1、1桂 林 电 子 科 大 学实 训 设 计 说 明 书设计课题： * 系 别： * 专 业： * 班 级： * 学 号： * 姓 名： * 指导教师： * 2005 年 2 月 24 日目 录2一 . 内容摘要.3二 . 设计内容及要求.3三 . 方案论证及选择.3四 . 电路设计及参数计算.4五 . 总电路图及工作原理.7六 . 软件流程图.8七 . 组装调试内容.8八 . 电路设计总结.9九 . 所用元器件 9十 . 参考文献.9十一 . 收获体会.10专业基础课课程设计报告3多路数据采集系统一：内容摘要：在测量仪器中，数据的采集是必须的，而且数据采集器的好坏直接影响测量仪器的测量精度。具
2、有一个精度高、转换速度快、性能稳定的数据采集器的测量仪器才能符合测量的要求。为此，我们设计了多路数据采集系统，此系统主要由 A/D 转换器和单片机构成，A/D 转换器在单片机的控制下完成对模拟信号的采集和转换功能，最后由数码管显示采集的电压值。此设计通过调试完全满足设计的指标要求。二：设计内容及要求：设计一个信号采集系统，其具体指标要求如下：1 数据采集通道数： 8 通道2 采集数据范围： V503 数据采集精度： m24 误差范围： 5 数据显示： 3 位有效数字三：方案论证及选择：此设计主要由三大部分组成：单片机最小系统、A/D 模数转换电路和数码管显示电路。1单片机系统：方案一：采用专用
3、的数字信号处理器（例如 DSP） ，其特点是处理速度快，精度高、效果好，但此类处理器价格昂贵，市场上少有，不易购买。方案二：采用通用的微处理器（如 MCS-51 系列） ；这种处理器的性能优良、价格便宜，容易购买。对于要求较高的数字处理场合不适用，但本系统设计要求不高，所以本系统采用该方案。2A/D 模数转换电路：4A/D 转换器芯片种类繁多，按其变换原理分类，双积分式、量化反馈式、逐次比较式等 A/D 转换器。方案一：双积分式 A/D 转换器双积分式 A/D 转换器是一种间接 A/D 转换技术。首先将模拟电压转换成积分时间，然后用数字脉冲计时方法转换成计数脉冲数，最后转换成二进制数或 BCD
4、 码输出。因此，双积分式 A/D 转换时间较长，一般大于 4050ms。但其外接元件少，使用方便，具有极高的性价比。本设计要求采样频率fs8kHz （即采样周期 Ts125s）,因此，双积分式 A/D 转换器转换速度过低，不适合用。方案二：并行 A/D 转换器并行式 A/D 转换器是一种转换速度最快、转换原理最直观的 A/D 转换技术。并行 A/D 转换需要大量的低漂移电压比较器，不容易实现，市场难以买到，且价格昂贵。方案三：逐次比较式 A/D 转换器这种 A/D 转换器目前种类多、数量大、应用广，且价格便宜，该芯片有8 通道。本设计要求字长为 8 位，该芯片能够满足设计需要。因此选用该种类中
5、的 ADC0809 作为 A/D 转换的芯片。3数码管显示电路：一般采用 LCD 点阵式模块作为显示，它能显示丰富的字符，耗电省，但目前价格稍贵，不适合本系统，我们采用四位 LED 数码管作为显示器，虽然它耗电量大，显示单一，但已经完全满足本系统的要求。四：电路设计及参数计算：本电路的系统框图如下：外部电压 A/D 模数转换器 微控制器 数码显示51单片机最小系统：图 1 所示为本系统采用的单片机最小系统电路。系统采用了上电自动复位功能，晶体振荡器的频率选用 6MHz。P1 口提供数码管的段选信号，P3.0至 P3.3 提供数码管的位选信号，P0 口作为与 ADC0809 通信的数据端口，P2
