基于单片机的模拟量数据采集系统设计本科毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的模拟量数据采集系统设计本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

拟信号转化为数字信号，以便于单片机的处理。 ADC0808 将数字信号传送给单片机，单片机对信号进行采集，之后传送到上位机上，上位机对传送来的采集信号进行显示。 PC 给单片机发送信号，完成通信，单片机开始接收信号。 逐次的发送给 A/D 转换器，将模拟信号转换为数字信号，传送给单片机进 行处理，然后通过上位机进行显示。 方案设计原则 本次设计方案应符合以下原则： 经济合理。 系统的硬件设计中，一定要注意在满足性能指标的前提下，尽可能的减少成本 ； 安全可靠。 选择元器件时要考虑到周围环境的影响，以保证在规定的工作环境下，系统性能稳定，工作可靠 ； 有足够的抗干扰能力。 有完善的抗干扰能力，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件 ； 可扩展性 ； 操作 性能好 ， 方便 用户使用。 方案 设计 根据课题 的 要求， 本系统 是 通过 PC 机 来控制 模拟量 的采集及其显示。 数据输入系统将模 拟信号发送到 ADC0808,ADC0808 将信号输入系统发送来的模拟信号转化为数字信号，以便于单片机的处理。 ADC0808 将数字信号传送给单片机，单片机对信号进行采集，之后传送到上位机上，上位机对传送来的采集信号进行显示。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 8 图 设计方案结构框图 PC给单片机发送信号，完成通信，单片机开始接收信号，信号的输入将模拟信，逐次的发送给 A/D 转换器，将模拟信号转换为数字信号，传送给单片机进行处理，然后通过上位机进行显示。 这个设计方案有较高的可行性，不 受环境的影响， 系统硬件 体积小、精度高、 性能稳定、操作方便、 运行操作简单、 设计成本较低。 由于 采用的器件都是已经非常普遍的器件，大多数已经批量生产，并且价格也十分低廉，如 AT89C52 单片机 和 MAX232等。 这就意味着所选择使用的器件功能比较强大、稳定，尤其是本次设计的核心元件AT89C52 单片机，软件配合度高，并具有种类齐全的支持芯片。 这类微处理器既可用作控制器又适合于做数据处理，而且成本也甚是低廉。 上位机 下位机 PC机 单片机 A/D转换器 模拟信号输入 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 9 3 系统 硬件设计与设备选型 根据课题要求 单片机 采用 AT89C52 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（ PEROM）和 256 byTES。 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8 位中央处理器（ CPU ）和 FLASH 由存储单元，功能强大 AT89C52 单片适用于许多较为复杂控制应用场合。 图 总体方案结构图 单片机模块 模拟信号采集 系统 硬件设计中 的单片机就是整个 下 位机 系统的 处理核心。 它在一块芯片上集成了中央处理部件 (CPU)存储器 (RAM、 ROM)、定时器、计数器和各种输入输出接口 (如并行 I/O 口，串行 I/O，和 A/D 转换器 )等，单片机本身就是为实时控制应用而设计制造的。 AT89C52 PC机 串口 复位电路 时钟电路 A/D 转换 输入 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 10 3. AT89C52 介绍 AT89C52 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（ PEROM）和 256 byTES。 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准 MCS51 指令系统及 8052 产品引脚兼容，片内置通用 8位中央处理器（ CPU ）和 FLASH 由存储单元，功能强大 AT89C52 单片适用于许多较为复杂控制应用场合。 主要性能参数： 与 Mcs51 产品指令和引脚完全兼容。 8字节可重擦写 FLASH 闪速存储器 1000 次擦写周期 全静态操作： 0HZ24MHZ 三级加密程序存储器 256X8 字节内部 RAM 32个可编程 I/0 口线 3个 16 位定时／计数器 8个中断源 可编程串行 UART 通道。 CPURO M串行接口并行 I / O 口定时器 / 计数器RA M时钟电路中断系统P 0 P 1 P 2 P 3 T XD RX D I NT 0I NT 1 图 51 单片 机的内部功能模块 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 11 其中： CPU 单片机的核心部分 ROM 内部数据存储器 RAM 外部数据存储器 P0、 P P P3 并行 I/O 端口 TXD 串行数据发送口 RXD 串行数据接收口 功能特性： AT89C52 提供以下标准功能： 8字节 FLASH 闪速存储器， 256 字竹内部 RAM , 32个 I/O 口线， 3 个 16 位定时／计数器，一个 6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。 同时， AT89c52 可降至 OHz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。 空闲方式停止 CPU 的工作，但允许 RAM，定时／计数器．串行通信口及中断系统继续工作。 掉电方式保存 RAM 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位 . 功能引脚说明： Vcc:电源电压 GND:地 P0： P0 口是一组 8位漏极开路型双向 1/O 口，也即地址 /数据总线复用口。 作为输出口用时．每位能吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，对端口 P0 写“ 1”时，可作为高阻抗输入端用。 在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部 上拉电阻。 在 FLASH 由编程时， P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字 节，校验时，要求外接上拉电阻。 P1 口： PI 是一个带内部上拉电阻的 8位双向 I/O口， Pl 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4个 TTL逻辑门电路。 对端口写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。 作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻某个引脚被外沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 12 部信号拉低时会输出一个电流 IIL 与 AT89C51 不同之处是， 和 还可分别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ ）和输入（ )。 