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多路数据采集系统归类.pdf
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2022-02-04
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《多路数据采集系统归类》的文档主要讨论了单片机在数据采集系统中的应用,特别是MCS-51系列单片机及其与模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)的接口设计。MCS-51单片机因其易学、性价比高等特点,在实时控制和智能仪表领域广泛应用。在单片机系统中,模拟量需通过ADC转化为数字量,而数字量则通过DAC转化为模拟量,以便进行处理和显示。 文档中提出了两种设计方案。方案一采用AD590温度传感器将温度转化为电压,通过ADC0809进行模数转换,然后由AT89S51单片机进行数据采集和存储。处理后的数据再经DAC0832数模转换,最终通过LED显示。方案二与方案一类似,但将ADC0809替换为LM331N电压频率转换器,利用单片机内部计数器对频率进行计数,从而确定温度值。尽管两个方案成本相当,但方案一能采集8路数据,且速度和精度较高,因此被选为设计实施的方案。 在单元模块设计部分,文档详细介绍了测温电路和复位电路。测温电路中,AD590的电流与温度成正比,通过调整电位器R2和R4可以校准零点和增益,确保在特定温度下的准确输出。复位电路则是单片机系统的重要组成部分,通过向RESET引脚提供至少2个机器周期的高电平信号,可以初始化MCS-51单片机,使其从0000H地址开始执行程序。 这篇文档详细阐述了基于MCS-51单片机的多路数据采集系统设计,包括模数和数模转换器的选择与应用,以及关键电路的配置和调试。这样的系统广泛应用于工业控制、检测和仪表领域,通过模拟量与数字量的相互转换,实现对物理参数的有效监测和控制。
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西华大学课程设计说明书
1 前言
单片机自 20 世纪 70 年代问世以来,作为微机算机一个很重要的分支,应用广泛,
发展迅速,已对人类社会产生了巨大的影响。尤其是美国 Intel 公司产生的 MCS-51系
列单片机,由于其具有集成度高,处理功能强,可靠性好,系统结构简单,价格低廉,
易于使用等优点,在我国已经得到广泛的应用,在智能仪器仪表,工业检测控制,电力
电子,机电一体化等方面取得了令人瞩目的成果。尽管目前已有世界各大公司研制的各
种高性能的不同型号的单片机不断问世,但由于 MCS-51单片机易于学习,掌握,性能
价格比高,另外,以 MCS-51单片机基本内核为核心的各种扩展型,增强型的单片机不
断推出,所以在今后若干年内, MCS-51系列单片机仍是我国在单片机应用领域首选的机
型。
在单片机的实时控制和智能仪表等应用系统中,控制或测量对象的有关变量,往往
是一些连续变化的模拟量,如温度,压力,流量,速度等物理量。这些模拟量必须转换
成数字量后才能输入到单片机中进行处理。单片机处理的结果,也常常需要转换为模拟
信号。若输入的是非电信号,还需要经过传感器转换成模拟电信号。实现模拟量转换成
数字量的器件称为模数转换器( ADC),数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器
(DAC)。
在大规模集成电路技术迅速发展的今天,对于单片机应用系统的设计人员来说。只
需要合理地选用商品化的大规模 A/D,D/A 集成电路芯片,了解他们的引脚,功能以及与
单片机的接口方法。 本设计将着重从应用的角度,介绍典型的 D/A,A/D 集成电路芯片
同 MCS-51的硬件接口设计及软件的设计。
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西华大学课程设计说明书
2 总体方案设计
2.1 方案论证
图 2.1 方案一原理图
图 2.2 方案二原理图
方案一:本方案以单片机为核心系统,工作原理是首先用温度传感器 AD590把现场
温度转变成与现场温度成线性关系的电压, 转变的电压再由 ADC0809模数转换器转换成
数字量,再通过 AT89S51单片机采集数字量并存储起来,单片机把采集回来的数据经过
处理又再次传送到 DAC0832模数转换器进行转换,把数字量转变成模拟量。并同时把采
AD590
温 度 转
换系统
ADC080
9 模数转
换器
AT89S51
单 片 机 采
集系统
DAC0832
数 模 转 换
器
CD4511 译
码 器 译 码
电路
LED
显 示
电路
AD590
温 度 转
换系统
AT89S51
单 片 机 采
集系统
频 率 电
压 转 换
器
CD4511 译
码 器 译 码
电路
LED
显 示
电路
LM331
N 电 压
频 率 转
换器
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西华大学课程设计说明书
集的数据通过 LED显示电路显示出来!
