基于adc0832的单片机数据采集系统设计课程设计.doc

1、合 肥 学 院创 新 课 程 设 计 报 告题 目：基于 ADC0832 的单片机数据采集系统设计系 别：_ 电子信息与电气工程系 _专 业：_ 通信工程_ _班 级：_ _10 通信(1)(2)班_ _学 号：100507200_1005072032 1005072033_姓 名：_ _ _导 师：_ 张大敏_ _ _ 成 绩：_ _2014 年 01 月 07 日设计题目基于 ADC0832 的单片机数据采集系统设计设计类型导师姓名主要内容及目标 基于 8 位串行模数转换器 ADC0832，设计完成一个单片机数据采集系统。要求：1、设计实现 ADC0832 模数转换电路，将单片机采集到得

2、05V 电压信号用数码管显示。2、要求绘制系统原理框图、电路原理图、PCB 版图和程序流程图。3、认真进行系统软硬件设计、实施、调试，观察实验结果。4、详细记录实施过程中所遇到的问题及问题产生的原因并制定解决方案。具有的设计条件器材需要相关电子元器件、实验板。实验仪器需要计算机、示波器、万用表等。计划学生数及任务 计划需要 3 人1 人主要进行系统方案设计，组织实施；1 人主要进行硬件设计实施调试；1 人主要进行软件设计实施调试。计划设计进程1、从接题开始收集资料、准备设计。2、第 1 周 查阅文献，制定设计方案，绘制系统原理框图、电路原理图等。3、第 2 周 绘制电路 PCB 版图，完成系统

3、所有硬件电路和程序编制工作。4、第 3 周 系统调试和完善，同时编写完成设计报告。应用型 张大敏通信技术创新课程设计任务书摘 要随 着 时 代 的 进 步 ， 用 指 针 式 万 用 表 测 量 小 幅 度 直 流 电 压 已 经 显 得 有 些 不 太方 便 。 因 为 指 针 式 的 测 量 不 够 精 确 ， 随 着 长 时 间 的 使 用 可 能 会 造 成 欧 姆 调 零 以及 机 械 调 零 的 磨 损 ， 这 都 会 对 数 据 的 测 量 造 成 很 多 困 难 ， 而 采 用 数 字 式 电 压 表来 测 量 就 可 以 避 免 这 种 情 况 的 发 生 ， 而 且 操 作

4、 更 加 方 便 。 下 面 本 文 将 介 绍 一 种由 数 字 电 路 以 及 单 片 机 构 成 的 简 易 数 字 电 压 表 的 设 计 方 法 。 数 字 电 压 表 （ Digital Voltmeter） 简 称 DVM， 它 是 采 用 数 字 化 测 量 技 术 ，把 连 续 的 模 拟 量 （ 直 流 输 入 电 压 ） 转 换 成 不 连 续 、 离 散 的 数 字 形 式 并 加 以 显 示的 仪 表 本 设 计 运 用 89C52 和 ADC0832 进 行 A/D 转 换 ,根 据 数 据 采 集 的 工 作 原 理 ,设 计 实 现 数 字 电 压 表 ,最 后

5、 完 成 单 片 机 与 PC 的 数 据 通 信 ,传 送 所 测 量 的 电 压 值 。该 数 字 电 压 表 测 量 电 压 类 型 是 直 流 ,测 量 范 围 是 0-51V(本 设 计 量 程 为 0-5V)。电 路 包 括 :数 据 采 集 电 路 的 单 片 机 最 小 化 设 计 、 单 片 机 与 PC 接 口 电 路 、单 片 机 钟 电 路 、 复 位 电 路 等 。 下 位 机 采 用 89C52 芯 片 ,A/D 转 换 采 用 ADC0832芯 片 。 通 过 RS232 行 口 与 PC 进 行 通 信 ,传 送 所 测 量 的 直 流 电 压 数 据 。关 键

6、 词 ： STC89C52 单 片 机 ADC0832 模 数 转 换 器 LCD1602 参考文献 1、余锡存等. 单片机原理及接口技术M. 西安: 西安电子科技大学出版社， 2000.2、赵亮等. 单片机 C 语言编程与实例M. 北京：人民邮电出版社，2003.3、赵晶. protel 99 高级应用M 北京: 人民邮电出版社出版，2000 年.4、梁明亮等. 单片机与 ADC0832 的接口技术J.河南科技，2006,（8）：48-49.5、李庭贵等. 基于 DAC0832 和 AT89S52 的信号发生器设计J.电子科技,2012，25（6）：104-106.目 录第 一 章 绪 论

7、.11.1 系统设计任务分析 .1第 二 章 总 体 方 案 设 计 与 选 择 的 论 证 .12.1 单片机最小系统 .12.1.1 单 片 机 的 说 明 .12.1.2 单 片 机 的 应 用 .12.1.3 单 片 机 的 结 构 特 点 .32.1.4 单 片 机 引 脚 配 置 .32.2 模数转换模块介绍 .72.2.1 ADC0832 概 述 .72.2.2 引 脚 功 能 及 描 述 .72.2.3 工 作 模 式 .82.2.4 单 片 机 对 ADC0832 的 控 制 原 理 .82.2.5 ADC0832 应 用 原 理 框 图 .92.3 LCD1602 显示 .

