1、四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）論文題目： 基于51單片機的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 辦學(xué)單位： 四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣系指導(dǎo)老師： XX 職 稱： 副教授 學(xué)生姓名： XX 學(xué) 號: XXXXXXXXXXXXX專 業(yè)：電子信息工程技術(shù)2014年 12月 30日摘要 本論文主要闡述了具有AD轉(zhuǎn)換功能的STC12C5160S2單片機作為系統(tǒng)的控制中心，可以實現(xiàn)對多路模擬信號進行采集、處理及顯示的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。具有處理能力強、精度高、通用性強等特點。硬件部分主要包括單片機控制模塊、模擬量采集接口模塊、鍵盤掃描模塊、LCD顯示模塊、電

2、源模塊。基于單片機的多路采集系統(tǒng)是一種對單片機性能要求中等，結(jié)構(gòu)簡單，實用性較強的低端電子產(chǎn)品，單片機作為核心器件，以其體積小、成本低、速度快、升級容易等優(yōu)點具有很好的現(xiàn)實意義。關(guān)鍵詞 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 單片機 模擬量 ABSTRACT This design uses a single chip AD conversion function STC12C5A60S2 control center as the system can achieve 8-way analog signal collection, with processing power and high accuracy,

3、versatility, etc. advantages. The hardware part of the control module include microcontroller, analog capture interface module, the keyboard input module, LCD display module, power module. Based on SCM multiplexed multi-channel data acquisition system is a kind of single-chip processor requirements

4、medium, the structure is simple, practical stronger low-end electronic product, the single chip microcomputer as the core device, with its small size, low cost, speed, upgrade easily and so on, have good practical significance.KEY WORDS multi-channel data acquisition scm analog 目錄 第一章 緒論第一節(jié) 課題緣起一、設(shè)計

5、背景和目的采用單片機實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有自動化和智能化，接口簡單靈活且有較高的數(shù)據(jù)輸率，能夠?qū)崟r數(shù)據(jù)做出快速響應(yīng)并及時分析和處理等特點，使得它們在許多應(yīng)用場合得到了廣泛的應(yīng)用。工業(yè)領(lǐng)域的現(xiàn)場信息是各種各樣的，既有模擬量，也有數(shù)字量。所以設(shè)計一種能夠采集多種信息的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有很重要的意義和價值。可以提高獲取大量動態(tài)信息的能力，從而為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本提供信息和手段。選擇多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計這個課題作為畢業(yè)設(shè)計，其主目的是想通過此次課程設(shè)計進一步學(xué)習(xí)和鞏固模電、數(shù)電、單片機及其相關(guān)的知識，并能在設(shè)計過程中綜合運用所學(xué)的知識內(nèi)容，進一步熟悉掌握單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其外圍電路的設(shè)計，掌握基本

6、專業(yè)軟件的使用，掌握基本電路的運用，掌握收集資料、消化資料和綜合資料的能力，提高綜合運用所學(xué)知識解決相關(guān)問題的能力，為即進入社會參加工作打下堅實的基礎(chǔ)。二、性能指標(biāo)隨著工業(yè)自動化、智能化的提高，人們對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能和性能都提出了越來越高的要求。為了較好的滿足這些要求，本設(shè)計的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過單片機的A/D和I/O口，實現(xiàn)了多路模擬信號和數(shù)字信號的采集，具有以下的功能和性能指標(biāo)：（1）能夠?qū)崿F(xiàn)對多路模擬信號的采集；（2）能夠經(jīng)單片機處理后在液晶上顯示采集結(jié)果；（3）當(dāng)采集的信號變化時，液晶上的采集結(jié)果也相應(yīng)的改變。第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)第一節(jié) 系統(tǒng)方案選擇與論證一、題目要求以STC1

