高精度ad采集系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、<p>　　2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書</p><p>　　高精度多路A/D采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　院 、部： 電氣與信息工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱 講師 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工

2、程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： 電氣本0904 </p><p>　　完成時(shí)間： 2013-5-25 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運(yùn)用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不斷提高

3、，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)的控制領(lǐng)域中，越來(lái)越多的模擬信號(hào)需要2數(shù)字量來(lái)顯示。需求的精度越來(lái)越高，采集通道越來(lái)多。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是模擬域與數(shù)字域之間必不可少的紐帶，它的存在具有非常重要的作用。</p><p>　　本文主要介紹了基于單片機(jī)的高精度的多路A/D采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)

4、包括單片機(jī)主控模塊、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、LCD液晶顯示模塊，鍵盤輸入模塊。數(shù)據(jù)采集的控制是采用了AT89S51單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)，11路模擬信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器TLC2543進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。實(shí)現(xiàn)模擬量到12位二進(jìn)制數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)單片機(jī)接收、處理、并用LCD液晶來(lái)顯示所采集的結(jié)果。此系統(tǒng)采樣精度為1/4096，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后，液晶所顯示數(shù)據(jù)結(jié)果可以精確到小數(shù)點(diǎn)后7位。同時(shí)通過(guò)鍵盤作為人機(jī)交換接口，通過(guò)鍵盤來(lái)操作，來(lái)選擇T

5、LC2543所連接11路中其中一通當(dāng)前測(cè)試值。軟件設(shè)計(jì)采用C51編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞：A/D轉(zhuǎn)換；高精度；單片機(jī)；液晶顯示</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the constantly improvement of da

6、ta acquisition system (DAS), which has been significantly applied to these fields like military, avionics, aerospace technology and industry and so on, there evoluted a single-chip microcomputer DAS that has high perform

7、ance and high reliability. And this expertise has been extensively applied to the field of industry. Since at the control point of this field, more and more analog signals need be displayed in digital quantity. And this

8、process need higher and</p><p>　　This thesis will mainly introduce a system design based on single-chip microcomputer DAS of high accuracy and multi-channel A/D. This design consists of hardware design and s

9、oftware design, of which the hardware design includes the single-chip microcomputer control module, A/D conversion module, LCD module and keyboard input module. And the data acquisition control process of it adopts AT89

10、S51 as the core, where No.11 analog signal converts into12 bit binary digital quantity through the A/D con</p><p>　　Keyword: A/D；conversion precision；MCU；LCD display</p><p><b>　　目 錄</b

11、></p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題研究的目的和意義1</p><p>　　1.2 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2 方案論證與選擇4</p>&

12、lt;p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證4</p><p>　　2.2 器件選擇6</p><p>　　2.2.1 A/D芯片的選擇6</p><p>　　2.2.2 單片機(jī)的選擇7</p><p>　　2.2.3 顯示屏的選擇7</p><p>　　2.2.4 按鍵的選擇8</p&g

13、t;<p>　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.1 單片機(jī)系統(tǒng)9</p><p>　　3.1.1 簡(jiǎn)介AT89S529</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖10</p><p>　　3.2 12864LCD應(yīng)用原理12</p><p>　　3.2.1 概述

14、12</p><p>　　3.2.2 基本特性13</p><p>　　3.2.3 模塊接口說(shuō)明13</p><p>　　3.2.4 12864與單片機(jī)硬件連接圖13</p><p>　　3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC254315</p><p>　　3.3.1 TLC2543的引腳排列及說(shuō)明 

15、15</p><p>　　3.3.2 TLC2543的工作過(guò)程17</p><p>　　3.3.3 接口時(shí)序17</p><p>　　3.3.4 TLC2543與單片機(jī)硬件連接圖19</p><p>　　3.4 矩陣式鍵盤20</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)21</p><

16、p>　　4.1 簡(jiǎn)介KeilUvision421</p><p>　　4.2 程序設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2.1 主程序21</p><p>　　4.2.2 液晶驅(qū)動(dòng)程序22</p><p>　　4.2.3 鍵盤掃描程序25</p><p>　　4.2.4 數(shù)據(jù)采集程序25<

17、;/p><p>　　5 仿真與調(diào)試30</p><p>　　5.1 Proteus介紹30</p><p>　　5.2 采集系統(tǒng)仿真與分析31</p><p>　　5.3 液晶顯示系統(tǒng)調(diào)試32</p><p>　　5.4 設(shè)計(jì)總結(jié)33</p><p><b>　　致

18、謝35</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)36</b></p><p>　　附錄A 原理圖37</p><p>　　附錄B PCB圖38</p><p><b>　　附錄C 程序39</b></p><p><b>　　1 緒論&l

19、t;/b></p><p>　　1.1 課題研究的目的和意義</p><p>　　科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步同時(shí)也帶動(dòng)了測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備的性能和結(jié)構(gòu)上都發(fā)生了翻天覆地的變化。已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代的我們，測(cè)量技術(shù)已經(jīng)是當(dāng)今社會(huì)的主流，被廣泛地深入到了應(yīng)用工程的各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用的關(guān)注度越來(lái)越高，并且

20、由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的迅速發(fā)展，它在各種領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于模擬信號(hào)測(cè)量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)換為數(shù)字量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，例如：城市路燈故障檢測(cè)、供電線路防盜監(jiān)視、城市居民小區(qū)供熱檢測(cè)、大型倉(cāng)庫(kù)溫度檢測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)測(cè)控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)溫度測(cè)控、環(huán)保工程、故障監(jiān)控工程等。</p><p>　　20世紀(jì)50年代開(kāi)始出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，1956年美國(guó)的軍事領(lǐng)域首次據(jù)采集系統(tǒng)中的測(cè)

