高精度ad采集系統(tǒng)畢業(yè)設計說明書

1、<p>　　2013屆畢業(yè)設計說明書</p><p>　　高精度多路A/D采集系統(tǒng)的設計</p><p>　　院 、部： 電氣與信息工程學院 </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： 職稱 講師 </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工

2、程及其自動化 </p><p>　　班 級： 電氣本0904 </p><p>　　完成時間： 2013-5-25 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數據采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設備及宇航技術、工業(yè)等領域。由于數據采集系統(tǒng)的不斷提高

3、，出現了高性能、高可靠的單片機數據采集系統(tǒng)（DAS）。數據采集技術已經成為一種專門的技術，在工業(yè)領域得到了廣泛的應用，在工業(yè)的控制領域中，越來越多的模擬信號需要2數字量來顯示。需求的精度越來越高，采集通道越來多。因此，數據采集系統(tǒng)是模擬域與數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的高精度的多路A/D采集系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)主要包括硬件設計和軟件設計，硬件設計

4、包括單片機主控模塊、A/D模數轉換模塊、LCD液晶顯示模塊，鍵盤輸入模塊。數據采集的控制是采用了AT89S51單片機為核心來實現，11路模擬信號通過A/D轉換器TLC2543進行模數轉換。實現模擬量到12位二進制數字量的轉換，并將轉換后的數據通過單片機接收、處理、并用LCD液晶來顯示所采集的結果。此系統(tǒng)采樣精度為1/4096，經過數據處理后，液晶所顯示數據結果可以精確到小數點后7位。同時通過鍵盤作為人機交換接口，通過鍵盤來操作，來選擇T

5、LC2543所連接11路中其中一通當前測試值。軟件設計采用C51編程，實現對數據采集系統(tǒng)、模數轉換系統(tǒng)、數據顯示、數據通信等功能。</p><p>　　關鍵詞：A/D轉換；高精度；單片機；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 課題的國內外研究現狀2</p><p>　　1.3 課題研究的主要內容3</p><p>　　2 方案論證與選擇4</p>&

12、lt;p>　　2.1 系統(tǒng)設計方案論證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)設計9</p><p>　　3.1 單片機系統(tǒng)9</p><p>　　3.1.1 簡介AT89S529</p><p>　　3.1.2 單片機最小系統(tǒng)原理圖10</p><p>　　3.2 12864LCD應用原理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 模塊接口說明13</p><p>　　3.2.4 12864與單片機硬件連接圖13</p><p>　　3.3 模數轉換器TLC254315</p><p>　　3.3.1 TLC2543的引腳排列及說明 

15、15</p><p>　　3.3.2 TLC2543的工作過程17</p><p>　　3.3.3 接口時序17</p><p>　　3.3.4 TLC2543與單片機硬件連接圖19</p><p>　　3.4 矩陣式鍵盤20</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設計21</p><

16、p>　　4.1 簡介KeilUvision421</p><p>　　4.2 程序設計21</p><p>　　4.2.1 主程序21</p><p>　　4.2.2 液晶驅動程序22</p><p>　　4.2.3 鍵盤掃描程序25</p><p>　　4.2.4 數據采集程序25<

17、;/p><p>　　5 仿真與調試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)調試32</p><p>　　5.4 設計總結33</p><p><b>　　致

18、謝35</b></p><p><b>　　參考文獻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>　　科學技術的發(fā)展日新月異，科學技術的進步同時也帶動了測量技術的發(fā)展，現代控制設備的性能和結構上都發(fā)生了翻天覆地的變化。已經進入了高速發(fā)展的信息時代的我們，測量技術已經是當今社會的主流，被廣泛地深入到了應用工程的各個領域。</p><p>　　數據采集及其應用的關注度越來越高，并且