8、102.3.1 LCD1602 的 基 本 结 构 .102.3.2 LCD1602 的 指 令 表 .11第 三 章 软 件 设 计 报 告 .123.1 单片机软件设计 .123.1.1 模 数 转 换 软 件 设 计 .123.1.2 LCD1602 显 示 软 件 设 计 .123.2 流程图设计 .123.2.1 主 程 序 流 程 图 .123.2.2 液 晶 模 块 流 程 图 .143.2.3 电 压 显 示 流 程 图 .153.3 原理图设计 .163.4 PROTEUS 仿真图 .173.5 PCB 版图 .183.6 实物图 .19第 四 章 疑 难 问 题 及 解 答

9、 .20第 五 章 总 结 与 致 谢 .21总 结 .21致 谢 .21参 考 文 献 .22附 录 .23课 程 设 计 评 语 .371第 一 章 绪 论1.1 系 统 设 计 任 务 分 析本 设 计 由 A/D 转 换 、 数 据 处 理 及 显 示 控 制 等 组 成 ， 测 量 0 5V 范 围 内 的输 入 电 压 值 ， 由 LCD1602 扫 描 显 示 ， 最 大 分 辨 率 0.1V， 误 差 0.02V。 数 字 电压 表 的 核 心 为 ST89C52 单 片 机 和 ADC0832 A/D 转 换 集 成 芯 片 。本 系 统 的 核 心 控 制 芯 片 选 用

10、的 是 STC89C52RC。 单 片 机 在 各 个 技 术 领 域 中的 迅 猛 发 展 ， 与 单 片 机 所 构 成 的 计 算 机 应 用 系 统 的 特 点 有 关 ：1 单 片 机 构 成 的 应 用 系 统 有 较 大 的 可 靠 性 。2 系 统 构 建 简 洁 、 易 行 ， 能 方 便 的 实 现 系 统 功 能 。3 由 于 构 成 的 系 统 是 一 个 计 算 机 系 统 ， 相 当 多 的 功 能 由 软 件 实 现 ， 故 具 有柔 性 特 点 和 优 异 的 性 能 价 格 比 。第 二 章 总 体 方 案 设 计 与 选 择 的 论 证2.1 单 片 机 最

11、 小 系 统2.1.1 单 片 机 的 说 明单 片 机 的 原 名 叫 Microcontroller， 即 微 型 控 制 器 。 顾 名 思 义 ， 单 片 机 有别 于 通 用 微 型 计 算 机 ， 它 是 专 门 为 控 制 和 智 能 仪 器 设 计 的 一 种 集 成 度 很 高 的 微型 计 算 机 。 其 控 制 功 能 强 ， 有 优 异 的 性 能 /价 格 比 ， 有 很 高 的 可 靠 性 。 因 而 ，单 片 机 的 应 用 范 围 在 不 断 的 扩 大 ， 它 已 经 成 了 人 类 生 活 中 不 可 缺 少 的 工 具 。 下面 介 绍 单 片 机 在 几

12、 个 方 面 的 典 型 应 用 。2.1.2 单 片 机 的 应 用(1)单片机在智能仪器中的应用2单 片 机 广 泛 的 用 于 各 种 仪 器 仪 表 中 ， 使 仪 器 仪 表 数 字 化 、 微 型 化 和 智 能 化 ，提 高 它 们 的 测 量 速 度 、 测 量 精 度 和 自 动 化 程 度 ， 简 化 仪 器 仪 表 的 硬 件 结 构 ， 便于 使 用 、 维 修 和 改 进 ， 提 高 其 性 能 /价 格 比 。(2)单片机在机电一体化产品中的应用 机 电 一 体 化 是 机 械 工 业 发 展 的 方 向 。 机 电 一 体 化 产 品 是 指 ， 集 机 械 技

