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H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y课程设计说明书（论文）课程名称：课程设计I设计题目：基于单片机单通道八位高速（10MHz）数据采集系统设计院系：班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学摘要：利用单片机及一种高速异步FIFO 芯片SN74ACT7808和高速A/D芯片的设计了一个高速不连续采样的数据采集系统，给出了该采集系统的接口电路，并阐述它的实现原理和具体实现流程。
关键词：高速异步FIFO；高速A/D芯片；高速不连续采样；数据采集一. 设计背景及相关知识：数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者点亮信号，送到上位机中进行分析，处理。
数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
在数字信号处理领域，数据采集一直是一项关键技术。
随着数字化技术的不断发展,数据采集技术也呈现出速度更快、通道更多、数据量更大的发展趋势。
而为了满足高速采集系统的要求，CPLD,DSP 等高速器件被运用于数据采集。
然而，在许多情况下，数据既不需要进行实时处理，也不需要进行连续采样，只需要分时地进行高速采样，此时可采用FIFO芯片和高速A/D转换器相结合，来实现数据的采集与存储自动的保持同步。
这样就降低了数据处理部分所需单片机的性能要求，降低了其成本。
二.系统的总体设计：该系统采用89C51单片机作为控制系统的核心，应用高速A/D转换芯片TLC5540实现模数转换,并利用FIFO芯片SN74ACT7808实现来实现数据的采集与存储自动的保持同步，单片机与上位机进行通讯,将采样数据存储在上位机中以便数据的查询和分析，从而实现高速地单通道8位数据的数据采集这些系统性能指标。
三．硬件系统设计：硬件电路包括了单片机模块、模数转换模块及数据通信模块。
硬件电路原理图：1.器件的性能介绍和选择原因：(1)高速A/D转换芯片TLC5540：A/D转换器主要是完成对模拟信号的采样、量化、编码，从而实现将模拟信号转变为数字信号。
单片机课程设计任务及要求第一篇：单片机课程设计任务及要求13Z机制《单片机课程设计》任务书及要求一、本课程设计的目的和意义通过课程设计使学生深入理解单片机的基本结构和工作原理。
掌握单片机系统常用接口的设计及扩展方法。
掌握汇编语言程序设计和程序调试的技巧。
学会单片机应用系统的设计与开发，培养学生分析问题和解决问题的能力。
为学生将来在机械设计制造及其自动化及其他领域应用单片机技术打下良好基础。
二、设计任务及要求1.硬件设计：根据所选题目要求，完成基于单片机的完整硬件接口电路设计。
2.程序设计：根据需要画出程序流程图，设计出全部汇编程序并给出程序设计说明和程序注释。
3.设计文件：设计报告字数约4000~5000字（不包括程序清单），内容及格式要求如下：（1）报告内容的一般安排λ目录（1页）λ前言（1页）：说明所选题目的、当今应用说明、对课题的理解，及要解决的问题和课题的意义。
λ总体方案设计（3~4页）：通过列举和分析若干可行技术方案、原理，从中选定可行最优设计方案，给出组成原理（框图）及技术路线。
λ硬件设计（4~8页）：元器件选择与必要的介绍；单片机硬件系统及外围接口电路的设计，原理说明。
系统总电路图可占完整一页。
λ软件设计（6~10页）：设计各功能子程序、中断服务程序，及主程序，程序中应有必要的注释。
对于复杂程序结构可先绘制程序流程图。
λ设计小结（1页）：对设计中所存在的问题和不足进行分析和总结，提出建议、解决的方法和对这次设计实践的认识、收获和提高。
参考文献（1页）（2）设计报告书写要求以班级为单位购买徐师大标准的课程设计报告本，人手一册。
课程设计报告本应双面书写，每页的文字部分不得少于16行、每行不少于22字。
若整页为汇编语言程序，则该页不得少于20行。