20、由于數據采集系統(tǒng)的迅速發(fā)展，它在各種領域被廣泛的應用。數據采集系統(tǒng)被廣泛應用于模擬信號測量或相應的可轉換為數字量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農業(yè)、環(huán)保、服務業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，例如：城市路燈故障檢測、供電線路防盜監(jiān)視、城市居民小區(qū)供熱檢測、大型倉庫溫度檢測、工業(yè)生產測控、農業(yè)生產溫度測控、環(huán)保工程、故障監(jiān)控工程等。</p><p>　　20世紀50年代開始出現數據采集系統(tǒng)，1956年美國的軍事領域首次據采集系統(tǒng)中的測

21、試系統(tǒng)被運用，此測試系統(tǒng)你需要任何測試相關文件，同時所有測試設備都可以在不熟啦的操作人員手里進行全自動化。這種數據采集系統(tǒng)有運行速度高，靈活性強的特點，因此完全取代了傳統(tǒng)方法不能完成的數據采集和測試任務的情況。到了60年代后期，許多國內外國家都先后出現成套的數據采集設備和系統(tǒng)，而且這些設備系統(tǒng)都為專用。</p><p>　　20世紀70年代后期，數據采集系統(tǒng)將微型機、采集器、儀表同計算機溶為一體，這一成就空前的突

22、破。無論是從性能還是處理速度上，這種數據采集系統(tǒng)完全超越了傳統(tǒng)的自動檢測儀和專用采集系統(tǒng)。從而數據采集系統(tǒng)又一次革命性改變。從70年代之后，數據采集系統(tǒng)在發(fā)展過程中逐漸出現了兩類，一為實驗室數據采集系統(tǒng)，一為工業(yè)現場數據采集系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀80年代由于計算機的漸漸被普及，A/D數據采集系統(tǒng)的發(fā)展進行又一次的飛躍，通用的A/D數據采集和自動測試系統(tǒng)產生了。該階段的數據采集系統(tǒng)主要同樣分為兩類，一

23、類系統(tǒng)主要適用于實驗室的以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計算機組成，而且在工業(yè)生產現場也有一定的應用范圍。第二類則在工業(yè)現場被廣泛應用，這類主要以數據采集器、標準總線和計算機技術構成。20世紀80年代后期，隨著數據采集發(fā)展，A/D數據采集系統(tǒng)將單片機、計算機以及集成電路的結合一起，同時利用用軟件管理，將系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成數倍增加，數據處理能力加強。</p><p>　　20世紀90年代至今，在凡事

24、國際上技術先進的國家，數據采集系統(tǒng)無論是在軍事領域，還是航空航天的電子設備及宇航技術，或者是一般工業(yè)領域中都是密不可分的一本分。隨著集成電路制造技術的不斷提高，開始出現了單片機數據采集系統(tǒng)（DAS），此類系統(tǒng)性能高、可靠性強。隨著此類技術不斷的提高，數據采集技術已經成為一種專門的技術領域，在工業(yè)領域得到了廣泛的應用。由于此階段的數據采集系統(tǒng)采用的模塊式結構，人們根據不同的應用要求，通過簡單的模塊變動，并結合相應系統(tǒng)編程修改系統(tǒng)，迅速組成

25、一個新的系統(tǒng)。</p><p>　　盡管現在以微機為核心的可編程數據采集與處理采集技術的發(fā)展取得了很大的進步，而且一個數據采集系統(tǒng)的組成僅僅只需要一塊數據采集卡，把數據采集卡插在微機的擴展槽內并輔以應用軟件，就能實現數據采集功能，但這并不會對基于單片機為核心的數據采集系統(tǒng)產生影響。相較于數據采集板卡成本和功能的限制，單片機具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而雙單片機又具有精度較高、轉換速度快

26、、能夠對多點同時進行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應用要求的、電路結構簡單的、可靠性高的數據采集系統(tǒng)。這就使得以單片機為核心的數據采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用。</p><p>　　1.2 課題的國內外研究現狀</p><p>　　數據采集技術作為信息科學的重要分支之一, 它要研究信息數據的采集、存儲、處理以及控制等各項問題。它主要是對傳感器接受的模擬信號的測量與處理, 以微型計算