7、2C5A60S2單片機為核心，設(shè)計對多路模擬數(shù)據(jù)采集、處理，通過按鍵K1來切換數(shù)據(jù)通道，按鍵K2確定哪路數(shù)據(jù)輸入，并在液晶上顯示采集結(jié)果的電路。多路模擬數(shù)據(jù)分別是：（1） 頻率為200HZ-2KHZ，幅值為+5V,測其有效值；（2） 1V/3V直流電壓信號；（3） 溫度信號（0-50）,0.5精度；（4） 采集頻率，范圍為20HZ-20KHZ；（5） -5V直流電壓；（6） 直流源10MA-20MA；（7） 濕度檢測。二、系統(tǒng)基本方案根據(jù)題目要求系統(tǒng)模塊可以劃分為： 信號采集模塊，單片機處理控制模塊，顯示模塊，按鍵模塊、電源模塊。為實現(xiàn)各模塊的功能，分別做了幾種不同的設(shè)計方案并進行了論證。如圖

8、1所示的基本方框圖：圖1三、各模塊電路的方案選擇及論證（一）有效值的采集方案一：選用AD637,它是一個高精度單片真有效值轉(zhuǎn)換器，可以計算各種復(fù)雜波形的真有效值。使用簡單，調(diào)整方便，穩(wěn)定時間短，讀數(shù)準(zhǔn)確。方案二：選用AD736，若要測量交流電流的真有效值，要在AD736之間加一個分流器。要想設(shè)計高精度真有效值RMS時，還應(yīng)考慮被測電壓的波峰因素（被測信號的峰值和真有效值之比）的影響。測有效值電路復(fù)雜，調(diào)試?yán)щy。綜上所述，選擇方案一。 （二）頻率的采集方案一：用單片機延時100ms,頻率即為10HZ，在100ms內(nèi)計算脈沖個數(shù)；100ms可用示波器進行標(biāo)準(zhǔn)延時；方案二：用單片機的定時中斷來計算脈

9、沖個數(shù)，編寫程序時就比較復(fù)雜一點；方案三：將頻率轉(zhuǎn)化為電壓進行采集，硬件電路圖就比較復(fù)雜；綜上所述，選擇方案一。（三）溫度采集模塊方案一：利用AD590用溫度補償放大的硬件電路來采集溫度；方案二：利用AD590直接采集當(dāng)前溫度；AD590是電流型器件，溫度每變化1，其電流增加1uA。其輸出電流是以絕對溫度零度（-273）為基準(zhǔn)。假設(shè)溫度為100，如果采用方案一，100時，Uo=373uA*10K=3.73V；0時，Uo=273uA*10K=2.73V；電壓的變化范圍為0V-1V。如果采用方案二，溫度被放大10倍后，電壓的變化范圍為0V-10V，溫度采集的精度變高了，所以選擇方案二。（四）運放的

10、選擇由于溫度、頻率、電壓等模擬信號的采集需要用到運放，那么有幾種芯片可供選擇。方案一：選用NE5532，NE5532是一種雙運放高性能低噪聲運算放大器，相比較大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)運算放大器，它能顯示出更好的噪聲性能，提高輸出驅(qū)動能力和相當(dāng)高的小信號和電源帶寬。方案二：選用UA741，UA741（單運放）是高增益運算放大器，用于軍事，工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用，這類單片硅集成電路器件提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。除此之外，還具有廣泛的共同模式，差模信號范圍和低失調(diào)電壓調(diào)零能力與使用適當(dāng)?shù)碾娢弧７桨溉哼x用OP07，OP07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（

11、對于OP07最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。綜上所述，選擇方案一。（五）顯示模塊該模塊在主控端，用于顯示接收到的數(shù)據(jù)。方案一：采用數(shù)碼管顯示，動態(tài)掃描顯示的方式方案二：采用12864液晶顯示屏顯示對于方案一，該方案成本低廉，功耗低，顯示驅(qū)動程序的編寫也相對簡單。不足之處是數(shù)碼管可以顯示的字符有限。不能滿足設(shè)計多人機界面的需求。若不外接鎖存器，數(shù)碼管動態(tài)

