單片機(jī)+ADC0808的8路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 含仿真與源碼

ID:345053 · 發(fā)表于 2018-6-4 23:28

設(shè)計(jì)了一個(gè)關(guān)于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的作品，采用數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了8路數(shù)據(jù)采集功能和輸出模擬信號的功能

單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)

摘要：設(shè)計(jì)了一個(gè)關(guān)于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)的作品，采用數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了8路數(shù)據(jù)采集功能和輸出模擬信號的功能

1 課題意義

單片機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)不只是應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域,如鋼鐵、電力、化工,還廣泛用于食品,醫(yī)藥、建筑、科研等行業(yè)。

在一些工業(yè)現(xiàn)場中，設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行容易出現(xiàn)故障，為了監(jiān)控這些設(shè)備，通常利用數(shù)據(jù)采集裝置采集他們運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)并送給PC機(jī)，通過運(yùn)行在PC機(jī)上的特定軟件對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以此判斷當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備的狀況，進(jìn)而采取相應(yīng)措施。

實(shí)時(shí)采集來自生產(chǎn)線的產(chǎn)量數(shù)據(jù)或是不良品的數(shù)量、或是生產(chǎn)線的故障類型（如停線、缺料、品質(zhì)），并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫系統(tǒng)中；接收來自數(shù)據(jù)庫的信息：如生產(chǎn)計(jì)劃信息、物料信息等；傳輸檢查工位的不良品名稱及數(shù)量信息；連接檢測儀器，實(shí)現(xiàn)檢測儀器數(shù)字化，數(shù)據(jù)采集儀自動(dòng)從測量儀器中獲取測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行記錄，分析計(jì)算，對測量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)判斷。

2 總體設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)基本要求：

1)可實(shí)現(xiàn)8路數(shù)據(jù)的采集，假設(shè)８路信號均為0-5V的電壓信號；

2)采集數(shù)據(jù)可通過數(shù)碼管顯示，顯示格式為：[通道號] 電壓值，如 [０１] ４.5

3)具有異常數(shù)據(jù)聲音報(bào)警功能：對第一路數(shù)據(jù)可設(shè)置正常數(shù)據(jù)的上限值和下限值，當(dāng)采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，發(fā)出報(bào)警信號。

4)可輸出頻率為1kHZ的方波，三角波。

根據(jù)上述要求，設(shè)計(jì)思路如下

選擇單片機(jī)與A/D轉(zhuǎn)換芯片結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。使用的基本元器件是：AT89C51單片機(jī)，ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，74ls373地址鎖存器，74ls13譯碼器，74ls148編碼器，8位數(shù)碼管，按鍵，電容，電阻，晶振，蜂鳴器等。

數(shù)字電壓測量電路由A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。A/D轉(zhuǎn)換由集成電路ADC0808完成。ADC0809具有8路擬輸入端口，地址線（IN0-IN7腳）可決定對哪一路模擬輸入作A/D換。ALE腳為地址鎖存控制，當(dāng)輸入為高電平時(shí)，對地址信號進(jìn)行鎖存。START腳為測試控制，當(dāng)輸入一個(gè)2uS寬高電平脈沖時(shí)，就開始A/D轉(zhuǎn)換。EOC腳為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，7腳輸出高電平。OE腳為A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出允許控制，當(dāng)OE腳為高電平時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)從該端口輸出。CLK腳為0809的時(shí)鐘輸入端。單片機(jī)的P0.0~P0.7、P3端口作8為數(shù)碼管顯示控制。P2端口作A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀入用，P3.0端口用作0809的A/D轉(zhuǎn)換控制。通過對單片機(jī)p1.5-1.7口置低電平控制數(shù)碼管亮燈，p3.1口置低電平時(shí)蜂鳴器報(bào)警。

模擬信號輸出電路由D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示控制等組成。D/A轉(zhuǎn)換集成電路有DAC0832完成。DAC0832具有8個(gè)數(shù)字入端口，地址線（D0-D7腳）有8個(gè)端口的數(shù)字輸入作D/A轉(zhuǎn)換。Cs和WR端控制ADC0832轉(zhuǎn)換。RFB端負(fù)責(zé)輸出模擬信號。

2.1.1 方案

A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來說，可以分為8位、10位、12位和16位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價(jià)格也就越貴。A/D轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。

(1)逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾微秒到幾百微秒之間。

(2)雙積分A/D轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，精度比較高，缺點(diǎn)是數(shù)度很慢，適用于對轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。

(3)并行式A/D轉(zhuǎn)換器：它又被稱為flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換數(shù)度很高，但她采用了很多個(gè)比較器，而n位的轉(zhuǎn)換就需要2n-1個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也很貴，只適用于視頻A/D轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域。