27、機等高技術為基礎而形成的一門綜合性應用技術。A/D數據采集也是從單個到多個模擬信號獲取信息的一個過程，簡單講就是獲取模擬信息。隨著微型計算機技術的不斷飛速發(fā)展,A/D數據采集系統(tǒng)已成為生活中日益重要的檢測和監(jiān)控技術,被廣泛應用于工農業(yè)等需要同時監(jiān)控多項測試的場合。A/D數據采集系統(tǒng)是工業(yè)控制系統(tǒng)中非常關鍵,使用功能獨立的單片機系統(tǒng)來實現測控系統(tǒng)，而且A/D數據采集的性能特點直接影響到整個工業(yè)系統(tǒng)。</p><p>

28、;　　數據采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號通過A/D芯片轉換成數字信號，并進行分析、處理、傳輸、存儲和顯示。從20世紀中期開始，在過去的幾十年里，隨著信息領域各種技術的迅速發(fā)展，在數據采集方面的技術也取得了飛躍的進步，采集數據的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。各種領域都用到了數據采集。</p><p>　　在我國，很多領域都用到數據采集系統(tǒng)，如地震監(jiān)控系統(tǒng)TDE-124C、TDE-224C，如航空航天太空檢

29、測。同時，近年來，我國又成功研制了動態(tài)范圍大、兼容性更強、線性度更高、低功耗可靠性數據采集系統(tǒng)。是我國在這一領域有突破性進展。該數據采集首先是電信號模擬放大后，然后將A/D數字化，A/D采用同時采樣，保持采樣，將采樣數據經DSP數字濾波處理后，變成數字信號。該數據采集系統(tǒng)具備了24位A/D轉化位數，精度非常高，同時采樣率也是非?？旆謩e有50HZ、100HZ、200HZ。</p><p>　　由于數據采集系統(tǒng)不斷的

30、發(fā)展，新一代機載數據采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應用也在快速地發(fā)展。這類機載數據采集系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數字變換，總采樣率達500K/S,同步時間為+/-250ns，可以利用方式組成高達1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 課題研究的主要內容</p><p>　　多路采集系統(tǒng)可被廣泛應用于各種模擬信號測量或相應的可轉換為數字量或供電故障監(jiān)控的工業(yè)、農業(yè)、環(huán)

31、保、服務業(yè)、安全監(jiān)控等工程中，考慮到許多工業(yè)環(huán)境中對多點模擬信號進行監(jiān)控。同時要求采集到數據的準確度要求非常高，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負采集十一路數據，TLC2543是精度為12位，有11路采集數據通道的AD轉換芯片。單片機是負責處理接受過來的數字量的處理及最后處理結果送給液晶顯示。單片機功能強大、抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等

32、優(yōu)點,使得基于單片機為核心的數據采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用.該系統(tǒng)采用的是AT89S52單片機，能夠滿足設計要求。顯示為LCD12864顯示屏，顯示功能強大，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。通過鍵盤操作來確定顯示11路通道中任一通道的模擬信號值。</p><p>　　本論文研究的主要內容包括以下幾個方面：</p><p><b>　?。?）硬

33、件設計</b></p><p>　　系統(tǒng)是以單片機為控制器，設計好單片機最小系統(tǒng)，包括振蕩電路、復位電路、下載及電源電路，同時液晶顯示電路也非常重要。同樣還有TLC2543數據采集系統(tǒng)電路設計。</p><p><b>　?。?）軟件設計</b></p><p>　　軟件設計同樣是系統(tǒng)的非常關鍵的一步，其的作用為將做好的實物實現設計

34、需要所達到的要求。軟件設計主要包括主控制程序、鍵掃程序、液晶顯示驅動程序、TLC2543數據采集程序、以及數據處理程序、最后還有顯示程序。</p><p><b>　?。?）調試與仿真</b></p><p>　　調試是做設計重要環(huán)節(jié)，本次設計的數據采集系統(tǒng)部分采用仿真，而液晶顯示，以及單片機控制主程序，通過實物調試來實現。</p><p>　