12、掃描回占用系統(tǒng)大量資源，對于方案二，液晶顯示屏具有字符優(yōu)美，不但能顯示數(shù)字還能顯示字符甚至圖形的優(yōu)點，人機界面好，這是數(shù)碼管無法比擬的。綜上所述，選擇方案二。（六）電源模塊各芯片及單片機工作需要不同的供電電源，也有兩種方案。方案一：選擇開關(guān)電源供電；方案二：選擇線性直流電源供電；對于方案一，開關(guān)電源，電源效率較高，輸出電流較大，但是相對來說電源紋波較大，對于方案二，采用多級穩(wěn)壓，穩(wěn)壓效果較好。在此我們并不要求效率，因此方案二能滿足要求。綜上所述，選擇方案二。四、系統(tǒng)各模塊的最終方案根據(jù)以上方案，結(jié)合器件和實現(xiàn)條件等因素，確定如下方案：（一）利用AD637來測交流信號的有效值；（二）利用示波器標(biāo)

13、準(zhǔn)延時100ms采集頻率；（三）用補償放大電路采集溫度；（四）運放選用NE5532。（五）顯示模塊選用LCD12864液晶顯示；（六）電源模塊選用線性直流電源供電； 第二節(jié) 多路信號的硬件設(shè)計與實現(xiàn)一、溫度信號的采集溫度信號的采集需要用到溫度傳感器AD590，它是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值，直接輸出與力學(xué)溫度成比例的電流信號,在輸出端串聯(lián)一個電阻則轉(zhuǎn)換為電壓信號。除此之外,AD590還具有測溫不需要參考點、抗干擾能力強、互換性好等優(yōu)點。它的工作原理如下：AD590產(chǎn)生的電流與絕對溫度成正比，它可接收的工作電壓為4V30V，檢測的溫度范圍為55150，它有非常好的線性

14、輸出性能，溫度每增加1，其電流增加1uA。其輸出電流是以絕對溫度零度（-273）為基準(zhǔn)，每增加1，它會增加1A輸出電流。AD590的輸出電流I=（273+T）A（T為攝氏溫度），因此測量的電壓V為（273+T）A×10K=（2.73+T/100）V。為了將電壓測量出來又務(wù)須使輸出電流I不分流出來，我們一般使用電壓跟隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。AD590的管腳圖及元件符號如下圖2所示：圖2 對溫度的采集，都是測它的輸出電壓，那么先接個射隨器NE5532，然后是溫度補償電路，這時的輸出電壓比較小，再用NE5532把電壓進行放大，最后再接個電壓跟隨器把輸出電壓送給單片機，其電路原理如

15、圖3所示：圖3二、3V/1V直流電壓的采集直流電壓采集是用可調(diào)電位器，可調(diào)電位器，是一種可調(diào)的電子元件，由一個體和一個轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成。在裸露的電阻體上，緊壓著一至兩個可移金屬觸點，觸點位置確定電阻體任一端與觸點間的阻值。當(dāng)電阻體的兩個固定觸點之間外加一個電壓時，通過轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，轉(zhuǎn)動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關(guān)系的電壓，電位器基本上就是滑動變阻器，它的變動范圍為0-5V。其電路原理如圖4所示：圖4三、頻率為200HZ-2KHZ，幅值為+5V有效值的采集有效值的采集采用的芯片是AD637，它是AD公司生產(chǎn)的真有效值-直流轉(zhuǎn)換芯片，它的功能是把外

16、部輸入的交流信號有效值變成直流信號輸出，可以計算各種復(fù)雜波形的真有效值。可測量的輸入信號有效值可高達(dá)7V,對于1vRMS的信號，它的3dB帶寬為8MHz,并且可以對輸入信號的電平以dB形式指示，當(dāng)輸入電壓為100mV 時，寬標(biāo)值為600kHz；輸入電壓為2V時，帶寬標(biāo)稱值為8MHz。另外，AD637通過片選（CS）管腳作用，可以使靜態(tài)電流從2.2mA降至350µA。因此，在數(shù)據(jù)采集和儀器儀表等場合，有很廣泛的應(yīng)用。AD637的管腳圖如圖5所示， 圖5如果單純使用AD637的真有效值輸出的這個功能，電路連接非常的簡單，典型電路如圖2所示。輸入緩沖和輸出偏移接到內(nèi)部的模擬公共端，一起接地

