基于aduc845的数据采集系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于aduc845的数据采集系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

第 5 页 共 40 页 ADuC845 具有串行下载和调度模式 [5]，可通过 EA 引脚提供引脚竞争模式，同时支持Quick Start 开发系统和一些较低成本的软件以及硬件工具。 ADuC845 的内部主要通过两个多通道都可以达到 24 位分辨率的 A/D 转换器、 D/A 转换器和一个 8 位的可以编程的微控制器来组成。 在正常工作时， ADuC845 的电源最大为 mA/ V(core clk= MHz)，而且该器件本身具有掉电和空闲两种工作状态。 可用 3 V 和 5 V 电压使其工作。 部分引脚的功能： ~ ：输入口 模拟量 /数字量，。 ， + 的另一功能是作为第 2 个外部差分参考输入的正端。 AVDD， AGND ， DVDD，DGND ：分别为模拟正电源电压和模拟地，以及数字正电源电压和数字地。 REFIN(+) ：外部差分参考输入 AINCOM/DAC。 RESET ：复位输入。 ~：双极端口，带内部上拉电阻，第 2 功能和 51 单片机相同，具体如下 ： , , , , , , ,。 XTAL1 XTAL2 ：接外部晶振。 EA ：外部访问使能，逻辑输入。 为高时，该输入可使设备从内部程序存储器 0000HF7FFH 处取出代码。 ADuC845 没有外部程序存储器，为决定代码执行模式， EA 在外部复位之后被采样。 PSEN ：程序存储使能，逻辑输出。 在内部程序执行时保持高电平。 当上电或复位通过电阻拉至低电平时，还可用作使能串行下载模式，由 [6,23]可知。 单元模块电路设计 基准电压 基准电压是当代模拟集成电路极其重要的组成部分，它可以给串联型稳压电路、 A/D 转化器和 D/A 转化器提供基准电压，而且大多数的传感器的稳压供电电源或者激励源也是使用它。 与此同时，基准电压源也能作为标准电池、仪器表头的刻度标准和精密电流源等。 当 ADC 使能时，在 VREF 引脚会出现基准电压，因此，在进行系统扩展时，可将该 的基准电压当作参考电源来使用。 基准电压电路如图 所示 图 基 准电压电路图 滑动变阻器模拟输入 ADC 正常工作的模拟输入范围为 0~+，而允许输入的电压范围必须是正电压陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 40 页 0~+5V（最大值为 +5V），如果输入的模拟电压值超过 +（最大值为 +5V），则 ADC 的采样结果就是其最大值（ 0FFFH），但是如果输入的模拟电压是负值，则会出现 ADC 的基准电压消失和采样结果不正确的结果，而且如果输入负电压时间过长，则有可能会损坏芯片。 所以，在一些实际应用中，如果发现启动 ADC 之后 VREF 端无电压，则需要立即对芯片进行复位，并检查模拟输入信号的采样部分，在保证输 入的模拟信号在 0~+ 的范围之内后，才可以重新启动 ADC，在实际应用当中，应该确保输入的模拟电压为正电平。 滑动变阻器模拟输入电路图如图 所示 图 滑动变阻器模拟输入电路图 按键电路 在单片机应用系统中，按键主要有两种形式：直接按键和矩阵编码键盘。 直接按键的每个键都单独接到单片机的一个 I/O 口上，直接按键则通过判断按键端口的电位即可识别按键操作，而矩阵键盘通过行列交叉按键编码进行识别。 如果 所需的按键少，可采用直接按键，每只按键接单片机的一条 I/O 线，通过对显示的查询，即可识别各按键的状态。 当无按键按下时，各线上均输入高电平，当某按键按下时，与其相连的 I/O 线将得到低电平输入。 按键电路如图 所示 陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 40 页 图 按键电路 LED 显示电路 在单片机应用系统中，通常用 LED 显示器和 LCD 显示器作为显示电路。 本课题采用的两个 LED，高电平选通，低电平点亮，通过两个 LED 的点亮与否判断 AD 采集的启停。 而且 LED 显示清晰、亮度高、适用电压低、寿命长，因此本课题选择 LED 做显示电路。 LED显示电路如图 所示 图 LED 显示电路图 陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 40 页 USB 协议转串口协议 USB 转串口即实现计算机 USB 接口到通用串口之间的转换，为没有串口的计算机提供通讯通道，而且，使用 USB 转串口设备等于将传统的串口设备变成了即插即用的 USB 设备。 USB(Universal Serial Bus)全称是通用串口总线，它是近几年来应用于 PC 领域的新 型接口技术，它是一种为了解决日益增加的 PC 外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾制定的一种通用串行接口。 数据通信协议部分是 USB 的核心内容，主要包括以差模串行信号为载体传送二进制代码来传输信号，数据包作为最基本的完整信息单元，包含一系列数据信息。 