设计说明书中插图总数不宜超过10个，插图可包括元器件图、单片机系统硬件电路图、程序流程图等，插图大小及所占篇幅根据线条密度定，线条不能太稀疏。
插图上下之外部不得留有超过一行文字高度的空白行。
计算机控制技术课程设计成绩评定表设计课题: 数据采集系统设计学院名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：31-503 设计时间：2012-06-11～2012-06-15计算机控制技术课程设计课程设计课题: 数据采集系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：课程设计地点：31-503课程设计时间：2012-06-11～2012-06-15计算机控制技术课程设计任务书目录1 引言 (4)1.1 数据采集系统的简介 (4)1.2 数据采集系统的分类 (4)1.3 数据采集系统的基本功能 (4)1.4 数据采集系统的结构形式 (4)1.5 数据采集系统的发展趋势 (5)1.6 课程设计内容和要求 (5)1.7 设计工作任务及工作量的要求 (5)2 总体方案设计 (5)2.1硬件组成 (5)2.2 方案论证 (6)2.3 总体方案 (7)3 硬件电路设计及描述 (8)3.1 8253芯片及工作原理 (8)3.2 ADC0809内部功能与引脚介绍 (11)3.3 单片机89C51的引脚图与功能介绍 (13)3.5 LED显示部分接线及工作原理 (19)4.1 主程序设计思路 (21)5 课程设计体会 (24)参考文献 (25)附录A 系统原理图 (25)附录B 源程序 (26)1 引言1.1 数据采集系统的简介数据采集系统一般包括模拟信号的输入输出通道和数字信号的输入输出通道。
数据采集系统的输入又称为数据的收集；数据采集系统的输出又称为数据的分配。
1.2 数据采集系统的分类数据采集系统的结构形式多种多样，用途和功能也各不相同，常见的分类方法有以下几种，根据数据采集系统的功能分类：数据收集和数据分配；根据数据采集系统适应环境分类：隔离型和非隔离型，集中式和分布式，高速、中速和低速型；根据数据采集系统的控制功能分类：智能化数据采集系统，非智能化数据采集系统；根据模拟信号的性质分类：电压信号和电流信号，高电平信号和低电平信号，单端输入(SE)和差动输入(DE)，单极性和双极性；根据信号通道的结构方式分类：单通道方式，多通道方式。
《单片机应用系统设计》课程教学大纲一、本课程的地位、作用和任务本课程是在学生学完电子技术类基础课程和微机应用类基础课程之后，为加强对学生技术应用能力的培养而开设的体现电子技术、计算机技术综合应用的综合性课程。
本课程的任务是使学生获得单片机应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制等电子技术应用领域的应用。
初步具备应用单片机进行设备技术改造、产品开发的能力。
二、理论教学内容绪论单片机概述0．1 引言0．2 单片机的特点0．3 单片机的发展0．4 MCS-51单片机系列简介第一章MCS–51单片机的结构和原理1. 1 单片机的内部结构1. 2 MCS–51的外部引脚及功能1. 3 MCS–51的存储器配置1. 4 并行输入／输出接口电路1. 5 时钟电路与时序1. 6 MCS –51最小系统设计第二章MCS-51的指令系统2．1 MCS-51指令系统概述2．2 数据传送类指令2．3 算术运算类指令2．4逻辑运算及移位类指令2．5 控制转移类指令2．6 布尔变量操作类指令第三章汇编语言程序设计3．1 汇编语言源程序的格式3．2 伪指令3．3 汇编语言程序举例第四章MCS—51的中断与定时4.1 MCS—51单片机的中断系统4.2 MCS–51的定时/计数器第五章存储器扩展技术5.1 概述5.2 程序存储器的扩展5.3 数据存储器的扩展5.4 PROME2及其扩展第六章Ｉ/Ｏ扩展技术6．1 Ｉ/Ｏ接口概述6．2 MCS-51并行Ｉ／Ｏ口的直接使用6．3 简单Ｉ／Ｏ扩展6．4 8255并行Ｉ／Ｏ口6．5 8155简介第七章键盘/显示器扩展技术7．1 单片机应用系统中的人机通道7．2 键盘及其接口7. 3 显示器及接口7．