35、　2 方案論證與選擇</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設計方案論證</p><p>　　數據采集，又稱數據獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數據并輸入到系統(tǒng)內部的一個接口。數據采集技術廣泛應用在各個領域。</p><p>　　70年代初，數據采集系統(tǒng)結構發(fā)生了重大變革。改變的原因是因為計算機技術的提高一級集成電路的發(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)代替了原來由小規(guī)模集成的數字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)。系統(tǒng)通過編程來驅動為控制器，采樣數據通過A/D芯片進行邏輯操作處理，讓系統(tǒng)更加靈活。只要硬件不出問題系統(tǒng)將一直正常運行。是系統(tǒng)成本降低。</p><p>　　在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉換為數據量，而A/D是將模擬量轉換為數字量的器件，它需要考慮的指標有：分辨率、轉換時間、轉換誤差等等。而單片機是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數據讀取、處理及邏

37、輯控制，數據傳輸等一系列的任務。數據采集系統(tǒng)的設計方案有很多種，但是基本分為三類，分別是以DSP、單片機、ARM為核心的的數據采集系統(tǒng)。</p><p>　　（1）基于DSP數據采集系統(tǒng)設計方案</p><p>　　基于DSP的數據采集系統(tǒng)首先都是是對模擬信號進行采集，都需要把模擬信號轉換為數字信號，然后利用DSP數字信號進行處理。隨著DSP的集成度越來越高，功能越來越強大，但是它的根本作

38、用仍然是連接模擬世界和數字世界的橋?；贒SP的數據采集方案都是高速系統(tǒng)。DSP作為數據采集的控制核心。處理數據的結果，則通過USB傳送給PC機進行顯示。其大體框架如圖1所示。</p><p>　?。?）基于單片機數據采集系統(tǒng)設計方案</p><p>　　基于單片機為核心的高進度數據采集，單片機是采用高密度非易失性存儲器技術制造。在單芯片上，可編程Flash可以靈巧的在系統(tǒng)上運用，片上Fl

39、ash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在控制領域中廣泛利用。</p><p>　　此數據采集系統(tǒng)由信號調理電路，電子模擬開關，采樣保持電路，A/D,單片機、顯示接界面等組成。大體系統(tǒng)框圖如圖2所示。</p><p>　?。?）基于ARM數據采集系統(tǒng)設計方案</p><p>　　ARM系列微處理器的主要應用領域為：Internet設備、高檔工業(yè)控制、網絡

40、和調制解調器設備、移動電話等多種多媒體和高端嵌入式應用，ARM處理器帶高檔應用中占有很大的市場空間?；贏RM數據采集系統(tǒng)設計，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)。同時可通過485進行數據傳送給遠端。同樣可以通過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

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，DSP處理速度快，是專門的數字處理器，運算能力非常強大。在高端領域DSP數據采集系統(tǒng)得到廣泛運用。但是監(jiān)控比較困難，需要上位機進行協助。同時也要通過上位機進行顯示，操作復雜。同樣ARM處理器功能強大，且可帶操作系統(tǒng)，現以ARM為核心的數據采集系統(tǒng)，無論從運用范圍還是性能上都是高端。

42、而且ARM為基礎的數據采集系統(tǒng)可以進行遠程傳送數據，同樣可以與PC聯合控制。也可在此基礎上增加其它強大功能。對于功能強大的ARM，只是用在數據采集上是一種資源浪費，加上ARM的價位比較高，且應用領域相對高端，指令復雜，而且管腳多且復雜。單片機在控制和工業(yè)領域中運用廣泛，而且單片機結構簡單，編程方便，價格便宜，能自主驅動顯示界面。在性能上處理速度上比不上DSP，功能上不如ARM強大，但是對于此數據采集系統(tǒng)都是合適的。經過比較本方案二，以單