21、試系統(tǒng)被運(yùn)用，此測(cè)試系統(tǒng)你需要任何測(cè)試相關(guān)文件，同時(shí)所有測(cè)試設(shè)備都可以在不熟啦的操作人員手里進(jìn)行全自動(dòng)化。這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有運(yùn)行速度高，靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，因此完全取代了傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試任務(wù)的情況。到了60年代后期，許多國(guó)內(nèi)外國(guó)家都先后出現(xiàn)成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)，而且這些設(shè)備系統(tǒng)都為專用。</p><p>　　20世紀(jì)70年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將微型機(jī)、采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體，這一成就空前的突

22、破。無(wú)論是從性能還是處理速度上，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)完全超越了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)儀和專用采集系統(tǒng)。從而數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)又一次革命性改變。從70年代之后，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在發(fā)展過(guò)程中逐漸出現(xiàn)了兩類，一為實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀(jì)80年代由于計(jì)算機(jī)的漸漸被普及，A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展進(jìn)行又一次的飛躍，通用的A/D數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生了。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要同樣分為兩類，一

23、類系統(tǒng)主要適用于實(shí)驗(yàn)室的以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)組成，而且在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也有一定的應(yīng)用范圍。第二類則在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被廣泛應(yīng)用，這類主要以數(shù)據(jù)采集器、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)成。20世紀(jì)80年代后期，隨著數(shù)據(jù)采集發(fā)展，A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將單片機(jī)、計(jì)算機(jī)以及集成電路的結(jié)合一起，同時(shí)利用用軟件管理，將系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成數(shù)倍增加，數(shù)據(jù)處理能力加強(qiáng)。</p><p>　　20世紀(jì)90年代至今，在凡事

24、國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)無(wú)論是在軍事領(lǐng)域，還是航空航天的電子設(shè)備及宇航技術(shù)，或者是一般工業(yè)領(lǐng)域中都是密不可分的一本分。隨著集成電路制造技術(shù)的不斷提高，開(kāi)始出現(xiàn)了單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS），此類系統(tǒng)性能高、可靠性強(qiáng)。隨著此類技術(shù)不斷的提高，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)領(lǐng)域，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于此階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的模塊式結(jié)構(gòu)，人們根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊變動(dòng)，并結(jié)合相應(yīng)系統(tǒng)編程修改系統(tǒng)，迅速組成

25、一個(gè)新的系統(tǒng)。</p><p>　　盡管現(xiàn)在以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展取得了很大的進(jìn)步，而且一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成僅僅只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡，把數(shù)據(jù)采集卡插在微機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)并輔以應(yīng)用軟件，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會(huì)對(duì)基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，而雙單片機(jī)又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快

26、、能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開(kāi)發(fā)出能滿足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2 課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)據(jù)采集技術(shù)作為信息科學(xué)的重要分支之一, 它要研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等各項(xiàng)問(wèn)題。它主要是對(duì)傳感器接受的模擬信號(hào)的測(cè)量與處理, 以微型計(jì)算

27、機(jī)等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合性應(yīng)用技術(shù)。A/D數(shù)據(jù)采集也是從單個(gè)到多個(gè)模擬信號(hào)獲取信息的一個(gè)過(guò)程，簡(jiǎn)單講就是獲取模擬信息。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷飛速發(fā)展,A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成為生活中日益重要的檢測(cè)和監(jiān)控技術(shù),被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)監(jiān)控多項(xiàng)測(cè)試的場(chǎng)合。A/D數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是工業(yè)控制系統(tǒng)中非常關(guān)鍵,使用功能獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)控系統(tǒng)，而且A/D數(shù)據(jù)采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)工業(yè)系統(tǒng)。</p><p>

28、;　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過(guò)采集傳感器輸出的模擬信號(hào)通過(guò)A/D芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行分析、處理、傳輸、存儲(chǔ)和顯示。從20世紀(jì)中期開(kāi)始，在過(guò)去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的迅速發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了飛躍的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會(huì)的發(fā)展主流方向。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　在我國(guó)，很多領(lǐng)域都用到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如地震監(jiān)控系統(tǒng)TDE-124C、TDE-224C，如航空航天太空檢

29、測(cè)。同時(shí)，近年來(lái)，我國(guó)又成功研制了動(dòng)態(tài)范圍大、兼容性更強(qiáng)、線性度更高、低功耗可靠性數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。是我國(guó)在這一領(lǐng)域有突破性進(jìn)展。該數(shù)據(jù)采集首先是電信號(hào)模擬放大后，然后將A/D數(shù)字化，A/D采用同時(shí)采樣，保持采樣，將采樣數(shù)據(jù)經(jīng)DSP數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字信號(hào)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備了24位A/D轉(zhuǎn)化位數(shù)，精度非常高，同時(shí)采樣率也是非?？旆謩e有50HZ、100HZ、200HZ。</p><p>　　由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不斷的

30、發(fā)展，新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用也在快速地發(fā)展。這類機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達(dá)500K/S,同步時(shí)間為+/-250ns，可以利用方式組成高達(dá)1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　多路采集系統(tǒng)可被廣泛應(yīng)用于各種模擬信號(hào)測(cè)量或相應(yīng)的可轉(zhuǎn)換為數(shù)字量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、環(huán)

31、保、服務(wù)業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，考慮到許多工業(yè)環(huán)境中對(duì)多點(diǎn)模擬信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)要求采集到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度要求非常高，所以高精度多路A/D采集系統(tǒng)是不可少的采集系統(tǒng)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用TLC2543負(fù)采集十一路數(shù)據(jù)，TLC2543是精度為12位，有11路采集數(shù)據(jù)通道的AD轉(zhuǎn)換芯片。單片機(jī)是負(fù)責(zé)處理接受過(guò)來(lái)的數(shù)字量的處理及最后處理結(jié)果送給液晶顯示。單片機(jī)功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、靈活性好、開(kāi)發(fā)容易等