方案確立

鑒于上面三種方案，在價(jià)格、轉(zhuǎn)換速度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計(jì)選用的是逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器——ADC0808。

2.2 設(shè)計(jì)方框圖

3 設(shè)計(jì)原理分析

AT89C51芯片是主控電路負(fù)責(zé)控制模擬電路0832和采集電路0808的工作。模擬信號經(jīng)過采集電路后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號反饋到主控電路AT89C51中，主控電路AT89C51將反饋的模擬信號在顯示電路中顯示出來。警報(bào)電路通過主控電路AT89C51比較數(shù)據(jù)后的結(jié)果決定是否進(jìn)行警報(bào)工作。

ADC/DAC功能選擇模塊：

通過P1^0端口進(jìn)行控制，當(dāng)P1^0端口置高電平時(shí)進(jìn)行ADC轉(zhuǎn)換，當(dāng)P1^0端口置低電平時(shí)進(jìn)行DAC轉(zhuǎn)換。P1^0端口控制了74LS373的使能端電平，進(jìn)而控制ADC/DAC功能選擇。

while(1)

{

if(P1_0==1)//判斷DAC和ADC

ADCC(); //ADC轉(zhuǎn)換

else

DAC();//DCA轉(zhuǎn)換

}

DAC功能模塊：

模擬信號通過模擬信號輸入端口IN0-IN7輸入到ADC0808芯片中，OUT0-7數(shù)字信號輸出端口將數(shù)字信號輸送到74LS237鎖存器中，再把信號送到P2端口；

信道選擇功能模塊：

數(shù)字鍵盤0-7把低電平輸出到74LS148編碼器中，再通過編碼器輸出相應(yīng)的信號控制ADC0808的模擬信道選擇地址。

顯示功能模塊：

P1^5-P1^7端口通過輸出信號到74LS138譯碼器中，譯碼器輸出信號到數(shù)碼管位選段從而控制顯示。P0^0-P0^7端口送數(shù)字信號經(jīng)過74LS373鎖存器到數(shù)碼管顯示區(qū)中進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字顯示。

for(i=0;i<8;i++)
{
P1_4=1;
P1_7=a1[i];//送位選碼
P1_6=b1[i];
P1_5=c1[i];
P0=buf[i]; //數(shù)據(jù)顯示
delay(2);//亮一段時(shí)間
P1_4=0;//熄滅掉,否則會(huì)形成亮段碼干擾
}

復(fù)制代碼

警報(bào)功能模塊：

通過比較P2端接受的數(shù)字信號和上下限的大小，P3^1輸出相應(yīng)的電平控制蜂鳴器。P3^1輸出的低電平蜂鳴器工作，輸出高電平蜂鳴器不工作。

P3_1=1; //蜂鳴器不鳴

if(vv>=MAX)

{

P3_1=0;//蜂鳴器響

}

if(vv<=MIN)

{

P3_1=0;//蜂鳴器響

}

DAC功能模塊：

P0^0-P0^7端口輸出數(shù)字信號經(jīng)過鎖存器74LS373到DAC0832的信號接受端D0-D7中。Cs和WR端控制ADC0832轉(zhuǎn)換。RFB端負(fù)責(zé)輸出模擬信號。

void DAC()
{
P3_1=1;
while(1) //三角波
{
if(P3_7==1)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<250;i++)
{
DAC0832=i;
}
for(i=250;i>1;i--)
{
DAC0832=i;
}
}
else //方波
{
unsigned char i;
for(i=0;i<250;i++)
{
DAC0832=250;
}
for(i=0;i<250;i++)
{
DAC0832=0;
}
}
if(P1_0!=0) //判斷是否終止DAC
break; //終止DAC
}
}

復(fù)制代碼

3.1 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)

時(shí)鐘電路由一個(gè)12MHZ晶振和兩個(gè)30pF電容C1和C2組成。

3.2 控制電路的設(shè)計(jì)

控制電路有AT89C51芯片的I/O通過輸出高低電平到各個(gè)器件的使能端中進(jìn)行相應(yīng)的控制。

4 測試

測試方法：分功能逐一測試；

測試過程：

先測試ADC轉(zhuǎn)換功能是否可以執(zhí)行。在模數(shù)轉(zhuǎn)換中發(fā)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果與測試所用測試電壓不一致，在仿真中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果輸送到單片機(jī)中只有一瞬間，嚴(yán)重影響單片機(jī)AT89C51數(shù)據(jù)接受。通過添加一個(gè)74LS273鎖存器對傳輸結(jié)果進(jìn)行保持，解決上述問題。測試結(jié)果：在模數(shù)轉(zhuǎn)換中模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果與測試所用測試電壓一致。
測試顯示功能。通過觀察顯示的結(jié)果與測試數(shù)據(jù)是否相同。針對顯示閃爍，對顯示程序中的延時(shí)進(jìn)行調(diào)整。測試通過。測試結(jié)果：通過觀察顯示的結(jié)果與測試數(shù)據(jù)相同。
測試信道選擇功能。通過對比所選擇的信號是否與測試信號一一對應(yīng)。測試通過。測試結(jié)果：