4 专用的8279键盘/显示器接口第八章模拟量输入/输出通道8.1 模拟量输入通道8.2 模拟量输出通道第九章MCS-51的串行通信9.1 串行通信基础9.2 串行接口的构成与工作方式9.3 串行口的典型应用9.4 单片机的多机通信9.5 RS-232C串行总线第十章应用程序设计技术10.1 智能仪表的一般结构10.2 单片机应用系统设计举例第十一章高性能单片机PIC16F8XX介绍11．1 PIC16F87X的特点11．2 PIC16F87X的结构与配置11．3 PIC16F87X的功能部件11．4 PIC16F87X的应用举例三、实践教学的内容和要求实验一联机仿真操作练习实验目的：进一步掌握开发工具的应用实验内容：学习PC机与开发机联机仿真的操作方法实验二指令系统和编程练习实验目的：掌握8051单片机常用指令的使用和编程实验内容：用8051单片机的常见指令编写简单的多字节加减法程序。
计算机数据采集系统设计1、计算机数据采集与分析技术概述；1.1、数据采集计算机处理的对象是数字量，⽽外部世界的⼤部分信息是连续变化的物理量，例如温度、压⼒、位移、速度，要将这些信息送⼊计算机进⾏处理，就必须先把这些连续的物理量离散化，即进⾏量化编码，变成数字量才能实现。
数据采集就是将被测对象的各种参量通过传感器做适当转换后，由⾮电量变换成电量，再经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，输⼊计算机进⾏处理或存储记录的过程。
1.2、数据采集系统⽤于数据采集的成套设备称为数据采集系统，计算机是数据采集系统的核⼼，完成对整个采集过程的控制、对采集的数据进⾏处理的任务。
1.3、数据采集分析技术数据采集分析技术的任务主要有三项：把模拟信号转换为计算机能识别的数字信号，送⼊计算机通过计算机进⾏计算和处理，得到有⽤的信息实现对过程或⽬标（某些物理量）的监视与控制2、计算机数据采集电路数据采集系统随着新型传感技术、微电⼦技术和计算机技术的发展⽽得到迅速发展。
由于⽬前数据采集系统⼀般都使⽤计算机进⾏控制，因此数据采集系统有叫做计算机数据采集系统。
数据采集系统包括硬件和软件两⼤部分，硬件部分⼜可分为模拟部分和数字部分。
图2.1是硬件基本组成⽰意图。
下⾯简单介绍⼀下数据采集系统的各个组成部分。
图1.1数据采集系统硬件基本组成1.传感器传感器的作⽤是把⾮电的物理量转变成模拟电量(如电压、电流或频率)，例如使⽤热电偶、热电阻可以获得随温度变化的电压，转速传感器常把转速转换为电脉冲等。
通常把传感器输出到A／D转换器输出的这⼀段信号通道称为模拟通道。
2.放⼤器放⼤器⽤来放⼤和缓冲输⼊信号。
由于传感器输出的信号较⼩，例如常⽤的热电偶输出变化，往往在⼏毫伏到⼉⼗毫伏之间；电阻应变⽚输出电压变化只有⼏个毫伏；⼈体⽣物电信号仅是微伏量级。
因此，需要加以放⼤．以满⾜⼤多数A／D转换器的满量程输⼊5—10 V 的要求。
3.滤波器传感器和电路中的器件常会产⽣噪声，⼈为的发射源也可以通过各种捅合渠道使信号通道感染上噪声．例如⼯频传号可以成为⼀种⼈为的⼲扰顿。
单片机课程设计一、目的和意义本课程设计是在学完单片机原理及课程之后综合利用所学单片机知识完成一个单片机应用系统设计并在实验室实现。
该课程设计的主要任务是通过解决一、两个实际问题，巩固和加深“单片机原理与应用”课程中所学的理论知识和实验能力，基本掌握单片机应用电路的一般设计方法，提高电子电路的设计和实验能力，加深对单片机软硬知识的理解，获得初步的应用经验，为以后从事生产和科研工作打下一定的基础。
二、选题要求在现有的开发装置上掌握相关硬件，正确地进行连线在计算机上编写汇编程序、调试、下载、配合外部电路进行系统功能测试，设计并实现参考选题中要求设计的系统。
要求按设计要求制订方案，直至正确地实现系统功能；写出课程设计报告；理解设计方案后再自己动手设计程序，并正确联线、构成硬件电路，通过独立调试实现设计方案。
三、任务及要求（一）课题要求1．数字电压表的设计技术要求：利用51单片机，ADC0809转换芯片，键盘显示系统，设计一个测量模拟电压的数字电压表，可以显示3位有效数字，通过汇编语言设计。