43、片機為核心設計高精度多路數據采集系統(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轉換器的種類很多，就位數來說，可以分為8位、10位、12位和16位等。位數越高其分辨率就越高，價格也就越貴。A/D轉換器型號很多，而其轉換時間和轉換誤差也各不相同。數據的采

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

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

46、)計數式A/D轉換器：轉換特點簡單，但速度比較慢，特別是模擬電壓較高時，轉換速度更慢。</p><p>　　鑒于上面三種方案，在精度、抗干擾能力、價格、轉換速度等多種標準考量下，在本設計選用的是開關電容逐漸逼近式A/D轉換器——TLC2543。</p><p>　　TLC2543具有以下特性：</p><p>　　1）12位分辯率A/D轉換器； 2）在工作溫

47、度范圍內10μs轉換時間； 3）11個模擬輸入通道； 4）3路內置自測試方式； 5）采樣率為66kbps； 6）線性誤差±1LSBmax； 7）有轉換結束輸出EOC； 8）具有單、雙極性輸出； 9）可編程的MSB或LSB前導。</p><p>　　2.2.2 單片機的選擇</p><p>　　單片微型計算機簡稱為單片機，常

48、用縮寫MCU表示，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），單片機同時又稱單片微控制器，它是把一個計算機系統(tǒng)集成到一個芯片上。是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術把具有運算能力的CPU、RAM、ROM、輸入輸出I/O口、定時計數器、SCI、顯示器驅動電路等電路集成到一塊單片機上，構成一個最小卻很完善的計算機系統(tǒng)。這些電路通過編程代碼來控制，能準確快速的完成設計者先前規(guī)定的任務。總之單片機的特點可以歸納為以下幾

49、個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這主要的幾個方面。</p><p>　　單片機可分、為4位、8位、16位及32位單片機。它們被應用在不同領域里，8位單片機由于功能強大，廣泛的應用于工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領域。在中、小規(guī)模應用場合，8位單片機仍占主流地位，在單片機應用領域發(fā)揮越來越大的作用。隨著移動通訊、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入

50、人們的生活，為了滿足需求，32位單片機應用也得到了長足發(fā)展。</p><p>　　經思考本設計系統(tǒng)選用的是AT89S52，此單片機性為8位單片機，能強大，在價格，運行速度，處理速度上都滿足需求。</p><p>　　2.2.3 顯示屏的選擇</p><p><b>　　（1）數碼管顯示</b></p><p>　　LE

51、D數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LED顯示管，其中7個用于顯示字符，1個用來顯示小數點，稱為八段發(fā)光二極管數碼顯示器。LED數碼顯示分為動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。不管那種驅動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大的顯示屏。LCD1

52、2864液晶顯示屏是一種帶有中文字庫的屏，同時也是一種具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、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、方便的操作指令，可構成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示8×4 行16×16 點 陣的漢字. 也可完

53、成圖形顯示.價格便宜同樣是該模塊的顯著特點。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無論從硬件或者軟件上都要簡便的多，且此模塊的價格與其它相同類型的顯示屏都要低。</p><p>　　然而對于本設計的中有多路數據要顯示，且精度高，一般數碼管顯示不能滿足設計需求，且數碼管顯示功能低，不方便表達，達不到人機交換界面交換的作用，而液晶顯示，能經過文字、數字，顯示方便且易懂。所以本設計采用LCD12864作為顯示界面

54、。</p><p>　　2.2.4 按鍵的選擇</p><p>　　鍵盤是一種常見的輸入設備，用戶可以向計算機輸入數據或命令。根據案件的識別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識別的鍵盤成為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。</p><p><b>　　1）獨立按鍵接

55、口</b></p><p>　　在單片機中，如果所需的按鍵較少，可采用獨立式鍵盤。每只按鍵接單片機的一條I/O線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。。按鍵分別于單片機的I/O線上。無按鍵按下時，所接I/O線上均輸入高電平。當某按鍵按下時，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>　　在單片機中需要的按鍵較多時，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20只按鍵接口，如采用按鍵獨立方式，需要20個I/O口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要8個 I/O 口。</p><p>　　綜上所述，在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有多個，獨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)設計<