17、；dB輸出端懸空；緩沖懸空； 外部的輸入信號如果是交流信號，需要在輸入端串接一個無極性的耦合電容；電容C16的作用是調(diào)整輸出的直流信號紋波大小。其電路原理圖如圖6示：圖6四、頻率在10HZ-20KHZ范圍的采集頻率的采集是用信號發(fā)生器來產(chǎn)生頻率，用單片機標(biāo)準(zhǔn)延時100ms計算脈沖個數(shù)，從而得出每個脈沖的周期，就可以知道每個脈沖的頻率，因此需要把輸入的交流信號轉(zhuǎn)變成脈沖信號。當(dāng)輸入交流信號時，接個電壓跟隨器，再接個過零比較器，當(dāng)電壓大于零時，輸出正的最大；小于零時，輸出負(fù)的最大，因為單片機的工作電壓為5V，需要串聯(lián)幾個電阻分壓，保證信號頻率的幅值為5V，然后接個二極管，去掉負(fù)半部分，再接個74H

18、C14六反相斯密特觸發(fā)器，其引腳功能如圖7所示：圖7斯密特觸發(fā)器有一個重要的滯后特性，滯后特性是指當(dāng)把輸入端并接成非門時它們的輸入、輸出特性是：當(dāng)輸入電壓V1上升到VT電平時，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出負(fù)跳變；過了一段時間輸入電壓回降到VT電平時，輸出并不回到初始狀態(tài)而需輸入V1繼續(xù)下降到VT電平時，輸出才翻轉(zhuǎn)至高電平（正跳變），用公式：VTVT=VT 表示，VT稱為斯密特觸發(fā)器的滯后電壓。VT與IC的電源電壓有關(guān)，當(dāng)電源電壓提高時，VT略有增加，一般VT值在3V左右。因斯密特觸發(fā)器具有電壓的滯后特性，常用它對脈沖波形整形，使波形的上升沿或下降沿變得陡直，它可將緩慢變化的輸入信號轉(zhuǎn)換成清晰、無抖動的輸出

19、信號，所以用它來對脈沖進行整形。其電路原理圖如圖8所示： 圖8五、-5V直流電壓的采集-5V直流電壓的是先給-15V的直流電壓，接一個20K的電阻和一個10K的可調(diào)電位器，電位器兩端并聯(lián)一個穩(wěn)壓管，把電壓穩(wěn)壓在-5V左右，然后接一個運放NE5532，從反相端輸入，使放大倍數(shù)為1，就把-5V的直流電壓變成了+5V的電壓送給單片機處理，其電路原理如圖9所示：圖9六、電流源10mA-20mA的采集電流源的采集是用三端可調(diào)節(jié)輸出正電壓穩(wěn)壓器LM317，在輸出電壓范圍為1.2伏到37伏時能夠提供超過1.5安的電流，此穩(wěn)壓器非常易于使用，只需要兩個外部電阻來設(shè)置輸出電壓。此外還使用內(nèi)部限流、熱開關(guān)和安全工