工作要求：画出设计原理图，编写出软件，并调试出各种功能2．温度检测系统的设计技术要求：利用51单片机，DS18B20芯片，键盘显示系统，设计温度检测系统，通过键盘控制，实现数字温度的采集，用汇编语言设计。
工作要求：画出设计原理图，编写出软件，并调试出各种功能。
（二）设计报告要求要求设计报告按以下条目顺序编写：1.封面2.内容提要3.正文概述所作题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；硬件电路设计及描述；软件设计流程及描述；源程序代码（要有注释）。
4.课程设计体会5.参考文献四、进程安排1．介绍课程设计的教学内容，指导学生根据兴趣选题。
2．原理设计3．原理设计及软件设计4．课程设计报告要求及示例介绍，原理设计5．硬件调试，软件设计及调试6．验收答辩五、考核方法与成绩评定1、考核方法（1）理论设计方案，演示所设计的系统，总成绩50％；（2）设计报告，占总成绩20％；（3）回答教师所提出的问题，占总成绩20％；（4）考勤情况，占总成绩10％；2．有下列情况之一者，要酌情减分：(1)设计报告有抄袭行为或有意给别人抄袭。
目录1.绪论 (1)1.1 课题研究的意义 (1)1.2 数据采集技术的发展历程和现状 (1)1.3 本文的研究内容 (2)1。
4 系统设计涉及的理论分析 (2)2.系统设计 (4)2.1方案选择 (4)2。
2系统框图 (5)3.单元电路设计 (6)3.1信号调理电路 (6)3.2高速Ａ／Ｄ模块 (7)3。
3 FPGA模块设计 (8)3。
4MCU模块设计 (8)3.5数据采集通道总体原理图 (9)3.6硬件电路总体设计 (9)4。
软件设计 (10)4。
1 信号采集与存储控制电路工作原理 (10)4.2 信号采集与存储控制电路的FPGA实现 (11)4.3 原理图中的各底层模块采用VHDL语言编写 (12)4。
3。
1三态缓冲器模块TS8 (12)4.3。
2分频器模块fredivid (13)4.3.3地址锁存器模块dlatch8 (14)4。
3.4地址计数器模块addrcount (15)4.3.5双口RAM模块lpm_ram_dp (16)4.4 数据显示模块设计 (18)4。
4.1 主程序 (18)4。
4。
2 INT0中断服务程序 (19)4。
4.3 INT1中断服务程序 (19)4。
5软件仿真 (20)4.5.1三态缓冲器模块TS8 (20)4。
5.2分频器模块fredivid (20)4。
5。
3地址锁存器模块dlatch8 (20)4.5。
4地址计数器模块addrcount (21)5。
系统调试 (21)5.1 单片机子系统调试 (21)5。
2 FPGA子系统调试 (22)5.3 高速A/D模块的调试 (22)6 总结 (22)致谢 (22)参考文献 (23)附录 (25)高速数据采集系统设计摘要：随着数字技术的飞速发展，高速数据采集系统也迅速地得到了广泛的应用.在生产过程中，应用这一系统可以对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高生产质量，降低成本提供了信息和手段。
在科学研究中，应用数据采集系统可以获取大量的动态数据，是研究瞬间物理过程的有力工具，为科学活动提供了重要的手段.而当前我国对高速数据采集系统的研究开发都处于起步阶段,因此，开发出高速数据采集系统就显得尤为重要了。
多路数据采集系统毕业设计第一章绪论1.1课题研究背景和意义数据采集是指将位移、流量、温度、压力等模拟量采集、转换成数字量后,再由计算机进行存储、处理、显示或打印。
数据采集技术是信息科学的一个重要组成部分,信号处理技术、计算机技术,传感器技术是现代检测技术的基础。
数据采集技术则正是这些技术的先导,也是信息进行可靠传输,正确处理的基础。
在工业生产中,对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录,这样能提高产品的质量、降低成本。
在科学实验中,对应用数据进行实时采集,这样获得大量的动态信息,是研究物理过程动态变化的有效手段,也是获取科学奥秘的重要手段之一。