13、术 、微 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 和 控 制 技 术 于 一 体 ， 具 有 智 能 化 特 征 的 机 电 产 品 。 例如 ， 微 机 控 制 的 数 控 机 床 、 机 器 人 等 。 单 片 机 作 为 机 电 产 品 中 的 控 制 器 ， 能 充分 的 发 挥 它 的 体 积 小 、 可 靠 性 高 、 功 能 强 等 优 点 ， 大 大 提 高 了 机 器 的 自 动 化 、智 能 化 程 度 。(3)单片机在过程控制中的应用过 程 控 制 是 微 型 机 应 用 最 多 、 最 有 效 的 方 面 之 一 ， 单 片 机 广 泛 的 应 用 于过 程 控 制 。

14、 它 既 可 以 作 为 主 机 控 制 ， 也 可 以 作 为 分 布 式 控 制 系 统 的 前 端 机 ， 对现 场 的 信 息 进 行 实 时 的 测 量 和 控 制 。 单 片 机 可 用 于 开 关 量 控 制 、 顺 序 控 制 及 逻辑 控 制 等 。 如 锅 炉 控 制 、 电 机 控 制 、 机 器 人 控 制 、 交 通 信 号 灯 控 制 、 造 纸 纸 浆浓 度 控 制 、 纸 张 定 量 水 分 及 厚 薄 控 制 、 雷 达 与 导 弹 控 制 以 及 航 天 导 航 系 统 鱼 雷制 导 系 统 控 制 等 。(4)单片机在计算机网络及通信中的应用由 于 高 性

15、 能 单 片 机 中 集 成 有 SDLC 通 信 接 口 ， 因 而 使 其 在 计 算 机 网 络 及 通信 设 备 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。例 如 ： Intel 公 司 的 8044， 由 8051 单 片 机 及 SDLC 通 信 接 口 组 合 而 成 ，用 高 性 能 的 串 行 接 口 单 元 SIU 代 替 传 统 的 UART， 采 用 双 绞 线 、 半 双 工 通 信 形式 ， 特 别 适 合 远 距 离 通 信 。 以 8044 位 基 础 组 成 的 位 总 线 是 一 种 高 性 能 、 低 价格 的 分 布 式 控 制 系 统 ， 传 送 距 离

16、可 达 1200m， 传 送 速 度 为 2.4Mbit/s， 网 络 节点 为 28 个 。 此 外 ， 单 片 机 在 自 动 拨 号 无 线 电 话 网 、 串 行 自 动 呼 叫 应 答 设 备 、 程控 电 话 、 无 线 电 遥 控 等 方 面 都 有 广 泛 的 应 用 。(5)单片机在家用电器方面的应用单 片 机 广 泛 的 应 用 于 家 用 电 器 产 品 中 ， 例 如 ： 洗 衣 机 、 电 冰 箱 、 微 波 炉 、电 饭 煲 、 高 级 智 能 玩 具 、 收 录 机 等 配 上 单 片 机 后 ,大 大 提 高 了 产 品 的 性 能 ， 倍受 人 们 的 喜 爱

17、 。 可 以 说 ,单 片 机 在 人 们 日 常 生 活 中 应 用 所 受 到 的 限 制 主 要 不 是 技3术 问 题 ， 而 是 创 造 力 和 技 巧 上 的 问 题 。2.1.3 单 片 机 的 结 构 特 点控制电路设计是系统的控制和数据处理的核心，而作为控制核心的单片机种类很多，如 PIC 等等。根据任务书的要求以及系统实际的需要，本 次 毕 业 设 计 采用STC89C52RC 作为系统的微控制器芯片。特点是，STC89C52RC 的 内 核 和 AT51 系 列 单片 机 一 样 ， 故 引 脚 也 相 同 。 但 是 STC89C52RC 可 以 通 过 STC_ISP

18、 软 件 下 载 进 行 烧录 。2.1.4 单 片 机 引 脚 配 置图 2.1 引 脚 配 置 图鉴 于 STC89C52RC 与 MCS-51 单 片 机 类 似 ， 现 介 绍 MCS-51 单 片 机 如 下 文 。MCS-51 单 片 机 采 用 40 引 脚 双 列 直 插 封 装 （ DIP） 形 式 。 对 于 CHMOS 单 片 机 除采 用 DIP 形 式 外 ， 还 采 用 方 形 封 装 工 艺 。 由 于 受 到 引 脚 数 目 的 限 制 ， 所 以 有 部分 引 脚 具 有 第 二 功 能 。在 单 片 机 的 40 条 引 脚 中 ， 有 2 条 用 于 主

