1、 多路數據采集電路設計目錄 第一章 系統方案選擇和論證 1.1 題目要求任務1.1.1 基本要求1.1.2 發揮部分1.2 系統基本方案1.2.1 各模塊電路的方案選擇及論證 （1）現場信號發生模塊 （2）F/V變換模塊（3）信號A/D采集處理模塊 （4）雙CPU通信控制模塊 （5）顯示模塊 1.2.2 系統各模塊的最終方案 第二章 硬件設計與實現 2.1 系統硬件模塊關系2.2.1 正弦波信號發生器設計2.2.2 F/V變換電路設計 2.2.3信號采集處理單元模塊設計 2.2.4數據地址顯示電路設計第三章 系統軟件設計3.1主單片機程序 3.1.1主機發送程序流程圖 3.1.2主機數據處理子

2、程序圖3.1.3主機顯示子程序圖 3.1.4主機主程序流程圖3.2從單片機程序 3.2.1數據采集子程序流程圖3.2.2從機中斷接收子程序流程圖 3.2.3從機主程序流程圖 1. 系統方案選擇和論證 1.1 題目要求任務設計一個八路數據采集系統。系統原理框圖如1.1.1圖 ：1.1.1圖：系統原理框圖主控器能對50米以外的各路數據,通過串行傳輸線（實驗中用一米線代替）進行采集和顯示。具體設計任務是： （1）現場模擬信號產生器。 （2）八路數據采集器。 （3）主控器。1.1.1 基本要求 （1）現場模擬信號產生器。自制一正弦波信號發生器,利用可變電阻改變振蕩頻率,使頻率在200Hz2kHz范圍變

3、化,再經頻率電壓變換后輸出相應15v直流電壓（200Hz對應1v,2kHz對應5v） （2）八路數據采集器。數據采集器第一路輸入自制1V5V直流電壓,第27路分別輸入來自直流源的5V、4V、3V、2V、1V、0V直流電壓（各路輸入可由分壓器產生,不要求精度）。第八路備用。將各路模擬信號分別轉換成8位二進制數字信號,在經并/串變換電路,用串行碼送入傳輸線路。 （3）主控器。主控器通過串行傳輸線路對各路數據進行 采集和顯示。采集方式包括循環采集（即1路、2路7路、1路）和選擇采集（任選一路）二種方式。顯示部分能同時顯示地址和相應的數據。 1.1.2 發揮部分 （1）利用電路補償和其他方法提高可變電

4、阻值變化與輸出直流電壓變化的線性關系。 （2）盡可能減少傳輸線數目。 （3）其他功能的改進（例如：增加傳輸距離，改善顯示功能等）。1.2 系統基本方案 根據題目要求系統模塊分可以劃分為：現場信號發生模塊，V/F變換模塊，信號采集處理模塊，通信控制模塊，顯示模塊。系統的框圖如圖1.2.1所示。為實現各模塊的功能，分別做了幾種不同的設計方案并進行了論證后我們選擇如下方案。 圖1.2.1所示為系統基本功能模塊圖 ： 如圖1.2.1系統基本功能模塊圖 1.2.1 各模塊電路的方案選擇及論證 （1）現場信號發生模塊 該模塊工作在遠距離終端，作為模擬待采樣的信號源，產生正弦波。對于該模塊有以下兩種方案：方

5、案一：采用ICL8038集成芯片。構成三角波發生器及正弦整形電路。該IC電路屬于積分型施密特壓控多諧振蕩器，工作范圍0.001HZ300KHZ，完全可以達到設計要求。 圖1.2.2 LM358組成的正弦波發生器 振蕩頻率：f1/（RW2+R2）C。調節RW2可改變振蕩頻率頻率變化范圍為：.5.3KHz。輸出信號的幅度調節通過改變RW1來實現。 幅度調節范圍為：26V（2）F/V變換模塊 F/V變換模塊采用模擬集成頻率-電壓變換器LM331。LM331具有精度高、線形度高，溫度系數低，功耗低動態范圍寬等一系列優點，目前已經廣泛應用于數據采集和自動控制中。 （3）信號A/D采集處理模塊 該模塊功能