6、.0 为 ADC0809 提供选通信号。6图 1 单片机最小系统电路2A/D 模数转换电路：图 2 所示为本系统采用的 A/D 模数转换电路。 74LS02 为 ADC0809 提供选通和工作启动信号。ADC0809 的 ABC 端为通道号选择端口，IN0 至 IN7 为外部数据采集端口。图 2 A/D 转换器电路3数码管显示电路图 3 所示为本系统采用的数码管显示电路。系统采用动态显示驱动方式，四个共阳极的数码管分别显示通道号和电压值，7图 3 数码管显示电路五：总电路原理图及工作原理：本设计的总电路原理如图 4 所示：图 4 总电路原理图工作原理:系统要采集的八路数据为 5V 电压的八个分
7、压值。系统开启后，单片机选择 A/D 转换器的数据采集通道号，然后启动 ADC0809 芯片进行数据采集和转换，当转换成功结束后，单片机把 A/D 输出的数字量数据读入并进行相应的数据处理，最后通过软件译码把采集的电压值显示在数码管显示器上。8六：软件流程图：七：组装调试内容：1.使用的仪器仪表：1).三位半数字万用表2).稳压源2. 测试步骤及方法；1)、用万用表对八个数据输出端进行直接测量并记录；2)、用数据采集器对八个数据输出端进行数据的采集并记录；3)、比较两个数据的误差是否在允许的范围之内。3.测试记录：9通道数：N0 1 2 3 4 5 6 7实际值：V0.62 1.23 1.85
8、 2.48 3.10 3.72 4.34 4.97测量值：V0.62 1.24 1.87 2.49 3.12 3.74 4.35 4.98误差值：V0.00 0.01 0.02 0.01 0.02 0.02 0.01 0.014.误差分析：根据上面表格的数据显示，可以得出误差的主要来源是由 AD 转换芯片的误差和单片机内部对采集来的数据进行四舍五入运算而引起的。15. 调试中出现的故障问题以及解决方法：在调试中，总的来说还很顺利，因为在设计时考虑得比较周全，在设计印制版图时利用 Protel99 进行辅助设计，使得元件排布整齐，美观，版图质量高；加上单片机程序比较简单，并用仿真器进行了软件和硬
9、件的仿真。所以测量指标时，在没有换用任何元件的情况下得出了较好的结果。八：总结设计电路的特点和方案的优缺点及课题的核心和实用价值：本信号采集系统采用 AT89C51 作为控制芯片，在其控制下保证了系统的正常工作。优质的 ADC0809 模数转换芯片保证了该系统可以有很高的数据采集和转换精度。由于使用了结构简单的动态数码管显示电路，使得采集来的数据可以被直接的观察。信号采集系统在许多测量的仪器中都有运用，所以该设计有一定的实用性，而且结合我们专业的特点，对我们将来的工作也有很大的帮助，因此该设计课题对我们是一个很好的锻炼。九：系统所需元器件:1. ADC0809 模数转换器2. AT89C51
10、单片机3. 精密电位器 1 个4. 普通电阻若干105. 电容若干6. 6MHz 晶体振荡器 1 个7. 七段数码管 4 个8. 的排阻 1 个K十：参考文献:1. 数字化测试技术 李永敏 等 航空工业出版社 1987 年2. 智能仪器原理及应用 赵茂泰 电子工业出版社 1999 年3. C51 单片机程序设计 王建校 等 科学出版社 2002 年4. 模拟电子电路技术 童诗白 高等教育出版社 1998 年5. 单片微型计算机应用 徐仁贵 机械工业出版社 2001 年6. 单片机的的 C 语言应用 马忠梅 等 北航出版社 2000 年十一：收获体会:通过这次课程设计,我对测量仪器的数据采集系统有了进一步的认识.经过查阅有关方面的书籍,获得了许多专业方面的知识,拓展了视野;通过设计电路，制作电路板,提高了理论水平和实际的动手能力;在调试过程中，加强了分析问题和解决问题的能力.经过计算机仿真,预测了该电路的性能.总而言之,这样的课程设计是很好的锻炼机会,对我们各个方面的能力都有所提高对将来我们走出学校，从事工作都大有裨益.