32、優(yōu)點(diǎn),使得基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.該系統(tǒng)采用的是AT89S52單片機(jī)，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。顯示為L(zhǎng)CD12864顯示屏，顯示功能強(qiáng)大，且操作界面通俗易懂，方便。為滿足按鍵需求，采用采用矩陣式鍵盤。通過(guò)鍵盤操作來(lái)確定顯示11路通道中任一通道的模擬信號(hào)值。</p><p>　　本論文研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　?。?）硬

33、件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)是以單片機(jī)為控制器，設(shè)計(jì)好單片機(jī)最小系統(tǒng)，包括振蕩電路、復(fù)位電路、下載及電源電路，同時(shí)液晶顯示電路也非常重要。同樣還有TLC2543數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)。</p><p><b>　?。?）軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　軟件設(shè)計(jì)同樣是系統(tǒng)的非常關(guān)鍵的一步，其的作用為將做好的實(shí)物實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

34、需要所達(dá)到的要求。軟件設(shè)計(jì)主要包括主控制程序、鍵掃程序、液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序、TLC2543數(shù)據(jù)采集程序、以及數(shù)據(jù)處理程序、最后還有顯示程序。</p><p><b>　　（3）調(diào)試與仿真</b></p><p>　　調(diào)試是做設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)部分采用仿真，而液晶顯示，以及單片機(jī)控制主程序，通過(guò)實(shí)物調(diào)試來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　

35、　2 方案論證與選擇</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。</p><p>　　70年代初，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。改變的原因是因?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)的提高一級(jí)集成電路的發(fā)展，是微處理器誕生了。于是微處理器控制的采集

36、系統(tǒng)代替了原來(lái)由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)。系統(tǒng)通過(guò)編程來(lái)驅(qū)動(dòng)為控制器，采樣數(shù)據(jù)通過(guò)A/D芯片進(jìn)行邏輯操作處理，讓系統(tǒng)更加靈活。只要硬件不出問(wèn)題系統(tǒng)將一直正常運(yùn)行。是系統(tǒng)成本降低。</p><p>　　在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量，而A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，它需要考慮的指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換誤差等等。而單片機(jī)是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏

37、輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案有很多種，但是基本分為三類，分別是以DSP、單片機(jī)、ARM為核心的的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　（1）基于DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　基于DSP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首先都是是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集，都需要把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后利用DSP數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。隨著DSP的集成度越來(lái)越高，功能越來(lái)越強(qiáng)大，但是它的根本作

38、用仍然是連接模擬世界和數(shù)字世界的橋?；贒SP的數(shù)據(jù)采集方案都是高速系統(tǒng)。DSP作為數(shù)據(jù)采集的控制核心。處理數(shù)據(jù)的結(jié)果，則通過(guò)USB傳送給PC機(jī)進(jìn)行顯示。其大體框架如圖1所示。</p><p>　　（2）基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　基于單片機(jī)為核心的高進(jìn)度數(shù)據(jù)采集，單片機(jī)是采用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造。在單芯片上，可編程Flash可以靈巧的在系統(tǒng)上運(yùn)用，片上Fl

39、ash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在控制領(lǐng)域中廣泛利用。</p><p>　　此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由信號(hào)調(diào)理電路，電子模擬開(kāi)關(guān)，采樣保持電路，A/D,單片機(jī)、顯示接界面等組成。大體系統(tǒng)框圖如圖2所示。</p><p>　　（3）基于ARM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</p><p>　　ARM系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋篒nternet設(shè)備、高檔工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)

40、和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和高端嵌入式應(yīng)用，ARM處理器帶高檔應(yīng)用中占有很大的市場(chǎng)空間。基于ARM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，是以嵌入微處理器（ARM）為處理芯片，液晶屏顯示，鍵盤操控，以Linux為操作系統(tǒng)。同時(shí)可通過(guò)485進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送給遠(yuǎn)端。同樣可以通過(guò)CAN或TCP/IP連接PC，其框架圖如圖3.</p><p>　　圖1 DSP采集系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖2 單片機(jī)

41、系統(tǒng)框圖</p><p>　　圖3 ARM系統(tǒng)框圖</p><p>　　以上三種方案都有各自的特色及優(yōu)良點(diǎn)，DSP處理速度快，是專門的數(shù)字處理器，運(yùn)算能力非常強(qiáng)大。在高端領(lǐng)域DSP數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到廣泛運(yùn)用。但是監(jiān)控比較困難，需要上位機(jī)進(jìn)行協(xié)助。同時(shí)也要通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行顯示，操作復(fù)雜。同樣ARM處理器功能強(qiáng)大，且可帶操作系統(tǒng)，現(xiàn)以ARM為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，無(wú)論從運(yùn)用范圍還是性能上都是高端。

42、而且ARM為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以進(jìn)行遠(yuǎn)程傳送數(shù)據(jù)，同樣可以與PC聯(lián)合控制。也可在此基礎(chǔ)上增加其它強(qiáng)大功能。對(duì)于功能強(qiáng)大的ARM，只是用在數(shù)據(jù)采集上是一種資源浪費(fèi)，加上ARM的價(jià)位比較高，且應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)高端，指令復(fù)雜，而且管腳多且復(fù)雜。單片機(jī)在控制和工業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用廣泛，而且單片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，編程方便，價(jià)格便宜，能自主驅(qū)動(dòng)顯示界面。在性能上處理速度上比不上DSP，功能上不如ARM強(qiáng)大，但是對(duì)于此數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都是合適的。經(jīng)過(guò)比較本方案二，以單

43、片機(jī)為核心設(shè)計(jì)高精度多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p><b>　　2.2 器件選擇</b></p><p>　　2.2.1 A/D芯片的選擇</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來(lái)說(shuō)，可以分為8位、10位、12位和16位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價(jià)格也就越貴。A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)很多，而其轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。數(shù)據(jù)的采

