多参数实时采集与处理系统正文

中北大学信息与通信工程学院计算机控制技术课程设计说明书

引言

在现代工业控制系统中，多参数实时采集对监控设备正常运行有着十分重要的作用。多参数信号采集是将监控现场的物理量、化学量或生物量通过相应的传感器和调理电路把模拟量转换为易于采集、处理的电压信号，经过单片机的处理，一方面反馈给控制部件对监控对象进行控制调整，另一方面送给显示单元，实时显示采集的信号数据。本设计主要要求：下位机以AT89C52单片机为控制单元，8路A／D转换芯片ADC0809采集两路电压信号：通道0每隔1s采样一次，共采集100次；通道l每隔5s采样一次，共采集20次。采集的数据通过串行通信方式发送到上位机实现实时显示。

设计过程在硬件与软件方面进行同步设计。硬件方面从功能考虑，首先选择内部存储资源丰富的AT89C52单片机和ADC0809。软件方面从分析多路数据采集过程分析、流程图设计，再到程序的编写进行系统设计。编程语言方面从程序总体设计以及高效性和功能性对C语言和汇编语言进行比较分析，针对多路数据采集与处理功能的实现，最终选用全球编译效率最高的KEIL公司的μVision3软件，采用汇编语言进行编程，并PROTEUS画出电路图并仿真。

关键词：单片机 MAX232 串行接口 ADC0809 AT89C5芯片 LED显示

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1. 设计任务和要求

1.1 设计任务

本课题设计的应达到如下指标：

1)设计一个可以采集两路参数、参数分辨率为8位的实时数据采集与处理系统。 2)假定两路参数对应的直流电压在0-5V内变化，要求对通道0每隔1S采样一次，共采集100次；对通道1每隔5S采样一次，共采集20次；

3)并要求将不同通道采集的数据进行相应处理后以电压值的形式分别显示在屏幕的不同区域。

1.2任务要求

本课题应完成以下设计内容： 1)硬件设计

包括ADC0809接口电路设计。 2)软件设计

(1)主程序模块; (2)中断服务程序模块; 3)课程设计说明书

2. 设计方案

2.1 设计思路

下位机以AT89C52单片机为控制单元，8路A／D转换芯片ADC0809采集两路电压信号：通道0每隔1s采样一次，共采集100次；通道l每隔5s采样一次，共采集20次。采集的数据通过串行通信方式发送到上位机实现实时显示。如下图：

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软件实现：根据功能需求与电路结构编写程序，然后将该程序编译与链接，以生成*.HEX文件。通过程序编译器写入单片机，调试运行。

2.2 AT89C52介绍

AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复

擦写的Flash只读程序存储器和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，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。

AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。 1.

主要特性：

· 兼容MCS51指令系统 · 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM · 32个双向I/O口 · 256x8bit内部RAM

· 3个16位可编程定时/计数器中断 · 时钟频率0-24MHz · 2个串行中断 · 可编程UART串行通道 · 2个外部中断源 · 共8个中断源 · 2个读写中断口线 · 3级加密位

· 低功耗空闲和掉电模式 · 软件设置睡眠和唤醒功能 2.3 ADC0809介绍

ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片 1．主要特性

1）8路输入通道，8位A／D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起停控制端。

3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）

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4）单个＋5V电源供电

5）模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40～＋85摄氏度 7）低功耗，约15mW。 2．内部结构

ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构如图13．22所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近

3．外部特性（引脚功能）

ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图13．23所示。下面说明各引脚功能。

IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。

ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。

START： A／D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。

EOC： A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。

CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一＋5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程

首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。

转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 （1）定时传送方式

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对于一种A/D转换其来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。 （2）查询方式

A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。 （3）中断方式

把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。

不管使用上述那种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。内部结构及引脚图如下：

2.4 MAX232介绍

MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电。 引脚介绍：

第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。

其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数

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