20、作區(qū)補償使之基本能防止燒斷保險絲。LM317服務(wù)于多種應(yīng)用場合，包括局部穩(wěn)壓、卡上穩(wěn)壓，該器件還可以用來制作一種可編程的輸出穩(wěn)壓器，或者，通過作一種精密穩(wěn)流器。LM317的可調(diào)端和輸出端有一個基準(zhǔn)電壓1.25V,在它們之間接一個固定電阻，就可以得到一個穩(wěn)定的電流。利用這一點，在可調(diào)端和輸出端接了一個50歐姆的電阻和一個可調(diào)電阻，就會得到一個恒定的電流。然后接了一個阻值為100歐姆，精度為0.1%的電阻，采集它的電壓，再接一個射隨器NE5532，這樣就把電流轉(zhuǎn)化為了電壓，因為精密電阻的誤差小，所以得到的結(jié)果比較準(zhǔn)確。 其電路原理如圖10所示：圖10七、濕度的采集用新型的智能集成濕度傳感器DHT1

21、1實現(xiàn)濕度的檢測，將濕度信號通過傳感器進行信號的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再運用單片機STC89C52進行數(shù)據(jù)的分析和處理，并在LCD1602上顯示當(dāng)前溫濕度。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，并與一個高性能8位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個DHT11傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在OTP內(nèi)存中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這

22、些校準(zhǔn)系數(shù)。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳封裝。連接方便，特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。DATA 用于微處理器與 DHT11之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式,一次通訊時間4ms左右, 用戶MCU發(fā)送一次開始信號后,DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式,等待主機開始信號結(jié)束后,DHT11發(fā)送響應(yīng)信號,送出40bit的數(shù)據(jù),并觸發(fā)一次信號采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù).從模式下,DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集,如果沒有接收到主機發(fā)送開始信號,DHT

23、11不會主動進行溫濕度采集.采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。其電路如圖11所示： 圖11第三節(jié) STC12C5A60S2一、STC12C5A60S2的基礎(chǔ)知識STC12C5A60S2/AD/PWM系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期(1T)的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051,但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機控制，強干擾場合。各引腳功能簡單介紹如下：VCC：供電電壓;GND：接地;P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每個管腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P

24、1口的管腳寫“1”時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FLASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FLASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部電位必須被拉高;P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收;P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管

25、腳電位被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。作為輸入時，P2口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號;P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入時，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流(ILL)，也是由于上拉的緣故。P

26、3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口：P3.0 RXD(串行輸入口)P3.1 TXD(串行輸出口)P3.2 INT0(外部中斷0)P3.3 INT1(外部中斷1)P3.4 T0(記時器0外部輸入)P3.5 T1(記時器1外部輸入)P3.6 WR (外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)P3.7 RD (外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通)同時P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號;RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高平時間;ALE / PROG ：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不

27、變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令時ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效；PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期PSEN兩次有效。但在訪問內(nèi)部部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn);EA/VPP：當(dāng)EA保持低電平時，訪問外部ROM;注意加密方式1時，EA將內(nèi)部鎖定為RESET;當(dāng)

28、EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部ROM。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源(VPP);XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入;XTAL2：來自反向振蕩器的輸出其芯片引腳如圖12所示： 圖12二、STC12C5A60S2單片機的A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)STC12C5A60AD/S2系列帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機的A/D轉(zhuǎn)換口在P1口(P1.7-P1.0)，有8路10位高速A/D轉(zhuǎn)換器,速度可達(dá)到250KHz。8路電壓輸入型A/D，可做溫度檢測、電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后P1口為弱上拉型I/O口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為A/D轉(zhuǎn)換，不需作為A

29、/D使用的口可繼續(xù)作為I/O口使用。（一）P1口模擬功能控制寄存器PALSFPALSF控制寄存器其格式如表一：表一：PALSF控制寄存器SFRnameAddressBitB7B6B5B4B3B2B1B0PLASE9DHNamePl7ASEPl6ASEPl5ASEPl4ASEPl3ASEPl2ASEPl7ASEPl7ASE該寄存器是只寫寄存器,讀無效，當(dāng)P1口中的相應(yīng)位作為A/D使用時,要將P1ASF中的相應(yīng)位置1。（二）ADC控制寄存器ADC_CONTRADC_CONTR寄存器的格式如表二：表二：ADC_CONTR寄存器SFRnameAddressbitB7B6B5B4B3B2B1B0ADCC