44、集可以通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換與V/F轉(zhuǎn)換。同樣從轉(zhuǎn)換方式上來(lái)分析，A/D轉(zhuǎn)換又分為積分和逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器等；從接口形式上又分為并行和串行。還有一種將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)的方式叫V/F轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換方式是通過(guò)然測(cè)出頻率再通過(guò)算法計(jì)算出出物理量，這種只適合少信號(hào)場(chǎng)合。</p><p>　　(1)逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器：它是一種采用最多的一種A/D轉(zhuǎn)換方法，它是是由D/A轉(zhuǎn)換器從高位到低位依次增加轉(zhuǎn)換位數(shù)產(chǎn)生不同電壓值

45、與輸入電壓值比較進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其特點(diǎn)速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾微秒到幾百微秒之間。</p><p>　　(2)雙積分A/D轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的A/D轉(zhuǎn)換器，模擬電壓和參考電壓進(jìn)行兩次積分，變換成與電壓均值成正比的時(shí)間間隔，利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出時(shí)間間隔。優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，精度比較高，缺點(diǎn)是速度很慢，適用于對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。</p><p>　　(3

46、)計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換特點(diǎn)簡(jiǎn)單，但速度比較慢，特別是模擬電壓較高時(shí)，轉(zhuǎn)換速度更慢。</p><p>　　鑒于上面三種方案，在精度、抗干擾能力、價(jià)格、轉(zhuǎn)換速度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計(jì)選用的是開(kāi)關(guān)電容逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器——TLC2543。</p><p>　　TLC2543具有以下特性：</p><p>　　1）12位分辯率A/D轉(zhuǎn)換器； 2）在工作溫

47、度范圍內(nèi)10μs轉(zhuǎn)換時(shí)間； 3）11個(gè)模擬輸入通道； 4）3路內(nèi)置自測(cè)試方式； 5）采樣率為66kbps； 6）線性誤差±1LSBmax； 7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出EOC； 8）具有單、雙極性輸出； 9）可編程的MSB或LSB前導(dǎo)。</p><p>　　2.2.2 單片機(jī)的選擇</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)，常

48、用縮寫MCU表示，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），單片機(jī)同時(shí)又稱單片微控制器，它是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運(yùn)算能力的CPU、RAM、ROM、輸入輸出I/O口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、SCI、顯示器驅(qū)動(dòng)電路等電路集成到一塊單片機(jī)上，構(gòu)成一個(gè)最小卻很完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路通過(guò)編程代碼來(lái)控制，能準(zhǔn)確快速的完成設(shè)計(jì)者先前規(guī)定的任務(wù)。總之單片機(jī)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾

49、個(gè)方面：集成度高、存儲(chǔ)容量大、外部擴(kuò)展能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗、性能價(jià)格比高、可靠性高這主要的幾個(gè)方面。</p><p>　　單片機(jī)可分、為4位、8位、16位及32位單片機(jī)。它們被應(yīng)用在不同領(lǐng)域里，8位單片機(jī)由于功能強(qiáng)大，廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個(gè)領(lǐng)域。在中、小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)合，8位單片機(jī)仍占主流地位，在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入

50、人們的生活，為了滿足需求，32位單片機(jī)應(yīng)用也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。</p><p>　　經(jīng)思考本設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的是AT89S52，此單片機(jī)性為8位單片機(jī)，能強(qiáng)大，在價(jià)格，運(yùn)行速度，處理速度上都滿足需求。</p><p>　　2.2.3 顯示屏的選擇</p><p><b>　?。?）數(shù)碼管顯示</b></p><p>　　LE

51、D數(shù)碼顯示管是一種由發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它由8個(gè)LED顯示管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)，稱為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。LED數(shù)碼顯示分為動(dòng)態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。不管那種驅(qū)動(dòng)顯示都需要占用許多IO口。</p><p><b>　?。?）液晶顯示</b></p><p>　　LCD12864液晶顯示屏是一種顯示功能比較強(qiáng)大的顯示屏。LCD1

52、2864液晶顯示屏是一種帶有中文字庫(kù)的屏，同時(shí)也是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體 中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為128×64, 內(nèi)置8192 個(gè)16*16 點(diǎn)漢字，和128 個(gè)16*8 點(diǎn)ASCII 字符集.利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點(diǎn) 陣的漢字. 也可完

53、成圖形顯示.價(jià)格便宜同樣是該模塊的顯著特點(diǎn)。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無(wú)論從硬件或者軟件上都要簡(jiǎn)便的多，且此模塊的價(jià)格與其它相同類型的顯示屏都要低。</p><p>　　然而對(duì)于本設(shè)計(jì)的中有多路數(shù)據(jù)要顯示，且精度高，一般數(shù)碼管顯示不能滿足設(shè)計(jì)需求，且數(shù)碼管顯示功能低，不方便表達(dá)，達(dá)不到人機(jī)交換界面交換的作用，而液晶顯示，能經(jīng)過(guò)文字、數(shù)字，顯示方便且易懂。所以本設(shè)計(jì)采用LCD12864作為顯示界面

54、。</p><p>　　2.2.4 按鍵的選擇</p><p>　　鍵盤是一種常見(jiàn)的輸入設(shè)備，用戶可以向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)或命令。根據(jù)案件的識(shí)別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。通過(guò)硬件識(shí)別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過(guò)軟件識(shí)別的鍵盤成為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨(dú)立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。</p><p><b>　　1）獨(dú)立按鍵接