FLASH 编程和程序校验期间， Pl接收低 8位地址 P2口：是一个带有内部上拉电阻的 8位双向 I/O 口， P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑电路。 对端口 P2 写“ l，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流（ llt ）。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOvx@DPTR 指令）时， P2 送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器、如执行 MOVX@RI指令）时， P2 口输出 P2 锁 存器的内容。 P3口： P3 口是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P3口输出缓冲级可驱动 (吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路。 对 P3 口写入“ 1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 此时，被外部拉低的 P3口将用上拉电阻输出电流（ IIL) . P3口除了作为一般的 I/0 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： 表 P3 口功能表 端口引脚 第二功能 RXD（串行输入口） TXD（串行输出口〕 INTO（外中断 0〕 INTO（外中断 l) TO （定时／计数器 0 ) Tl （定时／计数器 l ) WR（外部数据存储器写选通） RD（外部数据存储器读选通） 此外， P3 口还接收一些用于 FLASH 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST：复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE(地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节．一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6输出固定的脉冲信号，因此它可对外 输出时钟或用于定时目的。 要注意的是：每当访问外部数据存储器时将跳过一个 ALE 脉冲。 沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 13 对 Flash 存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 (PROG)。 如有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位．可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只有一条 MOVX 和 MOVC 指令才能将 ALE 激活 ,此外，该引脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 禁止位无效。 PSEN：程序储存允许 PSEN 输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89C52 由外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器 (地址为 0000HFFFFH ) , EA 端必须保持低电平 (接地）．需注意 的是：如果加密位 LBI 被编程，复位时内部会锁存 EA 端状态。 如 EA 端为高电平（接 Vcc 端） , CPU 则执行内部程序存储器中的指令。 flash 存储器编程时，该引脚加上 +12V 的编程允许电源 VPP ，当然这必须是该器件是使用 12V 编程电压 VPP。 XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生 器的输入端． XTAL1：振荡器反相放大器的输出端。 特殊功能寄存器： 在 AT89C52 片内存储器中， 80HFFH 共 128 个单元为特殊功能寄存器（ SFE ) , SFR的地址空间映象如表 2 所示。 并非所有的地址都被定义，从 80HFFH 共 128 个字节只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。 对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数位将不确定，而写入的数据也将丢失。 不应将数据 1写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“ 0”。 中断寄存器： AT89C52 有 6个中断源， 2 个中断优先级， lE 寄存器控制各中断位， lP 寄存器中6 个中断源的每一个可定为 2个优先级。 数据存储器 ： AT89C52 有 256 个字节的内部 RAM , 80H－ FFH 高 128 个字节与特殊功能寄存器（ SFR）地址是重叠的，也就是高 128 字竹的 RAM 和殊功能寄存器的地址是相同的，沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文） 14 但物理上它们是分开的。 当一条指令访问 7FH 以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高 128字节 RAM还是访问特殊功能寄存器。 如果指令是直接寻址方式则为访问特殊功能寄存器． 定时器 O 和定时器 1： AT89C52 的定时器 O和定时器 1的工作方式与 AT89C51 相同。 定时 2： 定时器 2 是一个 16 位定时计数器。 它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器 T2CON（如表 3 ）的 C/T2 位选择。 定时器2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位来选择。 定时器 2 由两个 8 位寄存器 TH2和 TL2 组成，在定时器工作方式中，每个机器周期 TL2 寄存器的值加 1 ，由于一个机器周期由 12个振荡时钟构成，因此，计数 速率为振荡频率的 1/l2。 在计数工作方式时，当 T2引脚上外部输入信号产生由 1 至 O 的下降沿时，寄存器的值加 1，在这种工作方式下，每个机器周期的 5SP2 期间，对外部输入进行采样。 若在第一个机器周期中采到的值为 1，而在下一个机器周期中采到的值为 0 , 则在紧跟着的下一个周期的 S3P1 期间寄存器加 l。 由于识别 1 至 0 的跳变需要 2个机器周期（ 24 个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的 1/24 ．为确保采样的正确性，要求输入的电平在 变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次。 捕获方式： 在捕获方式下，通过 T2CON 控制位以 EXEN2 来选择 两种方式。 如果 ExEN2=0，定时器 2是一个 16位定时器或计数器，计数溢出时，对 T2CON 溢出标志 TFZ置位，同到激活中断。 如果 EXEN2=1，定时器 2 完成相同的操作，而当 T2EX。