19、电 源 的 引 脚 ， 2 条 外 接 晶 体 的 引 脚 ，控 制 或 其 他 电 源 复 用 引 脚 RST/ Vpd、 ALE、 和 VPP， 32 条 输 入 /输 出 引 脚 。 下面 就 本 系 统 用 到 的 引 脚 分 别 说 明 这 些 引 脚 的 名 称 和 功 能 。(1)主 电 源 引 脚 V CC 和 GND4VCC： 接 +5V 电 源GND： 接 电 源 地(2)钟 电 路 引 脚 XTAL1 和 XTAL2XTAL1： 接 外 部 晶 体 的 一 端 。 在 单 片 机 内 部 ， 它 是 反 相 放 大 器 的 输 入 端 ， 该放 大 器 构 成 了 片 内

20、 振 荡 器 。 在 采 用 外 部 时 钟 电 路 时 ， 对 于 HMOS 单 片 机 ， 此 引脚 必 须 接 地 ； 对 CHMOS 单 片 机 ， 此 引 脚 作 为 驱 动 端 。 XTAL2： 接 外 部 晶 体 的 另 一 端 。 在 单 片 机 内 部 ， 接 至 上 述 振 荡 器 的 反 相 放 大器 的 输 出 端 ， 振 荡 器 的 频 率 是 晶 体 振 荡 频 率 。 若 采 用 外 部 时 钟 电 路 时 ， 对 于HMOS 单 片 机 ， 该 引 脚 输 入 外 部 时 钟 脉 冲 ； 对 于 CHMOS 单 片 机 ， 此 引 脚 应 悬 空 。(3)信 号

21、 引 脚 RST/VpdRST/Vpd:复 位 /备 用 电 源 输 入 端 。 单 片 机 上 电 后 ， 只 要 在 该 引 脚 上 输 入24 个 振 荡 周 期 （ 2 个 机 器 周 期 ） 宽 度 以 上 的 高 电 平 就 会 使 单 片 机 复 位 ； 若 在RST 与 VCC 之 间 接 一 个 10 F 的 电 容 ， 而 在 RST 与 GND 之 间 接 一 个 8.2K 的下 拉 电 阻 ， 则 可 实 现 单 片 机 上 电 自 动 复 位 。RST/Vpd 具 有 复 用 功 能 ， 在 主 电 源 VCC 掉 电 期 间 ， 该 引 脚 可 接 上 +5V 备

22、用电 源 。 当 VCC 下 掉 到 低 于 规 定 的 电 平 ， 而 Vpd 在 其 规 定 的 电 压 范 围 内 时 ， Vpd就 向 片 内 RAM 提 供 备 用 电 源 ， 以 保 持 片 内 RAM 中 的 信 息 不 丢 失 ， 复 电 后 能 继 续正 常 运 行 。(4)输 入 /输 出 （ I/O） 引 脚 P0、 P1、 P2 和 P3MCS-51 单 片 机 有 4 个 双 向 并 行 的 8 位 I/O 口 P0 P3， P0 口 为 三 态 双 向 口 ，可 驱 动 8 个 TTL 电 路 ， P1、 P2、 P3 口 为 准 双 向 口 （ 作 为 输 入 时

23、 ， 口 线 被 拉 成 高电 平 ， 故 称 为 准 双 向 口 ） ， 其 负 载 能 力 为 4 个 TTL 电 路 。P0.0-P0.7:P0 口 是 一 个 8 位 双 向 I/O 端 口 。 在 访 问 片 外 存 储 器 时 ， 它 分时 提 供 低 8 位 地 址 和 作 8 位 双 向 数 据 总 线 。 在 EPROM 编 程 时 ， 从 P0 口 输 入 指令 字 节 ； 在 验 证 程 序 时 ， 则 输 出 指 令 字 节 （ 验 证 时 ， 要 外 接 上 拉 电 阻 ） 。 P0口 能 以 吸 收 电 流 的 方 式 驱 动 8 个 LSTTL 负 载 。5图 2.2 P0 口 1 位结构图P1.0-P1.7:P1 口 是 8 位 准 双 向 I/O 端 口 。 在 EPROM 编 程 和 程 序 验 证 时 ，它 输 入 低 8 位 地 址 。 P1 口 能 驱 动 4 个 LSTTL 负 载 。图 2.3 P1 口 1 位结构图P2.0-P2.7:P2 口 是 一 个 8 位 准 双 向 I/O 端 口 。 在 CPU 访 问 外 部 存 储 器 时 ，它 输 出 高 8 位 地 址 。 在 对 EPROM 编 程 和 程 序 验 证 时 ， 它 输 入 高 8 位 地 址 。 P2口 可 驱 动 4 个 LSTTL 负 载 。