55、口</b></p><p>　　在單片機(jī)中，如果所需的按鍵較少，可采用獨(dú)立式鍵盤。每只按鍵接單片機(jī)的一條I/O線，通過(guò)對(duì)線的查詢，即可識(shí)別各按鍵的狀態(tài)。。按鍵分別于單片機(jī)的I/O線上。無(wú)按鍵按下時(shí)，所接I/O線上均輸入高電平。當(dāng)某按鍵按下時(shí)，與其相連的I/O線將得到低電平輸入。</p><p><b>　　2）矩陣式按鍵接口</b></p>

56、<p>　　在單片機(jī)中需要的按鍵較多時(shí)，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對(duì)于20只按鍵接口，如采用按鍵獨(dú)立方式，需要20個(gè)I/O口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要8個(gè) I/O 口。</p><p>　　綜上所述，在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有多個(gè)，獨(dú)立式鍵盤滿足不了系統(tǒng)功能所需，所以采取矩陣式按鍵接口方式。</p><p><b>　　3 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)<

57、/b></p><p>　　3.1 單片機(jī)系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 簡(jiǎn)介AT89S52</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位MCU，在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器為8K 。Atmel 公司采用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，能與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，可編程Flash可以靈巧的在系統(tǒng)上運(yùn)

58、用，片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。使AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具體結(jié)構(gòu)包括中央處理器CPU、 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、內(nèi)部程序存儲(chǔ)器、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行I/O口、串行口、中斷控制電路、時(shí)鐘電路、位處理器和內(nèi)部總線。另外，單片機(jī)支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口

59、、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。它一共有40個(gè)引腳，其引腳圖，如圖4所示</p><p>　　圖4 AT89S52的引腳圖</p><p>　　引腳可分為四類。接入單片機(jī)的工作電源有四個(gè)電源引腳。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。兩個(gè)時(shí)鐘引腳XTAL1、XTAL2連接時(shí)鐘電路。P0口、P1口、P2口、

60、P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的輸入/輸出（I\O）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，RST引腳連接復(fù)位電路。</p><p>　　3.1.2 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)主要包括振蕩電路、復(fù)位電路、下載接口以及電源部分設(shè)計(jì)。</p><p><b>　?。?）振蕩電路</b></p><

61、p>　　單片機(jī)XTAL1、XTAL2這兩引腳連接振蕩電路，振蕩電路是由兩電容C5、C4以及一個(gè)晶振頻率為12MHz的石英晶體構(gòu)成。此電路所形成的振蕩脈沖頻率為12MHz，時(shí)鐘周期為1us。</p><p><b>　?。?）復(fù)位電路</b></p><p>　　單片機(jī)的RST引腳連接復(fù)位電路，此系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)位電路為按鍵電平復(fù)位。復(fù)位電路由按鈕S1、22uF電容C

62、3以及200歐姆R4和1000歐姆R6構(gòu)成。當(dāng)復(fù)位按鈕按下，RST引腳電平變化，單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作。</p><p><b>　?。?）下載電路</b></p><p>　　下載接口為單片機(jī)下載程序所用，下載接口單片機(jī)的P1.5、P1.6、P1.7以及RST引腳。</p><p><b>　　電源電路</b></p&

63、gt;<p>　　變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樵O(shè)計(jì)者需要的電壓。然后過(guò)二極管電路之后，產(chǎn)生的電流方向單一，但電流還是不斷變化。電流到了這一步還需要進(jìn)一步處理，將交流電變成脈動(dòng)的直流電壓的整流電路是不可缺少的。得到的脈動(dòng)的直流電壓還是具有含有紋波，所以我們?cè)僭O(shè)計(jì)了濾波電路，從而得到我們所需平滑的直流電壓。濾波就是把整流器輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，接近穩(wěn)恒的直流電。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)，因而在整流、濾波

64、電路之后還需要接非常重要的穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是防止電壓波動(dòng)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。</p><p>　　220V交流電通過(guò)變壓器變?yōu)?2V的交流電，12V交流電通過(guò)四個(gè)二極管的全橋整流后變?yōu)?2V直流電，然后經(jīng)過(guò)電解電容（470μF）進(jìn)行一級(jí)濾波，以去除直流電里面的雜波，防止干擾。12V直流電出來(lái)后再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器LM7812穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的12V電源，再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的5V電源，其中

65、7805的Vin腳是輸入腳，接12V直流電源正極，GND是接地腳，接5V直流電源負(fù)極，Vout為輸出腳，它和接地腳的電壓就是+5V了。5V電源出來(lái)再經(jīng)過(guò)電解電容的二級(jí)濾波，使5V電源更加穩(wěn)定可靠。同時(shí)在5V穩(wěn)壓電源加上一個(gè)10K的電阻和一個(gè)紅色發(fā)光二極管，當(dāng)上電后，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，表示電源工作正常。電源原理圖如圖5所示。</p><p>　　圖5 電源電路原理圖</p><p>　　

66、電源是系統(tǒng)非常重要的一部分，系統(tǒng)的工作電源都影響著各種芯片的工作狀況。這里的AT89S52和LCD12864的工作電壓為5V，TLC2543的工作電壓也為5V，同時(shí)其基準(zhǔn)電壓也設(shè)定為5V，綜合起來(lái)次系統(tǒng)的電壓應(yīng)為5V直流電壓。將電源電路轉(zhuǎn)變的的5V電壓接入系統(tǒng)的電源接口電路，給系統(tǒng)供電。電源接口電路如圖6所示。其中P1的為外部電源與系統(tǒng)的單元接口，PKG1為開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)按下引腳1、3連通。用于控制系統(tǒng)電源。D1為指示燈。</p>

67、;<p>　　圖6 電源接口原理圖</p><p>　　同時(shí)單片機(jī)P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳都接上拉電阻，來(lái)提高電路驅(qū)動(dòng)能力。圖7為單片機(jī)最小系統(tǒng)部分原理圖。</p><p>　　圖7 單片機(jī)部分原理圖</p><p>　　3.2 12864LCD應(yīng)用原理</p><p><b>　　3.2.1 概