30、ONTRBCHnameADCPOWERSPEED1SPEED0ADCFLAGADCSTARTCHS2CHS1CHS0ADC_POWER：ADC電源控制位。0：關(guān)閉A/D轉(zhuǎn)換器電源；1：打開A/D轉(zhuǎn)器電源。建議進入空閑模式前，將ADC電源關(guān)閉，即ADC_POWER =0。啟動A/D轉(zhuǎn)換前一定要確認(rèn)A/D電源已打開，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后關(guān)閉A/D電源可降低功耗，也可不關(guān)閉。初打開內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模擬電源，需適當(dāng)延時，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定后，再啟動A/D轉(zhuǎn)換。 建議啟動A/D轉(zhuǎn)換后，在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)前，不改變?nèi)魏蜪/O口的狀態(tài)，有利于高精度A/D󰀃轉(zhuǎn)換，若能將定時器/串行口/中斷系統(tǒng)關(guān)閉更好。

31、，若能將定時器/串行口/中斷系統(tǒng)關(guān)閉更好。ADC_FLAG：模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，要由軟件清0。 不管是A/D轉(zhuǎn)換完成后由該位申請產(chǎn)生中斷，還是由軟件查詢該標(biāo)志位A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，一定要軟件清0。 ADC_START：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換啟動控制位，設(shè)置為“1”時，開始轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)束后為0（三）A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器ADC_RES、ADC_RESL特殊功能寄存器ADC_RES和ADC_RESL寄存器用于保存A/D轉(zhuǎn)結(jié)果，其格式如表三：表三：特殊功能寄存器ADC_RES和ADC_RESL寄存器Mnemon

32、icAddNameB7B6B5B4B3B2B1B0ADC_RESBDHA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器高ADC_RESLBEHA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器低-AUXR1A2HAuxiliaryRegister1-PCA_P4SPI_P4S2_P4GF2ADRJ-DPSAUXR1寄存器的ADRJ位是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器(ADC_RES,ADC_RESL)的數(shù)據(jù)格式調(diào)整控制位。當(dāng)ADRJ=0時，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位存放在ADC_RES中，低2位存放在ADC_RESL的低2位中。當(dāng)ADRJ=1時，10位A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高2位存放在ADC_RES的低2位中，低8位存放在ADC_RESL中。三、時鐘電路和復(fù)位電路單

33、片機的定時控制功能是用片內(nèi)的時鐘電路和定時電路來完成的，而片內(nèi)的時鐘產(chǎn)生有兩種方式：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。采用內(nèi)部時鐘方式時，片內(nèi)高增益反向放大器通過XTAL1、XTAL2外接作為反饋元件的晶體（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個自激振蕩器向內(nèi)部時鐘電路提供振蕩時鐘。振蕩器的頻率主要取決于晶體的振蕩頻率，一般晶體可在1.2-12MHz之間任選。電容的值有微調(diào)主作用，通常取30pF左右。在正常工作的情況下可以采用更高頻率的晶振，單片機最小晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越大處理速度越快。起振電容C7、C8一般采用2033pF，并且電容里晶振越近越好，晶振離單片機越近越好。

34、為確保單片機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般單片機電路正常工作需要供電電源為5V+5%，即為4.75-5.25V。由于微機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復(fù)位信號才被撤除，單片機電路開始工作。手動按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平，一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時，則Vcc的+5V電平就會直接加到RST端。Vcc上電時，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位；幾個毫秒后，C充滿，10K電阻

35、上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下S，C放電。S松手，C又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復(fù)位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。由于人的動作再快也會使按鈕保持接通數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時間要求。 第四節(jié) 液晶12864 一、基礎(chǔ)知識帶中文字庫的128X64 是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種字符接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192 個16*16 點漢字，和128 個16*8 點ASCII 字符 集.利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指