57、/b></p><p>　　3.1 單片機系統(tǒng)</p><p>　　3.1.1 簡介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 存儲器為8K 。Atmel 公司采用高密度非易失性存儲器技術制造，能與工業(yè)80C51 產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

58、用，片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。使AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具體結構包括中央處理器CPU、 內部數據存儲器、內部程序存儲器、定時器/計數器、并行I/O口、串行口、中斷控制電路、時鐘電路、位處理器和內部總線。另外，單片機支持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、定時器/計數器、串口

59、、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。它一共有40個引腳，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。接入單片機的工作電源有四個電源引腳。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。兩個時鐘引腳XTAL1、XTAL2連接時鐘電路。P0口、P1口、P2口、

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

61、p>　　單片機XTAL1、XTAL2這兩引腳連接振蕩電路，振蕩電路是由兩電容C5、C4以及一個晶振頻率為12MHz的石英晶體構成。此電路所形成的振蕩脈沖頻率為12MHz，時鐘周期為1us。</p><p><b>　?。?）復位電路</b></p><p>　　單片機的RST引腳連接復位電路，此系統(tǒng)設計的復位電路為按鍵電平復位。復位電路由按鈕S1、22uF電容C

62、3以及200歐姆R4和1000歐姆R6構成。當復位按鈕按下，RST引腳電平變化，單片機進行復位操作。</p><p><b>　?。?）下載電路</b></p><p>　　下載接口為單片機下載程序所用，下載接口單片機的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220V的電壓變?yōu)樵O計者需要的電壓。然后過二極管電路之后，產生的電流方向單一，但電流還是不斷變化。電流到了這一步還需要進一步處理，將交流電變成脈動的直流電壓的整流電路是不可缺少的。得到的脈動的直流電壓還是具有含有紋波，所以我們再設計了濾波電路，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電壓波動，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，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。</p><p>　　220V交流電通過變壓器變?yōu)?2V的交流電，12V交流電通過四個二極管的全橋整流后變?yōu)?2V直流電，然后經過電解電容（470μF）進行一級濾波，以去除直流電里面的雜波，防止干擾。12V直流電出來后再經過三端穩(wěn)壓器LM7812穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的12V電源，再經過三端穩(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直流電源負極，Vout為輸出腳，它和接地腳的電壓就是+5V了。5V電源出來再經過電解電容的二級濾波，使5V電源更加穩(wěn)定可靠。同時在5V穩(wěn)壓電源加上一個10K的電阻和一個紅色發(fā)光二極管，當上電后，紅色發(fā)光二極管點亮，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，同時其基準電壓也設定為5V，綜合起來次系統(tǒng)的電壓應為5V直流電壓。將電源電路轉變的的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為開關，開關按下引腳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>　　同時單片機P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳都接上拉電阻，來提高電路驅動能力。圖7為單片機最小系統(tǒng)部分原理圖。</p><p>　　圖7 單片機部分原理圖</p><p>　　3.2 12864LCD應用原理</p><p><b>　　3.2.1 概

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

69、具有4 位/8 位并行、2 線或3 線串行多種接口方式，內部含有國標一級、二級簡體 中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構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.價格便宜同樣是該模塊的顯著特點。此模塊的顯示方案與其它模塊的顯示方案相比較，無論從硬件或者軟件上都要簡便的多，且此模塊的價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。隨著技術越來越成熟，LCD12864顯示屏具有以下基本特性：</p><p>　?。?）低工作電壓：+3.0--+5.5V</p><p>　?。?）分辨率:128×64顯示點 </p><p>　?。?

