计算机控制课设——多路数据采集系统的设计

多路数据采集系统(Protues仿真)

1概述

数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个借口。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。 采集器是一种具有现场实时数据采集、处理功能的设备。具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证。数据采集器在现在的的工业现场也有广泛的应用机会，是工业现场不可缺少的一个部分。

本次设计是基于51系列单片机的多路数据采集器的设计，主要分为两个部分：信号发生器和数据采集器。信号发生器是围绕DAC1230和89C52单片机进行设计，数据采集器是围绕AD1674和89C52单片机进行设计。显示部分用LCD实现，而报警部分用模拟键盘按键和LED灯的亮灭来表示。

2设计要求和元件介绍

2.1设计要求

设计信号发生器，能够产生幅值范围为±5V可调，频率为500---1000Hz可调的正弦波、方波、三角波。

设计一个多路数据采集器，每一路都能够采集由要求1）产生的信号，并能够通过LED（LCD）显示器显示，画出信号曲线。

设计人机交互接口，包括键盘、显示器和发光二极管。能够通过人机交互接口设置信号发生器参数和数据采集器的告警上下限，并能够通过发光二极管给出上下限告警（如超上限则用红色发光二极管报警，超下限用绿色发光二极管报警）。

2.2实现方法

采用proteus仿真软件实现，A/D及D/A均选用12位

2.3仿真界面和使用元件介绍

2.3.1 AT89C51

AT89C51提供以下标准功能：8K字节flash闪速存储器，256字节内部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0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU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他所有部件工作直到下一个硬件复位。

AT89C51管脚如图1示

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图1 AT89C51管脚

P0：是一组8位漏极开路性双向I/O口，地址、数据总线复合用口。 P1：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。 P2：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。 P3：是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口。 RST：复位输入。

PSEN：程序存储允许输出是外部程序储存器的读选通信号。 EA/VPP：外部访问允许。

XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：振荡反相放大器的输出端。 2.3.2 DAC0832 8位D/A转换器

数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权的代码，每位代码都有一定的权。为了将数字信号转换成模拟信号，必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟信号，然后将这些模拟量相加，就可得到与相应的数字量成正比的总的模拟量，从而实现了从数字信号到模拟信号的转换。这就是组成D/A转换器的基本指导思想。

D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电路等部分组成。数字量以串行或并行方式输入存于数码寄存器中，数字寄存器输出数码，分别控制对应

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位的模拟电子开关，使数码为1的位在位权网络上产生与之成正比的电流值，再由求和电路将各种权值相加，即得到数字量对应的模拟量。

DAC0832管脚如图2示

图2 DAC0832管脚

D17～D10：输入数据线； ILE：输入锁存允许；

CS：片选信号，用于把数据写入到输入锁存器； WR1：写输入锁存器； WR2：写DAC寄存器；

XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器； VREF：参考电压，-10V～+10V，一般为+5V或+10V； IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入； Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出； AGND、DGND：模拟地和数字地。 2.3.3 AD1674 12位A/D转换器

AD1674是美国AD公司推出的一种完整的12位并行模数转化单片集成电路。该芯片内部自带采样保持器、10V基准电压源、时钟源以及可和微处理器总线直接接口的暂存三态输出缓冲器。

与原有同系列的AD574A/674A相比，AD1674的内部结构更加紧凑，集成度更高，工作性能（尤其是高低温稳定性）也更好，而且可以使设计板面积大大减小，因而可降低成本并提高系统的可靠性。笔者在研制某新型国产机载武器系统中采用了M级AD1674T，它可实时的采集各传感器的模拟参量，已进行快速、精确的数据转换并传给CPU进行处理，从而有效的控制整个武器系统的打击精度。

AD1674管脚如图3示

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图3 AD1674管脚

12/8：数据输出位选择输入端 CS：片选信号输入端。 R/C：读/转换状态输入端。 CE：操作使能端。

A0：位寻址/短周期转换选择输入端。 STS：转换状态输出端。

DB11----DB8：在12位输出格式下，输出数据的高4位，在8位输出格式下，A0为低时也可以输出数据的高4位。

10VIN：10V范围输入端。 20VIN：20V范围输入端。 REF IN：基准电压输入端。 REF OUT：10V基准电压输出端。 BIP OFF：双极电压偏移量调整端。 VCC：+12/+15V模拟供电输入。 VEE：-12/-15V模拟供电输入。 VLOGIC：+5V逻辑供电输入。 AGND/DGND：模拟数字接地端。 2.3.4 LCD

LCD（Liquid Crystal Display），即液晶显示屏,一般皆分为单色与彩色液晶屏两种。液晶部分由点阵液晶显示器、液晶控制器和内部驱动电源发生器组成。LCD属于平板显示器的

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一种，按驱动方式可分为静态驱动(Static)、单纯矩阵驱动(Simple MATRIX)以及有源矩阵驱动(Active MATRIX)三种。。LCD液晶显示屏相比于LED显示，有很多的优点，可以在LCD液晶显示屏上显示波形的形状、频率、幅值等。

2.3.5 仿真界面介绍Proteus

Proteus是英国Labcenter Electro-nics公司开发的一款电路仿真软件，软件由两部分组成：一部分是智能原理图输入系统ISIS(Intelligent Schematic Input System)和虚拟系统模型VSM(Virtual Model System)；另一部分是高级布线及编辑软件ARES(Adv-Ancd Routingand Editing Software)也就是PCB.Proteus可以仿真模拟电路及数字电路，也可以仿真模拟数字混合电路。 Proteus可提供30多种元件库，超过8000种模拟、数字元器件。可以按照设计的要求选择不同生产厂家的元器件。此外，对于元器件库中没有的元件，设计者也可以通过软件自己创建。除拥有丰富的元器件外，Proteus还提供了各种虚拟仪器，如常用的电流表，电压表，示波器，计数/定时/频率计，SPI调试器等虚拟终端。支持图形化的分析功能等。Proteus特别适合对嵌入式系统进行软硬件协同设计与仿真，其最大的特点是可以仿真8051，PIA，AVR，ARM等多种系列的处理器。Protues包含强大的调试工具，具有对寄存器和存储器、断点和单步模式IAR C-SPY,Keil、MPLAB等开发工具的源程序进行调试的功能；能够观察代码在仿真硬件上的实时运行效果；对显示，按钮，键盘等外设的交互可视化进行仿真。

3硬件设计

3.1信号发生部分

信号发生器主要包括：信号产生、D/A转换和LCD显示几个部分，因此在设计时D/A转换的速率和精度，LCD显示的准确性等问题。

我们用DAC0832作为D/A转换的芯片，连接方式如图4示

图4 D/A转换硬件连接

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