6、主要是將輸入過來的模擬信號轉化成數字信號，實現數據的采集與處理。現在提出以下方案來完成此功能。 A/D采集模塊工作在遠程數據采集端，用于將模擬信號轉換成數字信號。計劃采用ADC0809作為模數轉換器。ADC0809為CMOS集成電路，屬于逐位逼近比較型的轉換器，分辨率為8位，轉換時間為100us，數據輸出端內部具有三態輸出鎖存器，可以與單片機直接連接；而且具有8路模擬開關，可直接連接8個模擬量，并可程控選擇對其中一個模擬量進行轉化。它與單片機連接簡單，使用方便。（4）顯示模塊 方案一：采用液晶顯示屏和通用矩陣鍵盤。液晶顯示屏（LCD）具有功耗小、輕薄短小無輻射危險，平面直角顯示以及影象穩定不閃

7、爍，可視面積大，畫面效果好，抗干擾能力強等特點。但由于只需顯示三位溫度值，信息量比較少，且由于液晶是以點陣的模式顯示各種符號，需要利用控制芯片創建字符庫，編程工作量大，控制器資源占用較多，其成本也偏高。方案二：采用四位LED七段數碼管分別顯示通道地址、電壓值。數碼管具有：低能耗、低損耗、低壓、壽命長、耐老 化，對外界環境要求較低。同時數碼管采用BCD編碼顯示數字，程序編譯容易，資源占用較少。 1.2.2 系統各模塊的最終方案 根據以上方案，結合器件和實現條件等因素，確定如下方案： （1）.利用ICL8038集成芯片來作為正弦波信號的產生器。（2）.F/V變換模塊采用LM331頻壓變換器。 （3

8、）.采用雙單片機AT89S52和ADC0809來實完成信號的采集與處理。 （4）.單片機之間的通信選取RS-485的通信標準。 （5）.顯示模塊的實現是選用四位數碼管動態顯示。2. 硬件設計與實現 2.1 系統硬件模塊關系該系統采用的是雙單片機進行控制的。模擬信號經過一系列的變化傳輸到由單片機控制的ADC0809A/D轉換器內部進行處理。按照一定的協議實現主單片機對從單片機的通信控制。 如2.1.1系統硬件電路單元模塊關系圖2.2.1 正弦波信號發生器設計 設計中采用ICL8038來產生正弦波。通過調節RP1來改變頻率，其范圍值為20HZ20KHZ，RP3用于改善正弦波負向失真。RP4改善正弦

9、波正向失真。其電路圖如2.2.1：圖2.2.1正弦波信號發生電路上圖還可以同時產生方波、三角波等信號2.2.2 F/V變換電路設計 將正弦信號輸入到F/V變換電路之前要對正弦信號進行濾波、放大。其具體的電路變換兔如下。 圖2.2.2所示為系統F/V變換電路圖：圖2.2.2系統F/V變換電路圖F/V變換模塊采用精密且廉價的F/V變換器LM331，此集成電路線形度可達0.06%，該IC輸出電壓Vo與輸出頻率的關系為Vo=fi，而設計要求將2002000HZ的頻率變換為15V的電壓，可得到變換式為： V=0.00222f+0.556 故應對F/V變換的結果進行電位平移。2.2.3信號采集處理單元模塊

10、設計 在此方案采用雙單片機，即在數據采集的遠端、近端均采用單片機控制，遠端完成數據的采集、抽樣、平滑、發送；近端完成數據的接收、校驗、糾錯、處理與顯示等。 A/D轉換器是受從單片機的控制的。其連接的電路圖如圖2.2.3。 圖2.2.3所示為ADC0809與單片機的接口電路圖：圖2.2.3 ADC0809與單片機的接口電路圖對A/D轉換結果的讀出采用查詢方式，即每次通過寫信號啟動A/D轉換后，立即查詢狀態標志，一旦發現EOC呈高電平，表明A/D轉換結束，將數據讀入89S52的RAM區。 由于ADC0809為8位，因此對05V的信號采集精度為： 5/255=0.02V/級，可以滿足題目提出的精度要