68、述</b></p><p>　　顯示器是人與機(jī)器溝通的重要界面，科技不斷進(jìn)步，各種顯示技術(shù)不斷的誕生，近來(lái)液晶（LCD）顯示器具有輕薄短小、耗電量低、無(wú)輻射危險(xiǎn)，平面直角顯示以及影像穩(wěn)定不閃爍等優(yōu)勢(shì)。在工業(yè)控制中液晶顯示器運(yùn)用非常廣，而且顯示界面清晰易懂。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的12864LCD液晶顯示屏，LCD12864液晶顯示屏是一種帶有中文字庫(kù)的屏，同時(shí)也是一種

69、具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體 中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點(diǎn) 陣的漢字. 也可完成圖形顯示.價(jià)格便宜同樣是該模塊的顯著特點(diǎn)。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無(wú)論從硬件或者軟件上都要簡(jiǎn)便的多，且此模塊的價(jià)格與其它相同類型的顯示屏都要低。<

70、/p><p>　　3.2.2 基本特性</p><p>　　LCD12864可以顯示漢字，同樣可以顯示圖片。隨著技術(shù)越來(lái)越成熟，LCD12864顯示屏具有以下基本特性：</p><p>　　（1）低工作電壓：+3.0--+5.5V</p><p>　?。?）分辨率:128×64顯示點(diǎn) </p><p>　　（3

71、）內(nèi)置字庫(kù)，擁有8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字</p><p>　　（4）內(nèi)置點(diǎn)陣字符128個(gè)</p><p>　?。?）時(shí)鐘頻率：2MHZ</p><p>　?。?）視角方向：6點(diǎn)</p><p>　?。?）顯示方式：STN、半透、正顯 </p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)方式：DUTY方式，IAS方式 <

72、/p><p>　　（9）通訊方式：可選 串行或并口</p><p>　?。?0）背光方式：高亮白色LED于側(cè)部，功耗僅低</p><p>　　（11）內(nèi)置DC-DC轉(zhuǎn)換電路，無(wú)需外加負(fù)壓 </p><p>　?。?2）無(wú)需片選信號(hào)，簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì)</p><p>　?。?3）工作溫度: 0℃ - +55℃ </p>

73、;<p>　　3.2.3 模塊接口說(shuō)明</p><p>　　12864LCD液晶顯示屏具有20個(gè)引腳，20個(gè)引腳中，8個(gè)引腳三態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，4個(gè)引腳為控制引腳。其具體引腳說(shuō)明如表1.</p><p>　　3.2.4 12864與單片機(jī)硬件連接圖</p><p>　　12864的DB0-DB7的三態(tài)數(shù)據(jù)線與單片機(jī)的P0口相連，四根控制線與單片機(jī)的P3口

74、的前3位腳連接，同時(shí)改變變阻器來(lái)調(diào)節(jié)顯示亮度。其連接原理圖如圖8。同時(shí)P3.0、P3.1、P3.5為液晶控制pin腳。通過(guò)改變引腳狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸及控制。</p><p>　　表1 模塊的引腳定義與說(shuō)明</p><p>　　圖8 12864LCD連接原理圖</p><p>　　3.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC2543</p><p>　　在我

75、們所測(cè)控的信號(hào)中均事是連續(xù)變化的物理量，而要對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。</p><p>　　按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為3種：雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D轉(zhuǎn)換器。而該系統(tǒng)選用的是TLC2543，下面就具體的介紹一下TLC2543的工作原理。</p><p>　　3.3.1 TLC2543的引腳

76、排列及說(shuō)明 </p><p>　　TLC2543有兩種封裝形式：插針和貼片，這兩種封裝的引腳排列如圖9引腳說(shuō)明見(jiàn)表2。 </p><p>　　圖9 TLC2543的封裝</p><p>　　3.3.2 TLC2543的工作過(guò)程</p><p>　　TLC2543的工作過(guò)程分為兩個(gè)周期：I/O周期和轉(zhuǎn)換周期。</p&

77、gt;<p><b>　　I/O周期</b></p><p>　　I/O周期由外部提供的I/O CLOCK時(shí)鐘頻率定義，通過(guò)選定的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度決定了是延續(xù)時(shí)鐘周期，有3種延續(xù)時(shí)鐘周期分別為8、12或16個(gè)。器件開(kāi)始采樣后有兩種操作。，首先，在時(shí)鐘頻率的前8個(gè)脈沖的上升沿，以MSB前導(dǎo)方式從數(shù)據(jù)輸出T端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。這8位數(shù)據(jù)中前4位為采樣模擬模擬通道地址，通過(guò)控制通道

78、模擬多路器，將從11個(gè)模擬輸入信號(hào)值中一通道的值送到采樣保持電路，該電路從第4個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿開(kāi)始對(duì)所選信號(hào)進(jìn)行采樣，直到最后一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿。TLC2543的I/O周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)和輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(位數(shù))有關(guān)，是通過(guò)輸入數(shù)據(jù)的D3、D2位選擇為8、12或16。若工作于12或16位時(shí)，在前8個(gè)時(shí)鐘脈沖之后，DATA INPUT無(wú)效。其次，在DATA OUT端串行輸出8位、12或16位數(shù)據(jù)。當(dāng)保持為低時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升

79、沿。若轉(zhuǎn)換由控制，則第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在的下降沿。而得到的數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)之后的每一個(gè)后續(xù)位均有后續(xù)的I/O時(shí)鐘下降沿輸出。</p><p><b>　　(2) 轉(zhuǎn)換周期</b></p><p>　　在I/O周期的最后一個(gè)下降沿之后，EOC引腳變低，芯片進(jìn)行采樣值保持不，同樣轉(zhuǎn)換周期開(kāi)始，內(nèi)部轉(zhuǎn)換器對(duì)所采樣值利用逐次逼近A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其工作