71、）內置字庫，擁有8192個16×16點陣漢字</p><p>　?。?）內置點陣字符128個</p><p>　?。?）時鐘頻率：2MHZ</p><p>　?。?）視角方向：6點</p><p>　　（7）顯示方式：STN、半透、正顯 </p><p>　?。?）驅動方式：DUTY方式，IAS方式 <

72、/p><p>　?。?）通訊方式：可選 串行或并口</p><p>　　（10）背光方式：高亮白色LED于側部，功耗僅低</p><p>　　（11）內置DC-DC轉換電路，無需外加負壓 </p><p>　　（12）無需片選信號，簡化軟件設計</p><p>　　（13）工作溫度: 0℃ - +55℃ </p>

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

74、的前3位腳連接，同時改變變阻器來調節(jié)顯示亮度。其連接原理圖如圖8。同時P3.0、P3.1、P3.5為液晶控制pin腳。通過改變引腳狀態(tài)來實現數據傳輸及控制。</p><p>　　表1 模塊的引腳定義與說明</p><p>　　圖8 12864LCD連接原理圖</p><p>　　3.3 模數轉換器TLC2543</p><p>　　在我

75、們所測控的信號中均事是連續(xù)變化的物理量，而要對這些信號進行處理,則需要將其轉換為數字量，A/D轉換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉換成計算機能接受的數字量。</p><p>　　按模擬量轉換成數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引腳說明見表2。 </p><p>　　圖9 TLC2543的封裝</p><p>　　3.3.2 TLC2543的工作過程</p><p>　　TLC2543的工作過程分為兩個周期：I/O周期和轉換周期。</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時鐘頻率定義，通過選定的數據長度決定了是延續(xù)時鐘周期，有3種延續(xù)時鐘周期分別為8、12或16個。器件開始采樣后有兩種操作。，首先，在時鐘頻率的前8個脈沖的上升沿，以MSB前導方式從數據輸出T端輸入8位數據流到輸入寄存器。這8位數據中前4位為采樣模擬模擬通道地址，通過控制通道

78、模擬多路器，將從11個模擬輸入信號值中一通道的值送到采樣保持電路，該電路從第4個時鐘脈沖的下降沿開始對所選信號進行采樣，直到最后一個時鐘脈沖的下降沿。TLC2543的I/O周期的時鐘脈沖個數和輸出數據長度(位數)有關，是通過輸入數據的D3、D2位選擇為8、12或16。若工作于12或16位時，在前8個時鐘脈沖之后，DATA INPUT無效。其次，在DATA OUT端串行輸出8位、12或16位數據。當保持為低時，第一個數據出現在EOC的上升

79、沿。若轉換由控制，則第一個輸出數據發(fā)生在的下降沿。而得到的數據串是前一次轉換的結果，在第一個輸出數據之后的每一個后續(xù)位均有后續(xù)的I/O時鐘下降沿輸出。</p><p><b>　　(2) 轉換周期</b></p><p>　　在I/O周期的最后一個下降沿之后，EOC引腳變低，芯片進行采樣值保持不，同樣轉換周期開始，內部轉換器對所采樣值利用逐次逼近A/D進行轉換，其工作

80、與時鐘頻率同步的內部時鐘控制。當數據轉換完成后EOC將變高，而轉換得到的二進制結果鎖存在輸出數據寄存器中，當下一個I/O周期輸出開始后通過數據線進行數據輸出，我們就可以得到采樣的結果。TLC2543將I/O周期和轉換周期交替進行，這樣大大減小了外部輸入數字噪聲對轉換精度的影想。</p><p>　　3.3.3 接口時序</p><p>　　TLC2543可以選擇使用12或16個時鐘周期。

81、TLC2543的時序比較簡單，首先將片選信號插在每次轉換之前。同時在轉換開始處變換一次電平后一直保持，直到時序結束。圖10顯示每次轉換和數據傳遞使用16個時鐘周期和在每次傳遞周期之間插入的時序，圖11顯示每次轉換和數據傳遞使用16個時鐘周期，僅在每次轉換序列開始處插入一次時序。</p><p>　　表2 TLC2543引腳說明</p><p>　　圖10 時鐘時序傳送圖(使用，MSB在