设计数据采集系统目的,就是把传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的数字信号,并把数字信号送入计算机,计算机将计算得到的数据加以利用观察,这样就实现对某些物理量的监视,数据采集系统性能的好坏,取决于它的精度和速度,在精度保证的条件下提高采样速度,满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。
数据采集常用的方式有在PC机,也可以在工控机内安装数据采集卡,如RS-422卡、RS-485卡及A/D卡;或专门的采集设备,包括PCI、PXI、PCMCIA、USB,无线以及火线FireWire接口等,可用于台式PC机、便携式电脑以及联网的应用系统中[2]。
数据采集系统起始于20世纪50年代,1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统,目标是测试中不依靠相关的测试文件,由非成熟人员进行操作,并且测试任务是测试设备高速自动完成的。
近年来,数据采集及应用受到了人们越来越广泛的关注,数据采集系统也有了迅速的发展,数据采集系统也朝着微型化、小型化、便携式,低电压、低功耗发展。
当前市场出售的小型数据采集器相当于一个功能齐全计算机。
这些数据采集器功能强大,能够实现实时数据采集、处理的自动化设备。
具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能[;不仅能保证现场数据的实时性、真实性、有效性、可用性,而且能很方便输入计算机,应用在各个领域。
《单片机技术》课程整体教学设计课程代码：2022010适用专业：电气自动化技术执笔人：周硕瑜适用学期：第三学期______________ 审核人：___________ 学时：90 ______________ 制（修）订时间:2010.9一、课程定位本课程是电气自动化技术专业的专业课。
课程的任务是从单片机的应用出发，通过对MCS-51系列单片机单元的学习，使学生熟识单片机的结构，理解其基本工作原理，熟识MCS-51的指令系统，掌握汇编语言程序的编程方法和技巧, 拿握屮断系统和定吋、计数器的应用，了解串行口、测控接口和系统扩展的原理及应用，常握简单单片机应用系统的设计方法和设计能力。
先修课程：《电工基础》《电子技术》后续课程：《电气控制与PLC应用技术》《自动控制系统及应用》二、课程目标1、能力目标总体H标：通过本课程的学习，使学生能运用本课程的基本原理和方法，具备简单程序的编写、调试能力；单片机样机调试能力。
具体ri标：%1能正确选用元器件进行简单单片机外围电路的设计；%1能利用单片机技术设计简单接口屯路和绘制相应电路图；%1能使用开发平台进行单片机程序的调试及简单程序的设计；%1能对单片机产詁进行组装与调试2、知识目标%1熟识单片机的结构；%1理解其基本工作原理，熟识MCS-51的指令系统；%1掌握汇编语言程序的编程方法和技巧，掌握屮断系统和定吋、计数器的应用；%1了解串行口、测控接口和系统扩展的原理及应用；%1掌握简单单片机应用系统的设计步骤和设计方法。
3、素质目标%1培养学生良好的社会责任感、工作责任心，能主动参与到工作屮；%1培养学生团队协作精神，能主动与人合作、与人交流和协商；%1培养学生良好的职业道德，能按照劳动与环境保护的要求开展工作；%1培养学生良好的语言表达能力，能有条理地表达自己的思想和观点。
三、课程设计思路课程内容设计吋，以项H为支撑点，各个知识点容纳在各个小项Fl'1'o四、课程内容与要求五、课程实施建议1、考核方式本课程为考试课，采用理论与技能分开的考核模式。
《单片机原理及应用》课程标准适用专业：五年制高职楼宇智能化工程技术专业（560404）课程类别：□A类（纯理论课）；RB类（理论+实践）；□C类（纯实践课）课程性质：G1必修课；口专业选修课；口公共选修课教学时数：72学时总学分数：4学分一、课程概述（一）课程性质地位单片机课程是高职高专电子类相关专业的的一门专业课程。
可作为（高中后大专、对口单招、五年制高职）层次学生的教学参考。
它以MCS-51单片机为例，详细介绍片内结构、工作原理、接口技术和单片机在各领域中的应用。