80、與時(shí)鐘頻率同步的內(nèi)部時(shí)鐘控制。當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成后EOC將變高，而轉(zhuǎn)換得到的二進(jìn)制結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，當(dāng)下一個(gè)I/O周期輸出開(kāi)始后通過(guò)數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，我們就可以得到采樣的結(jié)果。TLC2543將I/O周期和轉(zhuǎn)換周期交替進(jìn)行，這樣大大減小了外部輸入數(shù)字噪聲對(duì)轉(zhuǎn)換精度的影想。</p><p>　　3.3.3 接口時(shí)序</p><p>　　TLC2543可以選擇使用12或16個(gè)時(shí)鐘周期。

81、TLC2543的時(shí)序比較簡(jiǎn)單，首先將片選信號(hào)插在每次轉(zhuǎn)換之前。同時(shí)在轉(zhuǎn)換開(kāi)始處變換一次電平后一直保持，直到時(shí)序結(jié)束。圖10顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個(gè)時(shí)鐘周期和在每次傳遞周期之間插入的時(shí)序，圖11顯示每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞使用16個(gè)時(shí)鐘周期，僅在每次轉(zhuǎn)換序列開(kāi)始處插入一次時(shí)序。</p><p>　　表2 TLC2543引腳說(shuō)明</p><p>　　圖10 時(shí)鐘時(shí)序傳送圖(使用，MSB在

82、前)</p><p>　　圖11 時(shí)鐘時(shí)序傳送圖(不使用，MSB在前)</p><p>　　3.3.4 TLC2543與單片機(jī)硬件連接圖</p><p>　　TLC2543與單片機(jī)連接方式比較簡(jiǎn)單，主要是控制TLC2543的DATAINPUT、DATA OUT、CS、EOC、CLK.。這些pin腳接單片機(jī)P2口，具體連接圖如圖12所示。圖中SDO為采集數(shù)據(jù)串口輸出

83、，SDI為串口控制輸入，CLK為時(shí)鐘信號(hào)，EOC為轉(zhuǎn)換狀態(tài)標(biāo)志,、REF為基準(zhǔn)電壓5v。INT0到INT10為模擬信號(hào)輸入采集口。控制方式時(shí)序圖如圖10和圖11所示。</p><p>　　圖12 TLC2543電路連接圖</p><p>　　3.4 矩陣式鍵盤</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要判別是否有鍵按下子程序、按鍵的識(shí)別子程序、找到閉

84、合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個(gè)部分組成。矩陣式鍵盤有16個(gè)按鍵，如此多的按鍵使操作方便、簡(jiǎn)單。同時(shí)也減少了軟件設(shè)計(jì)上的許多問(wèn)題。圖13為矩陣式鍵盤接口原理圖，系統(tǒng)將按鍵連接單片機(jī)P1口，通過(guò)鍵盤操作，單片機(jī)從P1口得到感應(yīng)，處理相應(yīng)事件。</p><p>　　圖13 矩陣式按鍵接口圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b><

85、/p><p>　　4.1 簡(jiǎn)介KeilUvision4</p><p>　　Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（UVISION）將這些組合在一起。</p><p>　　Keil有以下幾個(gè)特點(diǎn)：</p><p>　　全功能的源代碼編輯器；</p>&

86、lt;p>　　1) 器件庫(kù)用來(lái)配置開(kāi)發(fā)工具設(shè)置；</p><p>　　2) 項(xiàng)目管理器創(chuàng)建和維護(hù)項(xiàng)目；</p><p>　　3) 集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用；</p><p>　　4) 真正的源代碼級(jí)的對(duì)CPU和外圍器件的調(diào)試器；</p><p>　　所有開(kāi)發(fā)工具的設(shè)置都是對(duì)話框形式的；</p>

87、<p>　　高級(jí)GDI(AGDI)接口用來(lái)在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor-51進(jìn)行通信</p><p><b>　　4.2 程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本軟件系統(tǒng)有主程序，三個(gè)主要子程序，三個(gè)子程序分別為液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序子程序，鍵盤掃描子程序，TLC2543數(shù)據(jù)采集以及采集數(shù)據(jù)處理程序。</p><p>　　

88、4.2.1 主程序</p><p>　　主程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行初始化，主要是調(diào)用顯示程序顯示開(kāi)機(jī)畫面，顯示所有通道，然后調(diào)用鍵盤掃描程序Keys_Scan()，使用鍵盤操作，查看所需通道的模擬信號(hào)值，鍵盤操作后，傳送該通道參數(shù)調(diào)用TLC2543驅(qū)動(dòng)程序，并將得到數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，送到顯示緩沖數(shù)組，調(diào)用顯示函數(shù)。其流程圖見(jiàn)圖14:</p><p>　　圖14 主程序流程圖</p>&l

89、t;p>　　4.2.2 液晶驅(qū)動(dòng)程序</p><p>　　該驅(qū)動(dòng)程序主要通過(guò)控制命令來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示屏，整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序包括液晶初始化模式函數(shù)，判忙函數(shù)，寫命令函數(shù)，寫顯示數(shù)據(jù)函數(shù)，以及液晶漢字基本顯示函數(shù)。初始化函數(shù)為初始化液晶，判忙為判斷液晶是否為忙的狀態(tài)，寫命令主要是液晶進(jìn)行命令控制，顯示數(shù)據(jù)函數(shù)為所需顯示數(shù)據(jù)的函數(shù)。流程圖如15.</p><p>　　圖15 液晶驅(qū)動(dòng)流程圖<

90、/p><p><b>　　具體函數(shù)如下：</b></p><p>　　/****************判忙********************/</p><p>　　void checkbusy()</p><p><b>　　{rs=0;</b></p><p>&