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

83、，SDI為串口控制輸入，CLK為時鐘信號，EOC為轉換狀態(tài)標志,、REF為基準電壓5v。INT0到INT10為模擬信號輸入采集口。控制方式時序圖如圖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、按鍵的識別子程序、找到閉

84、合鍵后，讀入相應的鍵值，再轉到相應的鍵處理程序幾個部分組成。矩陣式鍵盤有16個按鍵，如此多的按鍵使操作方便、簡單。同時也減少了軟件設計上的許多問題。圖13為矩陣式鍵盤接口原理圖，系統(tǒng)將按鍵連接單片機P1口，通過鍵盤操作，單片機從P1口得到感應，處理相應事件。</p><p>　　圖13 矩陣式按鍵接口圖</p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設計</b><

85、/p><p>　　4.1 簡介KeilUvision4</p><p>　　Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（UVISION）將這些組合在一起。</p><p>　　Keil有以下幾個特點：</p><p>　　全功能的源代碼編輯器；</p>&

86、lt;p>　　1) 器件庫用來配置開發(fā)工具設置；</p><p>　　2) 項目管理器創(chuàng)建和維護項目；</p><p>　　3) 集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應用；</p><p>　　4) 真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調試器；</p><p>　　所有開發(fā)工具的設置都是對話框形式的；</p>

87、<p>　　高級GDI(AGDI)接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和Monitor-51進行通信</p><p><b>　　4.2 程序設計</b></p><p>　　本軟件系統(tǒng)有主程序，三個主要子程序，三個子程序分別為液晶顯示驅動程序子程序，鍵盤掃描子程序，TLC2543數據采集以及采集數據處理程序。</p><p>　　

88、4.2.1 主程序</p><p>　　主程序對系統(tǒng)進行初始化，主要是調用顯示程序顯示開機畫面，顯示所有通道，然后調用鍵盤掃描程序Keys_Scan()，使用鍵盤操作，查看所需通道的模擬信號值，鍵盤操作后，傳送該通道參數調用TLC2543驅動程序，并將得到數據進行處理，送到顯示緩沖數組，調用顯示函數。其流程圖見圖14:</p><p>　　圖14 主程序流程圖</p>&l

89、t;p>　　4.2.2 液晶驅動程序</p><p>　　該驅動程序主要通過控制命令來驅動顯示屏，整個驅動程序包括液晶初始化模式函數，判忙函數，寫命令函數，寫顯示數據函數，以及液晶漢字基本顯示函數。初始化函數為初始化液晶，判忙為判斷液晶是否為忙的狀態(tài)，寫命令主要是液晶進行命令控制，顯示數據函數為所需顯示數據的函數。流程圖如15.</p><p>　　圖15 液晶驅動流程圖<

90、/p><p><b>　　具體函數如下：</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;//下降沿時指令數據寫入液晶</p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　

95、　/*****************寫數據********************/</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; //下降沿時顯示數據寫入液晶</p><p><b>　　en=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**

97、**************液晶工作模式設置************/</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，光標關，反白關</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 以國標漢字代碼存放 ，該代碼與液晶顯示代碼相同 ，一個漢字兩個字節(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 數據采集程序</p><p>　　數據采集系統(tǒng)的軟件設計，采集系統(tǒng)部分包括輸入通道數組ad_chunnel_select[]和數據采集函數ad_tlc2543_work(uchar chunnel_selec

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

104、　char shuchu[8];</p><p>　　#define REF 5 //基準電壓</p><p>　　sbit AD_EOC =P1^0 ; //轉換結束端</p><p>　　sbit AD_IO_CLOCK =P1^1 ; //時鐘信號</p><p>　　sbit AD_D

105、ATA_IN =P1^2 ; // 輸入端</p><p>　　sbit AD_DATA_OUT =P1^3 ; //轉換數據輸出端</p><p>　　sbit AD_CS_2543 =P1^4 ; //片選</p><p>　　/******* TLC2543 AD數據轉換程序 ****************************/ &

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 對應控制命令值</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轉換值，開始下一次轉****

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&