为学生进一步学习微机在智能仪表、工业控制领域中的应用技术奠定必要的基础。
（二）课程基本理念《单片机原理及应用》是一门实践性很强的课程，它服务于工程实际，其主要任务是通过学习单片机的结构、工作原理、接口技术和单片机汇编语言程序设计的知识,使学生掌握单片机的基本结构、接口技术以及汇编语言程序设计方法,熟悉单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制、机电一体化等领域的应用，初步具备应用单片机进行机电设备技术改造、产品开发的能力。
本课程的教学重在培养学生的创新意识和学习能力以及分析问题、解决问题的能力，形成以学生为中心的教学模式，采用启发式教学方法，突出教师的指导作用，突出能力培养，体现实用性原则，采用多煤体教学手段，强化作业的设计性、连续性、综合性，倡导研究性学习，激发学生创造欲望和专业学习兴趣。
（≡）课程设计思路本课程主要以80C51系列单片机为体系，通过学习单片机的结构、工作原理、接口技术和单片机汇编语言程序设计的知识,使学生掌握单片机的基本结构、接口技术以及汇编语言程序设计方法，熟悉单片机应用系统各主要环节的设计、调试方法，并了解单片机在测量、控制、机电一体化等领域的应用，初步具备应用单片机进行机电设备技术改造、产品开发的能力。
主要内容可以分为四个大的模块:（1）8051系列单片机的结构和工作原理；（2）单片机主要接口芯片的结构及工作原理；（3）单片机的指令系统和汇编程序设计；（4）单片及应用系统的开发设计二、课程目标知识教学目标：C语言是一种通用程序设计语言，具有表达简洁、控制流与数据结构先进和操作功能丰富等特点。
单片机多路数据采集控制系统课程设计报告叶醒Xb09610118 余希Xb09610120一、设计目的运用单片机原理及其应用等课程知识，根据题目要求进行软硬件系统的设计和调试，从而加深对本课程知识的理解，把学过的比较零碎的知识系统化，比较系统的学习开发单片机应用系统的基本步骤和基本方法，使学生应用知识能力、设计能力、调试能力以及报告撰写能力等有一定的提高。
二、设计要求用8051单片机设计数据采集控制系统，基本要求如下：基本部分：1．可实现8路数据的采集，假设8路信号均为0~5V的电压信号。
2．采集数据可通过LCD显示，显示格式为[通道号] 电压值，如[01] 4.5。
3．可通过键盘设置采集方式：单点采集、多路巡测、采集时间间隔。
4．具有异常数据声音爆晶功能：对第一路数据可设置正常数据的上限值和下限值，当采集的数据出现异常，发出报警信号。
选作功能：1.异常数据音乐报警。
2.可输出8路顺序控制信号，设每路顺序控制信号为一位，顺序控制的流程为：三、总体设计我们选择单片机与A/D转换芯片结合的方法实现本设计。
使用的基本元器件是：A T89C52单片机，ADC0809模数转换芯片，LCD显示器，按键，电容，电阻，晶振等。
数字电压测量电路由A/D转换、数据处理及显示控制等组成。
A/D转换由集成电路ADC0809完成。
ADC0809具有8路拟输入端口，地址线（23~- 25脚）可决定对哪一路模拟输入作A/D换。
22脚为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存。
6脚为测试控制，当输入一个2uS宽高电平脉冲时，就开始A/D转换。
7脚为A/D转换结束标志，当A/D转换结束时，7脚输出高电平。
9脚为A/D转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，A/D转换数据从该端口输出。
10脚为0809的时钟输入端。
单片机的P1.5~P1.7、P3端口作1602液晶显示控制。
P2端口作A/D转换数据读入用，P0端口用作0809的A/D 转换控制。
10通道数据采集系统设计
10通道数据采集系统设计
一、设计任务
实现10通道模拟信号的采集
二、设计要求
1、采样频率200HZ，位数12位
2、设计实现模拟/数字转换的方法，给出转换速度
三、设计原理
1、AD574A芯片介绍