11、求。 2.2.4數據地址顯示電路設計 由于題目中要求傳送8位二進制碼，其分辨率達到1/256，顯示電壓分辨率為5/255=0.0192V，所以電壓顯示需要3位數碼管。 顯示采用動態掃描的方式，四個七段數碼管逐位掃描。配合通道選擇開頭，可在LED上同時顯示一路或多路數據。數碼管分別顯示通道地址、電壓值。數碼管采用共陰極，由于AT89C52單片機每個I/O的拉電流只有12mA。所以在位碼和段碼都加上了同相驅動器。 單片機XTAL2、XTAL1接12MHZ晶振，提供系統時鐘基值。另RESET接復位按鍵。3. 系統軟件設計 系統的軟件的設計是采用匯編語言，對單片機進行編程實現各種功能。 程序是在Win

12、dows 2000環境下采用WAVE軟件編寫的，可以實現對八路數據的采集與處理，并能實現對數據、地址的顯示。 主程序主要起到一個導向與決策的功能，決定什么時候采集數據處理數據顯示數據。對于數據的處理的實際功能的實現主要是通過調用具體的子程序。本系統采用半雙工傳輸，每次需要發送或接收數據時，控制MAX485使其成為接收器或發送器。3.1主單片機程序 主機發送為一字節指令，其高4位和低四位均為要采集的通道號，格式為0*0*。其中*=000111。主機發送完成指令后，立即轉入接收狀態，等待從機回送兩字節數據，若在一定時間內未收到數據或收到的兩字節數據不一致。則認為通信有誤，轉而重發一次指令。若重發三

13、次均未成功，則點亮線路故障告警燈提醒用戶。3.1.1主機發送程序流程圖 如3.1.1所示。3.1.2主機數據處理子程序圖 如3.1.2所示。3.1.3主機顯示子程序圖 如 3.1.3所示。 3.1.4主機主程序流程圖 如3.1.4所示。3.2.1數據采集子程序流程圖 數據的采集處理子程序主要是負責采集系統信號，并對所采集的信號做初步的處理。單片機根據需要控制A/D轉換器采集某通道的數據。其程序流程圖見主單片機程序圖3.2.1所示。 3.2.2從機中斷接收子程序流程圖 從機在接收到主機發送的指令后，回送相應的兩字節8位A/D轉換數據。中斷接收子程序如圖3.2.2。3.2.3從機主程序流程圖 如3

14、.2.3所示 程序清單#include<reg52.h> /包含頭文件，一般情況不需要改動，頭文件包含特殊功能寄存器的定義 #include <intrins.h> /包含NOP空指令函數_nop_(); #include<stdio.h> sbit RS = P10; sbit RW = P11; sbit EN = P25; sbit DU = P20; sbit WE = P21; /顯示屏用 sbit adda=P12; sbit addb=P13; sbit addc=P14; sbit h=P07; sbit ale_st=P15; sbit o

15、e=P16; sbit eoc=P17; unsigned char i=100; static char key; unsigned char j,k,temp,nan; #define RS_CLR RS=0 #define RS_SET RS=1#define RW_CLR RW=0 #define RW_SET RW=1 #define EN_CLR EN=0#define EN_SET EN=1#define DataPort P0 /*- 延時程序-*/void delay(unsigned char i) for(j=i;j>0;j-) for(k=125;k>0;k

16、-);/*-*/ unsigned char ad0809() unsigned char ad_data; ale_st=0; ale_st=1; ale_st=0; while(eoc) oe=1; ad_data=P0; delay(1); oe=0; return (ad_data); /*-*/*-*/ void cmg88()/關數碼管，點陣函數DU=1; P0=0X00;DU=0;/*- uS延時函數，含有輸入參數 unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編,大致延時