36、令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面。可以顯示8×4 行16×16 點 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.低電壓低功耗是其又一顯著特點。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點陣液晶 顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的圖形液晶模塊。 主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性: 電源：VDD 3.3V+5V(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓)；顯示內(nèi)容：128列×64行顯示顏色：黃綠顯示角度：6：00鐘直視LCD類型：STN 與MCU接口：8位或4位并行/3位串行配置LED背光多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等二、使用前的準(zhǔn)備

37、及注意事項先給模塊加上工作電壓，再按照下圖的連接方法調(diào)節(jié)LCD的對比度，使其顯示出黑色的底影。此過程亦可以初步檢測LCD有無缺段現(xiàn)象。注意事項： （一）欲在某一個位置顯示中文字符時，應(yīng)先設(shè)定顯示字符位置，即先設(shè)定顯示地址，再寫入中文字符編碼。（二）顯示ASCII字符過程與顯示中文字符過程相同。不過在顯示連續(xù)字符時，只須設(shè)定一次顯示地址，由模塊自動對地址加1指向下一個字符位置，否則，顯示的字符中將會有一個空ASCII字符位置。（三）當(dāng)字符編碼為2字節(jié)時，應(yīng)先寫入高位字節(jié)，再寫入低位字節(jié)。（四）模塊在接收指令前，向處理器必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志時BF需為“0”，方可接受新的指

38、令。如果在送出一個指令前不檢查BF標(biāo)志，則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時間，即等待前一個指令確定執(zhí)行完成。指令執(zhí)行的時間請參考指令表中的指令執(zhí)行時間說明。液晶12864與單片機STC12C5A60S2及按鍵的接口電路如圖13所示 圖13 第五節(jié) 電源電路電源是電路中很重要的部分，單片機和芯片要正常工作都需要給它們提供電壓，單片機的工作電壓是5V，芯片的工作電壓一般是15V，我們就用78/79系列來設(shè)計電路。78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少，7805三端穩(wěn)壓集成電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩(wěn)壓IC

39、型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7805表示輸出電壓為正5V，7915表示輸出電壓為負(fù)9V。78/79系列的引腳如圖14所示：圖14在實際應(yīng)用中，應(yīng)注意三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱片，因為當(dāng)穩(wěn)壓器溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。電源的硬件電路如圖15所示：圖15第三章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計本章介紹了該設(shè)計的軟件方面，軟件采用模塊化方式進行編程，用到該模塊時可直接調(diào)用，為了更好地理解程序模塊的功能，各模塊都給出了相應(yīng)的流程圖。第一節(jié) 各部分程序設(shè)計一、主程序主程序是對單片機的初始化及各種子程序的調(diào)用，其中初始化包括液晶初始化，A/D初始化，子程序的調(diào)用包括數(shù)

40、據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等的調(diào)用。主程序流程圖如圖16所示：圖16二、頻率部分如圖17所示 圖17 圖18在頻率的采集中我們主要采用了單片機的計數(shù)功能來得到最終的頻率，通過對單片機延時一百個毫秒內(nèi)得到的脈沖個數(shù)X，最終轉(zhuǎn)換成頻率F=10X，軟件程序如下：uint measure(void) /頻率的測量函數(shù) uint a; TMOD|=0x05; /定時器采用計數(shù)的功能 TR0=0; TH0=0x00; TL0=0x00; TR0=1; delayms(100); /標(biāo)準(zhǔn)的一百個毫秒延時函數(shù) TR0=0; a=TH0*256+TL0 a=a*10; /得到的最終頻率 return a;在此次的測量中，

41、由于程序是采用C語言進行編寫的，所以對延時100個毫秒不能通過計算指令時間來得到，最總考慮采用示波器來進行延時的測量，最后得到了一個比較接近的延時，但是誤差任然純在，在頻率較低時，誤差還是比較大的。三、ADC部分如圖18 由于12單片機自帶10位8路的內(nèi)部ADC，所以我們無需再外接AD轉(zhuǎn)換芯片。對于10位的AD，但是我們的單片機是8位單片機，所以其最終是需要單片機的兩個寄存器對其結(jié)果進行保存，分別是ADC_RES和ADC_RESL，其前者保存的是10位結(jié)果的高8位，后者則是保存的低2位數(shù)據(jù)。最后得到的10位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電壓的計算公式為 Vin= (ADC_RES*4+ADC_RESL)*(5.0