AD574A 是单片高速12 位逐次比较型A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转换器，其主要功能特性如下：
分辨率：12 位
非线性误差：小于±1/2LBS 或±1LBS
转换速率：25us
模拟电压输入范围：0—10V 和0—20V，0—±5V 和0—±10V 两档四种
电源电压：±15V 和5V
数据输出格式：12 位/8 位
芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式
主要功能引脚介绍如下：
AC：模拟地
DC：数字地
CS：片选信号，低电平有效
CE：片使能，高电平有效
R/C：读/启动信号，高电平读数据，低转换
12/8：数据格式选择，高电平12位数据同时
有效，低电平时第一次输出高8位，第二次输出
低四位有效，中四位为零。
A0：内部寄存器控制输入端，在12/8接地的情况下，高电平时高8位数据有效，低电平时低4位有效，中间4位为零，高4位为高阻态；在R/C为低的情况下，高电平启动12位转换，低电平启动8为转换。
STS：工作状态输出端，高电平表示正在转换，低电平表示转换完毕
AD574和单片机的接口
在设计硬件电路时要十分注意的一点就是AD574的数据输出线与单片机数据总线的连接方式：应该将高8位DB4~DB11接到数据总线的D0~D7，低4位DB0~DB3接到数据总线的高4位D4~D7。
如果接错的话就不能读取正确的转换结果，而且还很容易烧坏芯片。
AD574A 的工作模式：如果需AD574A 工作于单一模式，只需将CE、12/8端接至
+5V 电源端， CS和A0接至0V，仅用R/C端来控制A/D 转换的启动和数据输出。
当RC=0 时，启动A/D 转换器，经25us 后STS=1，表明A/D 转换结束，此时将R/C置1，即可从
数据端读取数据。
AD574控制端标志意义：
AD574的接口电路
下图是8051 单片机与AD574A 的接口电路，其中还使用了三态锁存器74LS373 和
74LS00 与非门电路，逻辑控制信号由(CS、R/C和A0)有8051 的数据口P0 发出，并由三态锁存器74LS373 锁存到输出端Q0、Q1 和Q2 上，用于控制AD574A 的工作过程。
AD 转换器的数据输出也通过P0 数据总线连至8051，由于我们只使用了8 位数据口，12 位数据分两次读进8051，所以R/C接地。
当8051 的p3.0 查询到STS 端转换结束信号后，先将转换后的12 位A/D 数据的高8 位读进8051，然后再将低4 位读进8051。
这里不管AD574A 是处在启动、转换和输出结果，使能端CE 都必须为1，因此将8051 的写控制线WR和读控制线RD通过与非门74LS00 与AD574A 的使能端CE 相连。
2、74LS150芯片介绍
74LS150是一个16选1数据选择器（有选通输入端，反码输出）。
数据选择端（ABCD）按二进制译码，以从16个数据（E0---E15）中选取1个所需的数据。
只有在选通端STROBE为低电平时才可选择数据。
输出端W为反码数据。
引脚图：
引出端符号：
A、B、C、D 选择输入端
E0---E15 数据输入端
STROBE 选通输入端（低电平有效）
W 反码数据输出端
Y 数据输出端
功能图：
H=高电平；L=低电平；X=任意；E0—E15=对应的E端电平
3、74HC573芯片简介
74HC573是八进制3 态非反转透明锁存器为高性能硅门CMOS 器件。
SL74HC573 跟LS/AL573 的管脚一样。
器件的输入是和标准CMOS 输出兼容的；加上拉电阻，他们能和LS/ALSTTL 输出兼容。
当锁存使能端为高时，这些器件的锁存对于数据是透明的（也就是说输出同步）。
当锁存使能变低时，符合建立时间和保持时间的数据会被锁存。
×输出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上
×操作电压范围：2.0V~6.0V
×低输入电流：1.0uA
×CMOS 器件的高噪声抵抗特性
管腿安排：见右图
功能表：
X=不用关心
Z＝高阻抗
*最大值范围是指超过这个值，将损害器件。
操作最好在下面的推荐操作条件下：