方案二:本方案跟方案一一样同样以 AT89S51单片机为核心,工作原理大致一样都
是先用温度传感器 AD590把现场温度转变成与现场温度成线性关系的电压, 转变的电压
通过 LM331N电压频率转换器转变成频率,利用 AT89S51单片机内部的计数器对频率进
行计数,通过计数的大小来确定采集的温度大小,并同样单片机把采集回来的数据经过
处理又再次传送到 DAC0832模数转换器进行转换,把数字量转变成模拟量。并同时把采
集的数据通过 LED显示电路显示出来!
2.2 方案比较选择
方案一和方案二的工作原理大致一样,不同之处是采用 ADC0809模数转换器还是
LM331N电压频率转换器对温度的转换。 两方案的成本大致一样, 但是使用方案一可以采
集 8 路数据,并且采集速度,精度都相对方案二高。所以本次设计选择方案一。
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西华大学课程设计说明书
3 单元模块设计
3.1 测温电路
图 3.1 测温电路
如图 3.1 所示,电位器 R
2
用于调整零点, R
4
用于调整运放 LF355的增益。调整方
法如下:在 0℃时调整 R2,使输出 V0=0,然后在 100℃时调整 R4使 V0=100mV。如此反复
调整多次, 直至 0℃时,V0=0mV,100℃时 V0=100mV为止。最后在室温下进行校验。 例如,
若室温为 25℃,那么 V0 应为 25mV。冰水混合物是 0℃环境,沸水为 100℃环境。
因为流过 AD590的电流与热力学温度成正比,当电阻 R
1
和电位器 R
2
的电阻之和为
1kΩ时,输出电压 V
0
随温度的变化为 1mV/K。但由于 AD590的增益有偏差,电阻也有偏
差,因此应对电路进行调整,调整的方法为:把 AD590放于冰水混合物中,调整电位器
R
2
,使 V
0
=273.2+25=298.2 (mV)。但这样调整只保证在 0℃或 25℃附近有较高的精度。
3.2 复位电路
图 3.2 复位电路
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复位是单片机的初始化操作, 只要给 RESET引脚加上 2 个机器周期以上的高电平信
号,就可使 MCS—51 单片机复位。复位的主要功能是把 PC初始化为 0000H,使 MCS—51
单片机从 0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行
出错或操作错误使系统处于死锁状态,为摆脱死锁状态,也需按复位键重新启动。
单片机的复位电路通常采用上电复位和按钮复位的两种方式。 本设计采用图 3.4 上
电复位电路 . 上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。只要 Vcc 的上升
时间不超过 1ms,就可以实现自动上电复位。
除 PC之外,复位操作还对其它寄存器有影响,他们的复位状态如表 3.1 所示,由
表可以看出来,复位时, SP = 07H;4 个 I/O 端口 P0-P3 的引脚均为高电平,这在某些
控制应用中,要考虑到引脚的高电平对外部控制电路的影响。
寄存器 复位状态 寄存器 复位状态
PC 0000H TMOD 00H
Acc 00H TCON 00H
PSW 00H TH0 00H
B 00H TL0 00H
SP 07H TH1 00H
DPTR 0000H TL1 00H
P0-P3 FFH SCON 00H
IP XXX00000B SBUF XXXXXXXXB
IE 0XX00000B PCON 0XXX0000B
表 3.1 复位时片内各寄存器的状态
3.3 时钟电路
图 3.3 时钟电路
时钟是单片机的心脏,单片机各功能部件的运行都是以时钟频率为基准,有条不紊
地一拍一拍地工作。因此,时钟频率直接影响单片机的速度,时钟电路的质量也直接影
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cyh76339129
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