基于at89c52单片机的数据采集系统的设计

基于at89c52单片机的数据采集系统的设计内容摘要：

12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40JP2AT89C52STEOCRD1KR1KR3S10SWPB100pFC2GNDVCC 图 33 单片机 时钟和复位电路 A/D 转换模块 在我们所采集的信号中大多是连续变化的物理量，而要对各种信号进行处理 ,则需要将其转换为计算机能处理的数字量， A/D 转换器就是将连续变化的模拟量转换成计算机能接受的数字量。 A/D 模数转换的选择 A/D 转换器的 种类很多，就位数来说，可以分为 8 位、 10 位、 12 位和 16 位等。 位数越高其分辨率就越高，价格 也就越贵。 A/D 转换器型号很多，而其转换时 间和转换误差也各不相同。 按模拟量转换成数字量的原理可以分为 3 种：双积分式、逐次逼近式及并行式 A/D 转换器。 (1)逐渐逼近式 A/D 转换器：它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间从几微秒到几百微秒。 (2)双积分 A/D 转换器：它是一种间接式的 A/D 转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，不足是数度很慢，适用于系统对转换度要求不高的场合。 (3)并行式 A/D 转换器：它又被称为 flash（快速）型，它的转换数度很高，但她采用较多的比较器，而 n 位的转换就需要 2n1 个比较器，因此电路规模也江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 11 极 大，价格也很贵，只适用于视频 A/D 转换器等数度特别高的领域 [10]。 比较以上三种方案，在价格、转换速度等多种标准的考量下，本设计选用逐渐逼近式 A/D 转换器 —— ADC0809。 下面就具体的介绍一下 ADC0809 的工作原理。 ADC0809 的介绍 ADC0809 是八通道的八位逐次逼近式 A/D 转换器。 由单一的 5V电源供电，片内带有锁存功能的 8 选 1 的模拟开关。 由 C、 B、 A 的编码来决定所选的模拟通道。 转换时间为 100μ s。 转换误差为 1/2LSB。 它的引脚的排列见图 34 VCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13u4ADC0809 图 34 ADC0809 的引脚 图 IN7~IN0 ：八个通道的模拟输入量。 ADDA、 ADDB、 ADDC：模拟通道地址线。 当 CBA=000 时， IN0 输入，当CBA=111 时， IN7 输入。 ALE：地址锁存信号。 START：转换启动信号，高电平有效。 D7~D0：数据输出线。 三态输出， D7 是最高位， D0 是最低位。 OE：输出允许信号，高电平有效。 江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 12 CLK：时钟信号，最高频率为 640KHZ。 EOC：转换结束状态信号。 上升沿后高电平有效。 Vcc： +5V电源。 Vref：参考电压 [11]。 ADC0809 时序图及其接口电路 ADC0809 的时序图如图 35 所示： 图 35 ADC0809 的时序图 其工作过程是： ALE 的上升沿将 A、 B、 C 端选择的通道地址锁存到 8 位A/D 转换器的输入端， START 的下降验启动 8 位 A/D 转换器进行转换。 A/D 转换开始使 EOC 端输出低电平； A/D 转换结束， EOC 输出高电平。 该信号通常可作为中断申请信号。 OE 为读出数据允许信号， OE 端为高电平时，可以读出转换的数字量。 硬件电路设计时，需根据时序关系及软件进行设计。 A/D 转化模块对模拟量进行一次模数转换，要 用到一个 ADC0809，又因为它们之间的时钟频率不一样，所以需要用 74LS74 对其进行一个二分频的工作，这里只需要将 74LS74 的第 3 根引脚 CLK1 与单片机 AT89C52 的第 30 根 ALE 引脚相连，将 74LS74 的第 9 根引脚 Q2 与 ADC0809 的时钟信号 CLK 引脚相连。 由于 ADC0809 具有输出 3 态锁存器，其八位数据输出引脚可直接与数据总线相连。 地址译码引脚 A、 B、 C 分别与地址总线低三位 A0、 A A2 相连，以江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 13 选通 IN0~IN7 中的一个通道。 在启动 A/D 转换时，由单片机的 控制 A/D 转换器的地址锁存和转换启动，由于 ALE 和 START 连在一起，因此 AD0809 在锁存通道的同时，也启动了 A/D 转换器。 在读取转换结果时，用低电平的读信号RD，产生的正脉冲作为 OE 信号，用以打开三态输出锁存器。 将转换结果输出。 而低电平的写信号 WR 则表示转换结束状态信号。 因 P0 口还需要连接 LED 显示电路，所以 AT89C52 与 ADC0809 之间需要加芯片 74LS573 来缓冲数据的传输，芯片 74LS573 的介绍在 节有详细介绍。 该部分的连接图如图 36 所示 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40JP2AT89C52GNDCLKSTEOCRDLE11Q21D32D42Q53Q63D74D84Q9OE115Q125D136D146Q157Q167D178D188Q19U674LS573VCCSTEOCRDCLR11D12CLK13PR14Q15Q16GND7Q28Q29PR210CLK211D212CLR213VCC14U274LS74GNDVCCALECLKALEVCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13U4Component_3VCC 图 36 ADC0809 与单片机的连接图 键盘 模块 键盘是一种常见的输入设备，用户可以向计算机输入数据或命令。 根据按键的识别方法分类，有编码键盘和非编码键盘两种。 通过硬件识别的键盘称编码键盘；通过软件识别的键盘称为非编码键盘。 非编码键盘有两种接口方法：一种是独立按键接口；另一种是矩阵式按键接口。 独立按键接口 在单片机中，如果所需的按键较少，可采用独立式键盘。 每只按键接单片机的一条 I/O 线，通过对线的查询，即可识别各按键的状态。 如图 37 所示。 4 只江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 14 按键分别接单片机的 ~。 无按键按下时， ~ 线上均输入高电平。 当某按键按下时，与其相连的 I/O 线将得到低电平输入。 S?SWPBS?SWPBS?SWPBS?SWPBGND 图 37 独立按键接口图 在单片机中需要的按键较多时，通常把键排成矩阵形式，这样可以节省硬件资源。 如对于 20 只按键接口，如采用按键独立方式，需要 20 个 I/O 口。 如采用矩阵式按键方式，则只需要 9 个 I/O 口。 如图 38 所示。 单片机系统中的非编码式键盘程序主要由判别是否有键按下子程序、键的识别子程序、找到闭合键后，读入相应的键值，再转到相应的键处理程序几个部分组成。 S1SWPBS2SWPBS3SWPBS4SWPBS7SWPBS5SWPBS8SWPBS6SWPBS9SWPB 图 38 矩 阵式按键接口图 在本系统中所用到的按键有 9 个，所以采取矩阵式按键接口方式。 江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 15 LED 数码管显示模块 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 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 [12]。 LED 数码管显示器的结构原理 发光二极管 LED 是 利用 PN 结把电能转换光能的固体发光器件，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 10mA~20mA 之间较为合适一个 8 段 LED 显示器的结构如图 391 所示。 dp 图 391 8 段数码管结构图 COM COM 图 392 共阴极结构图 图 393 共阳极结构图 它是由 8 个发光二极管构成，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 39图 393 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 0~ A~F 等十江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 16 六进制数 [13]。 表 32 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 0 3FH 6 7DH C 39H 1 06H 7 07H d 5EH 2 5BH 8 7FH E 79H 3 4FH 9 6FH F 71H 4 66H A 77H 灭 00H 5 6DH b 7CH 显示驱动芯片 74LS573 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，而不需要额外的接口。 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 如图 310 所示： 江苏师范大学本科生毕业设计。