通過對比所選擇的信號與測試信號一一對應(yīng)。

測試警報(bào)功能。通過不斷的調(diào)整輸入模擬信號來測試警報(bào)系統(tǒng)是否會(huì)在設(shè)定的先下限定中發(fā)出警報(bào)。測試通過。測試結(jié)果模擬信號在超過設(shè)定的先下限定中發(fā)出警報(bào)，正常狀態(tài)下不發(fā)出警報(bào)。
DAC功能測試。通過示波器觀察輸出信號與編程所需信號是否一致。測試通過。結(jié)果：通過示波器觀察輸出信號與編程所需信號一致。

5 總結(jié)

本課題的主要功能是模擬信號采集并轉(zhuǎn)換功能和數(shù)模轉(zhuǎn)換功能。模擬信號采集和轉(zhuǎn)換功能可以應(yīng)用在醫(yī)療中用于采集人體的微電流在轉(zhuǎn)換信號輸出于PC端進(jìn)行觀看。數(shù)模功能可以應(yīng)用在揚(yáng)聲器中。

整個(gè)設(shè)計(jì)通過后繼的完善應(yīng)該可以以達(dá)到將模擬信號采集后進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，將對應(yīng)信息顯示在數(shù)碼管中進(jìn)行觀察。將數(shù)字信號超出設(shè)置的上下限信號會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒工作人員。同時(shí)也可以將收集到的信號進(jìn)行判斷，后輸出相應(yīng)波形的模擬信號。其中8路的信號采集通道可以通過按鍵進(jìn)行選擇，信號報(bào)警上下限也可以通過按鍵進(jìn)行調(diào)整。

參考文獻(xiàn)

[1]　李繼凱.數(shù)字電子技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)出版社，2016

[2]　楊立生.單片機(jī)原理與應(yīng)用項(xiàng)目教程［Ｍ］.武漢：武漢大學(xué)出版社，2015

[3]　閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）. 北京：高等教育出版社，1989

[4]　廖常初.現(xiàn)場總線概述［J］.電工技術(shù)，1999.6

附錄

單片機(jī)源程序如下:

#include <reg51.h>
#include <absacc.h>
#define DAC0832 XBYTE[0XFFFE] // DAC0832的地址
unsigned char code zixing[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F};//0-9
unsigned char code zixing1[]={0xbF,0x86,0xdB,0xcF,0xe6,0xeD,0xfD,0x87,0xfF,0xeF}; //0-9
unsigned char buf[]={0x3f,0x3f,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00} ; //顯示緩沖區(qū)
unsigned char c1[]={1,1,1,1,0,0,0,0}; //數(shù)碼管選位
unsigned char b1[]={1,1,0,0,1,1,0,0}; //數(shù)碼管選位
unsigned char a1[]={1,0,1,0,1,0,1,0}; //數(shù)碼管選位
unsigned char ad_data;//定義成全局變量，以便主函數(shù)和中斷函數(shù)都能引用
unsigned char i,j;
unsigned char TD;
unsigned int MAX;
unsigned int MIN;
unsigned int dig,dd;
unsigned int Aa,Bb,Cc,xuhao,df;
long int vv;
sbit P3_0=P3^0;
sbit P3_1=P3^1;
sbit P3_4=P3^4;
sbit P3_7=P3^7;
sbit P1_0=P1^0;
sbit P1_1=P1^1;
sbit P1_2=P1^2;
sbit P1_3=P1^3;
sbit P1_4=P1^4;
sbit P1_5=P1^5;
sbit P1_6=P1^6;
sbit P1_7=P1^7;
void delay(unsigned int time); //子程序聲明
void ADC();
void xianshi();
void xianding();
void jingbao();
void ADCC();
void DAC();
void main()
{ EA=1;
EX0=1;
EX1=1;
ET0=1;
ET1=1;
IT0=1;
IT1=1;
PX0=1;
MAX=40; //電壓上限賦初值
MIN=10; //電壓下限賦初值
while(1)
{
if(P1_0==1)//判斷DAC和ADC
ADCC(); //ADC轉(zhuǎn)換
else
DAC();//DCA轉(zhuǎn)換
}
}//main end
void delay(unsigned int time) //延時(shí)
{
unsigned int i,j;
for(i=0;i<time;i++)
for(j=0;j<60;j++) ;
}
void ADC() //模數(shù)轉(zhuǎn)換程序
{
TD=P3;
Aa=Bb=Cc=0;
if(P1_3==1)
{
Cc=4;
}
if(P1_2==1)
{
Bb=2;
}
if(P1_1==1)
{
Aa=1;
}
xuhao=Aa+Bb+Cc;//信道序號
buf[1]=zixing[xuhao];//將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字型碼放入顯示緩沖區(qū)
ad_data=P2;//讀取轉(zhuǎn)換完成的數(shù)字量
vv=(5*ad_data/255.0)*10;//擴(kuò)大10以便顯示出小數(shù)點(diǎn)后的1位數(shù)
//除以255.0時(shí)先轉(zhuǎn)換成浮點(diǎn)數(shù),而乘10后,又將乘積的結(jié)果浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換成整型數(shù)
dig=vv%10;//取模要余數(shù)得出低位
buf[3]=zixing[dig];//將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字型碼放入顯示緩沖區(qū)
dig=vv/10;//求商
buf[2]=zixing1[dig]; //將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字型碼放入顯示緩沖區(qū)
}
void xianshi() //數(shù)碼管顯示程序
{
for(i=0;i<8;i++)
{
P1_4=1;
P1_7=a1[i];//送位選碼
P1_6=b1[i];
P1_5=c1[i];
P0=buf[i]; //數(shù)據(jù)顯示
delay(2);//亮一段時(shí)間
P1_4=0;//熄滅掉,否則會(huì)形成亮段碼干擾
}
}
void jingbao() //警報(bào)程序
{
P3_1=1; //蜂鳴器不鳴
if(vv>=MAX)
{
P3_1=0;//蜂鳴器響
}
if(vv<=MIN)
{
P3_1=0;//蜂鳴器響
}
}
void up() interrupt 0 //上限電壓調(diào)整中斷
{
if(P3_4==1)
{
MAX++;
}
else
{
MAX--;
}
}
void down() interrupt 2 //下限電壓調(diào)整中斷
{
if(P3_4==1)
{
MIN++;
}
else
{
MIN--;
}
}
void xianding() //上下限警報(bào)電壓掃描程序
{
dd=MAX/10; //求商
buf[4]=zixing1[dd]; //將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字型碼放入顯示緩沖區(qū)
dd=MAX%10; //取模要余數(shù)得出低位
buf[5]=zixing[dd]; //將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字型碼放入顯示緩沖區(qū)
dd=MIN/10; //求商
buf[6]=zixing1[dd]; //將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字型碼放入顯示緩沖區(qū)
dd=MIN%10; //取模要余數(shù)得出低位
buf[7]=zixing[dd]; //將數(shù)字轉(zhuǎn)換成字型碼放入顯示緩沖區(qū)
}
void ADCC()
{
while(1)
{
P3_0=0;
P3_0=1;
P3_0=0; //ADC0808轉(zhuǎn)換開始
if(TD!=P3) //檢測adc轉(zhuǎn)換信道是否發(fā)生變化
{
ADC();//模數(shù)轉(zhuǎn)換程序
}
if(ad_data!=P2) //檢測adc轉(zhuǎn)換信號是否發(fā)生變化
{
ADC(); //模數(shù)轉(zhuǎn)換程序
}
xianding(); //上下限警報(bào)電壓設(shè)置程序
jingbao(); //警報(bào)程序
xianshi(); //數(shù)碼管顯示程序
if(P1_0!=1)//判斷是否終止ADC
break; //終止ADC
}
}
void DAC()
{
P3_1=1;
while(1) //三角波
{
if(P3_7==1)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<250;i++)
{
DAC0832=i;
}
for(i=250;i>1;i--)
……………………
…………限于本文篇幅余下代碼請從51黑下載附件…………

復(fù)制代碼

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ID:253209 · 發(fā)表于 2018-6-5 23:21

感謝分享，，正好需要,Keil5編譯成功了

ID:8455 · 發(fā)表于 2018-6-6 17:00

多謝分享，學(xué)習(xí)下。

ID:566495 · 發(fā)表于 2019-6-19 10:11

很棒正好需要

ID:612661 · 發(fā)表于 2019-9-17 16:51

感謝分享

ID:612661 · 發(fā)表于 2019-9-17 16:55

感謝分享，正好需要

ID:612661 · 發(fā)表于 2019-9-18 09:13

感謝分享

ID:936097 · 發(fā)表于 2021-6-10 16:16

你好我用這個(gè)程序在WORD這報(bào)錯(cuò)怎么辦呢

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