额定功率的下降——PDIP：－10mW/℃，65℃～125℃
SOIC：－7 mW/℃，65℃～125℃
四、设计过程
1、本系统需要的控制比较简单，选用80c51单片机芯片进行控制。
2、由于输入是10通道模拟输入，12位精度数字输出。
所以选用的AD转换芯片必须至少有10个模拟输入通道，而且数字输出为12位。
考虑到芯片的价格与芯片结构复杂程度要便于设计的因素，本设计选用一通道模拟输入、12精度数字输出的AD574模数转换芯片，与16选1数据选择器74LS150搭配使用。
使用74LS150的16个输入通道中的10个通道即可，然后把选择的通道中的模拟输入量送到AD574。
3、由于12位数字输出需要分两次送到单片机，因此需要在AD574与单片机之间加数据锁存器，本设计选用74HC573锁存器。
4、74LS150的通道选择由单片机的P1口的P1.0-P1.3控制，0000对应0通道，0001对应1通道，……，1001对应9通道。
共使用10个通道。
具体原理见设计原理的74LS150芯片介绍部分。
5、软件流程图
主程序：
AD转换子程序：
6、软件程序
#include<absacc.h>
#include<intrins.h>
#include<reg51.h>
#define uint unsigned int
#define uchar unsigned char
#define ADCOM XBYTE[0xff7c] //控制寄存器地址
#define ADLO XBYTE[0xff7f] //数据字节低4位地址
#define ADHI XBYTE[0xff7d] //数据字节高8位地址
sbit r = P3^7; //p3.7口
sbit x = P3^6; //p3.6口
sbit adbusy = P3^0; //p3.0口
uint ad574(void) //AD转换子程序
{
r = 0;
x = 0;
ADCOM = 0; //启动转换
while(adbusy == 0);
return((uint)(ADHI<<4)+(ADLO&0x0f)); //返回转换数据
}
main() //主程序
{
uint idata result[10]; //定义数据存储数组
uchar ad_now = 0; //通道号
while(1)
{
P1 = ad_now; //通过p1选择通道
_nop_();
result[ad_now] = ad574(); //取转换数据
ad_now++; //通道号加一
if(ad_now == 11) ad_now = 0; //返回0通道
}
//数据通过10通道选择器进入AD574（AD574是一个12位数模转换期间，内置采样保持电路，无需附加外围电路），通过单片机控制数据选择器的控制端口，选择进行AD转换的通道，进行循环采集转换，并存入数组result[10]
五、系统误差分析与补充说明
1、AD574采样频率大于200HZ，且满足12位精度转换，达到本实验要求。
由于先高8位送入锁存器锁存，再传送低4位，因此会对转换速度有一定的影响。
2、AD574转换速率为25us，一个采样周期延迟25us。
故每个采样数据转化后比原信号延迟25us。
3、本设计AD574采用10V IN口，模拟信号输入电压幅值小于10V，1LBS<2.44mv。
故转化误差小于2.44mv。
4、由于单片机80C51的存储单元非常少，采集转化后的数据量很大，因此用80C51来存储采集转化后的数据没有实用性。
本设计程序中仅保存了当前采集的一个数据。
因此在数据存储这部分设计中，只是给出了一种方法。
若要把本系统应用于实际时，可以给单片机添加扩展存储单元，把采集的数据存放在该扩展存储器中。
但现在一般更多的应用是把本系统与PC机相连接使用，应用PC机的存储与显示系统，此时本问题就不用单独考虑了。
六、参考文献
1、刘乐善等《微型计算机接口技术及应用》华中科技大学出版社；
2、李广弟等《单片机基础》北京航空航天大学出版社；
3、80C51单片机技术资料、
AD574模数转换芯片技术资料、
74LS150十六选一数据选择器技术资料、
74HC573锁存器技术资料。