42、0/1024)其AD轉(zhuǎn)換程序如下int GETAD(uchar channel) /AD準(zhǔn)換函數(shù) uchar AD_finished=0;int result;ADC_CONTR|=channel;delayms(1);ADC_CONTR|=0x08;while(AD_finished=0) AD_finished=(ADC_CONTR&0X10); result=ADC_RES*4+ADC_RESL;return(result);第四章 系統(tǒng)的調(diào)試和故障分析第一節(jié) 軟硬件的調(diào)試 硬件調(diào)試主要是針對主控板中單片機模塊和外部輸入、輸出模塊進行調(diào)試。這一部分硬件調(diào)試主要分成兩大塊：上電前的

43、調(diào)試和上電后的調(diào)試。軟件調(diào)試主要包括ADC調(diào)試部分，頻率采集調(diào)試部分，濕度單線總線調(diào)試部分。一、上電前的調(diào)試在上電前，必須確保電路中不存在斷路或短路情況，這一工作是整個調(diào)試工作的第一步，也是非常重要的一個步驟。在這部分調(diào)試中主要使用的工具是萬用表，用來完成檢測電路中是否存在斷路或者短路情況等。在買好所需元器件后,我們把每一個不管大小元器件都認(rèn)真的檢測了一下,在確保好的的情況下,開始接電路。完成焊接后,通過萬用表的檢測,沒有發(fā)現(xiàn)短路和斷路的地方了，電路基本正常。二、上電后的調(diào)試在確保硬件電路正常，無異常情況(斷路或短路)方可上電調(diào)試，上電調(diào)試的目的是檢驗電路是否接錯，同時還要檢驗電路原理是否正確

44、。在本次畢業(yè)設(shè)計中，我們采集的是多路的模擬信號，所以是對各模塊電路分別進行調(diào)試。上電調(diào)試主要是檢測單片機部分與外部輸入、輸出電路是否接對。本次調(diào)試需要通過軟硬件聯(lián)調(diào)來實現(xiàn)。第二節(jié) 故障分析在調(diào)試過程中我們總會遇到很多問題，主要有以下一些問題：（一）調(diào)試時，芯片NE5532經(jīng)常被燒壞，因為我們設(shè)計的電源有四個，還有一個接地，就容易搞混淆，把電源接錯，導(dǎo)致電壓過大，燒壞元件。后來就貼了一個標(biāo)簽在電路板上。（二）調(diào)試各個輸出信號時，信號都不是很穩(wěn)定。是因為輸出接的導(dǎo)線比較長，對輸出信號有干擾，我們就在輸出端接了一個電容，濾除干擾信號。 （三）有些是焊接的問題，比如：短接、錯焊、漏焊等問題。一個真正的系統(tǒng)都是由個部分小的系統(tǒng)模塊合并起來的，只有確保了各子模塊無誤的情況下才能進行整個系統(tǒng)的聯(lián)體調(diào)試。焊接好的電路板并不能直接使用，可能存在很多的問題，比如說在焊接過程中出現(xiàn)虛焊、引腳的焊錫碰到了導(dǎo)線引起的短路等等。這些都需要細(xì)心的檢測和調(diào)試以后才能使用，所以在調(diào)試之前要對板子上所有的元器件進行檢查。（四）單線總線的調(diào)試最為煩躁，在調(diào)試過程中，由于其對時序要求非常之高。但是搜得的資料全是標(biāo)準(zhǔn)51單片機的延時函數(shù)，所以對于我們的12系列單片機顯然是不能采用的，因而在延時函數(shù)的處理上，通過示波器調(diào)的標(biāo)注延時函數(shù)。問題才得以解