17、長度如下 T=tx2+5 uS -*/void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);/*- mS延時函數，含有輸入參數 unsigned char t，無返回值 unsigned char 是定義無符號字符變量，其值的范圍是 0255 這里使用晶振12M，精確延時請使用匯編-*/void DelayMs(unsigned char t) while(t-) /大致延時1mS DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); /*- 判忙函數-*/ bit LCD_Check_Busy(void) DataPort= 0xFF; RS_CLR;

18、 RW_SET; EN_CLR; _nop_(); EN_SET; return (bit)(DataPort & 0x80); /*- 寫入命令函數-*/ void LCD_Write_Com(unsigned char com) while(LCD_Check_Busy(); /忙則等待 RS_CLR; RW_CLR; EN_SET; DataPort= com; _nop_(); EN_CLR; /*- 寫入數據函數-*/ void LCD_Write_Data(unsigned char Data) while(LCD_Check_Busy(); /忙則等待 RS_SET; R

19、W_CLR; EN_SET; DataPort= Data; _nop_(); EN_CLR; /*- 清屏函數-*/ void LCD_Clear(void) LCD_Write_Com(0x01); DelayMs(5); /*- 寫入字符串函數-*/void LCD_Write_Char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char Data) if (y = 0) LCD_Write_Com(0x80 + x); else LCD_Write_Com(0xC0 + x); LCD_Write_Data( Data); /*-*/ /*-*/

20、*- 初始化函數-*/ void LCD_Init(void) LCD_Write_Com(0x38); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); LCD_Write_Com(0x08); LCD_Write_Com(0x01); LCD_Write_Com(0x06); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x0C); /*- 函數-*/ void disp(void) cmg88();/關數碼管，點陣函數 LCD_Cle

21、ar();/清屏 LCD_Init(); switch(key) case 0: LCD_Write_Char(1,0,'0'); break; case 1: LCD_Write_Char(1,0,'1'); break; case 2: LCD_Write_Char(1,0,'2'); break; case 3: LCD_Write_Char(1,0,'3'); break; case 4: LCD_Write_Char(1,0,'4'); break; case 5: LCD_Write_Char(1,0,

22、'5'); break; case 6: LCD_Write_Char(1,0,'6'); break; case 7: LCD_Write_Char(1,0,'7'); break; switch(nan/50) case 0: LCD_Write_Char(5,0,'0'); break; case 1: LCD_Write_Char(5,0,'1'); break; case 2: LCD_Write_Char(5,0,'2'); break; case 3: LCD_Write_Char(5

23、,0,'3'); break; case 4: LCD_Write_Char(5,0,'4'); break; case 5: LCD_Write_Char(5,0,'5'); break; case 6: LCD_Write_Char(5,0,'6'); break; case 7: LCD_Write_Char(7,0,'7'); break; case 8: LCD_Write_Char(7,0,'8'); break; case 9: LCD_Write_Char(7,0,'9

24、9;); break; switch(nan)%50)/6) case 0: LCD_Write_Char(7,0,'0'); break; case 1: LCD_Write_Char(7,0,'1'); break; case 2: LCD_Write_Char(7,0,'2'); break; case 3: LCD_Write_Char(7,0,'3'); break; case 4: LCD_Write_Char(7,0,'4'); break; case 5: LCD_Write_Char(7,0,&#

25、39;5'); break; case 6: LCD_Write_Char(7,0,'6'); break; case 7: LCD_Write_Char(7,0,'7'); break; case 8: LCD_Write_Char(7,0,'8'); break; case 9: LCD_Write_Char(7,0,'9'); break; LCD_Write_Char(6,0,'.'); LCD_Write_Char(8,0,'v'); delay(100); /*- 主程序-*/void main() /數碼管清零 while(1) h=1; P3=0xfe; temp=P3; temp=temp&0xf0; if(temp!=0xf0) delay(10); if(temp!=0xf0) temp=P3; switch(temp) case 0xee: key=0; adda=0; addb=0; addc=0; nan=ad0809(); disp(); break; case 0xde: key=1; adda=1; addb=0; addc=0