE 信号用一打开三态输出锁存器。 ADC0809 与 51 单片机的接口电路如图所示： 5.7 控制器、振荡源和复位电路复位电路即使电路回复到初始状态，是单片机经常的工作状态。单片机振荡电路的振荡周期和时钟电路的时钟周期决定了 CPU 的时序。复位电路：采用上电外部复位电路图 5-7-1 上电外部复位电路 5.8 键盘与显示电路图 5-7-2 内部振荡器方式键盘由一组常开按键开关组成，键盘系统的主要工作包括及时发现有键闭合，并做出相应的处理。本系统采用中断方式的开关代替键盘，完成采集通道的选择。硬件逻辑如下图所示。第 7 页共 15 页

杭州电子科技大学信息工程学院电子信息工程课程设计图 5-8-1 键盘硬件电路显示部分为八个共阴极的七段 LED 显示器，8 个七段 LED 的 a~dp 字段的引脚分别由 8 个 OC 门同相驱动器驱动。OC 门驱动器用 7407，当 7407 输出低电平时，没有电流流过 LED，当 7407 输出为开路状态时，电流经 100  限流电阻流入 LED 显示器，每个七段 LED 的公共端都接一个反相驱动器，反相驱动器使用 75452，当某一字段需要亮时，该 LED 公共端的反相驱动器必须是低电平输出，并且这一字段的同相驱动器必须是高电平输出。单片机通过 8155 接口芯片的 A 口的位选，经 B 口确定那些字段 LED 发光。第 8 页共 15 页

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