91、lt;b>　　rw=1;</b></p><p><b>　　en=1;</b></p><p>　　P0=0xff; //類似于鍵掃少了此句非常容出錯(cuò)while(1)</p><p><b>　　{en=1;</b></p><p>　　if(P

92、0<0x80)break;</p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　

93、　/****************寫指令********************/</p><p>　　void writecommand(uchar command)</p><p>　　{checkbusy();</p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　rw=0;&l

94、t;/b></p><p><b>　　en=1;</b></p><p>　　P0=command;//下降沿時(shí)指令數(shù)據(jù)寫入液晶</p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　

95、　/*****************寫數(shù)據(jù)********************/</p><p>　　void writedata(uchar data0)</p><p>　　{checkbusy();</p><p><b>　　rs=1;</b></p><p><b>　　rw=0;</b

96、></p><p><b>　　en=1;</b></p><p>　　P0=data0; //下降沿時(shí)顯示數(shù)據(jù)寫入液晶</p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**

97、**************液晶工作模式設(shè)置************/</p><p>　　void lcdset()</p><p>　　{writecommand(0x30);//基本指令集,</p><p>　　writecommand(0x01);//清屏 DDRAM地址歸零</p><p>　　writecomma

98、nd(0x02);//地址歸為</p><p>　　writecommand(0x0c);//顯示開(kāi)，光標(biāo)關(guān)，反白關(guān)</p><p>　　writecommand(0x06);//DDRAM地址加一</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/****************液晶

99、顯示*******************/</p><p>　　void display(uchar yy ,uchar xx ,uchar*p) //中文字符串 以國(guó)標(biāo)漢字代碼存放 ，該代碼與液晶顯示代碼相同 ，一個(gè)漢字兩個(gè)字節(jié)</p><p>　　{switch(yy)</p><p>　　{ case 1: writecommand(0x7f+xx)

100、;break;</p><p>　　case 2: writecommand(0x8f+xx);break;</p><p>　　case 3: writecommand(0x87+xx);break;</p><p>　　case 4: writecommand(0x97+xx);break;</p><p>　　default:break

101、;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　while(*p)//字符串一\0 結(jié)尾</p><p>　　writedata(*p++);//writedata(*p);P++;}</p><p>　　4.2.3 鍵盤掃描程序</p><p>　　

102、該程序是先將行選好，然后再選定列就可以確定到具體的哪一個(gè)按鍵。其流程圖如圖16所示</p><p>　　圖16 鍵掃流程圖</p><p>　　4.2.4 數(shù)據(jù)采集程序</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，采集系統(tǒng)部分包括輸入通道數(shù)組ad_chunnel_select[]和數(shù)據(jù)采集函數(shù)ad_tlc2543_work(uchar chunnel_selec

103、t)，數(shù)據(jù)處理函數(shù)ad_data_deal(uchar ad_value)，其流程圖如圖17，數(shù)據(jù)顯示函數(shù)ad_data_disp()。 流程圖如圖18。</p><p>　　圖17 數(shù)據(jù)采集部分流程圖 </p><p>　　圖18 數(shù)據(jù)處理流程圖 </p><p>　　具體函數(shù)如下： </p><p>　

104、　char shuchu[8];</p><p>　　#define REF 5 //基準(zhǔn)電壓</p><p>　　sbit AD_EOC =P1^0 ; //轉(zhuǎn)換結(jié)束端</p><p>　　sbit AD_IO_CLOCK =P1^1 ; //時(shí)鐘信號(hào)</p><p>　　sbit AD_D

105、ATA_IN =P1^2 ; // 輸入端</p><p>　　sbit AD_DATA_OUT =P1^3 ; //轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端</p><p>　　sbit AD_CS_2543 =P1^4 ; //片選</p><p>　　/******* TLC2543 AD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序 ****************************/ &

106、lt;/p><p>　　/************************所有通道都是 16 bits、MSB frist unipolar</p><p>　　*************************************************/</p><p>　　// 選擇模型通道的方式 對(duì)應(yīng)控制命令值</p><p>　

107、　static const uchar ad_chunnel_select[]=</p><p><b>　　{</b></p><p>　　0x0c,//ad_chunnel 00 select</p><p>　　0x1c,//ad_chunnel 01 select</p><p>　　0x2c,//ad_chun

108、nel 02 select</p><p>　　0x3c,//ad_chunnel 03 select</p><p>　　0x4c,//ad_chunnel 04 select</p><p>　　0x5c,//ad_chunnel 05 select</p><p>　　0x6c,//ad_chunnel 06 select</p&

109、gt;<p>　　0x7c,//ad_chunnel 07 select</p><p>　　0x8c,//ad_chunnel 08 select</p><p>　　0x9c,//ad_chunnel 09 select</p><p>　　0xac,//ad_chunnel 10 select</p><p><b&

110、gt;　　} ;</b></p><p>　　void DelayX1ms(uint count) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uint j;</b></p><p>　　while(count--!=0)</p><

111、;p><b>　　{</b></p><p>　　for(j=0;j<80;j++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　} </b></p><p>　　/*********TLC2543 讀出上次AD轉(zhuǎn)換值，開(kāi)始下一次轉(zhuǎn)****

112、**********************/</p><p>　　nt ad_tlc2543_work(uchar CON_WORD) //CON_WORD為選擇的通道，為0--10</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uint ad=0;</p><p><b>　　uchar i;

113、</b></p><p>　　CON_WORD<<=4; </p><p>　　AD_IO_CLOCK=0;</p><p>　　AD_CS_2543=0;</p><p><b>　　AD_EOC=1;</b></p><p>　　for(i=0;i<12;i++)

114、</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(AD_DATA_OUT==1) //讀取DATAOUT</p><p>　　ad=ad|0x01; //依次輸出，高位在先</p><p>　　if(CON_WORD&0x80) //讀取控制字到INPUT&