为了细化 USB 的通信机制， USB 协议的开发者采用了分层的概念，每一层传输的数据结构对其他逻辑层是透明的， USB 设备和 USB 主机通信的逻辑结构和每层的逻辑通道，在HOST 端，应用软件不能直接访问 USB 总线，而必须通过 USB 系统软件和 USB 主机控制器来访问 USB 总线， 在 USB 总线上和 USB 设备进行通讯。 USB 总线属于一种轮询式总线，主机控制器端口初始化所有的数据传输，每一总线动作最多传送三个数据包，包括令牌、数据、联络。 USB 的数据传送是在主机软件和一个 USB 设备的指定端口之间，这种主机软件和 USB设备的端口间的联系称作通道，总的来说，各通道之间的数据流动是相互独立的，一个指定的 USB 设备可有许多通道，其传输类型有控制传输、批量传输、中断传输和同步传输。 ADuC845 有三种串行输入 /输出接口：通用串行异步接口、串行外设接口 (SPI)和 I2C 串行接口。 ADuC845 的 UART 串行接口可以同时接收和发送数据，同时串口是增强型的：具有接受缓冲，在第一个字节从寄存器读出之前可以从最开始来接收第二个字节，若在第二个字节接收完成时，第一个字节还没有读出时，其中的一个字节就会丢失。 串口具有四种操作模式： 模式 0：串行数据可以通过引脚 RxD 来进出， TxD 引脚用来输出时钟，每一次发送或者接收都以 LSB 的最低位作为首位，每次输出八位，而且波特率总是 MCU 时钟频率的 1/12. 模式 1： TxD 引脚是发送端， RxD 引脚则是接收端，每次数据都是 10 位，一个起始位（内容总是 ’0’）和 8 个数据位以 及一个停止位（内容总是 ’1’），波特率可以改变，是由定时器 1 的速率来决定的。 模式 2： TxD 引脚是发送端， RxD 引脚是接收端，每次数据都是 11 位， 1 位起始位“ 0”和 8 个数据位，还有一个可编程第九位数据以及 1 个停止位“ 1”。 发送数据时，第九个数据位可以置 0 或置 1，接收时，第九位数据存放在 SCON 的 RB8 位，比特率可以编程为 MCU时钟频率的 1/32 或者 1/64，由 PCON 内的 位决定。 模式 3： TxD 引脚是发送端， RxD 引脚是接收端，每次输出数据都是 11 位， 1 个起始位“ 0”和 8 个数据位，还有一个可编程 的第九位数据以及 1 个停止位“ 1”，波特率可以改变而且是由定时器 1 的溢出率所决定的。 RS232[7]接口适用于数据传输速率在 0~20Kbps 的通信，采用负逻辑，规定 +3V~+15V 任意电压表示逻辑 0（或信号有效）， 3V~15V 任意电压表示逻辑 1（或信号无效）。 USB 协议转串口协议电路图如图 所示 陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 40 页 图 a 图 b 图 USB 转串口电路图 复位电路 单片机开始工作的时候，必须处于一种确定状态。 口线的电平和输入 /输出状态不确定，可能使外围设备错误操作从而导致严重的事故发生，因此，在单片机进行工作之前，都必须进行一次复位操作，使单片机处于一种确定的状态。 单片机进入复位过程有三种途径：上电（开机）复位、手动复位和监控门路复位。 上电复位是指给单片机系 统加电时进行复位的操作；手动复位是人为的强行使单片机进行复位的操作；而为了提高系统的可靠性，在单片机应用系统中专门设计了一些电路用于监控系统的电源和单片机的状态，一旦出现异常，这些电路将强制单片机复位。 ADuC845 的内部复位结构如图 所示 陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 40 页 图 ADuC845 的内部复位结构图 复位引脚通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声。 本课题设计的复位电路是按键电平复位，复 位电路如图 所示 图 复位电路图 硬件最小系统设计 ADuC845 是一个高性能的 24 位数据采集与处理系统，它内部集成有两个高分辨率的ADC、 10 或 8 通道输入多路复用器。 ADuC845 具有串行下载模式，可通过 EA 引脚提供引脚竞争模式，同时支持 Quick Start开发系统和低成本的软件和硬件工具。 ADuC845 内部主要由两个多通道而且都能够达到 24 位分辨率的 A/D 转换器、 D/A 转换器和一个 8 位的可编程微控制器组成。 硬件最小系统电路图 如图 所示 施密特触发器 复位电路 陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 40 页 图 核心处理器电路图 系统硬件总体设计 该数据采集器的电路设计采用三总线结构，分别是数据总线、地址总线和控制总线。 信号处理模块中的 ADuC845 芯片允许 P1 口作为采集器的模拟信号输入口， ADuC845芯片允许被采集信号直接输入，但有时为了抵制干扰信号，在设计中可以使被采集到的信号先通过低通滤波器后再输入到 ADuC845，本课题设计的数据采集系统是直接输入被采集到的信号。 信号处理模块中的 ADuC845 芯片允许 P2 口既可 以作为采集器的数字信号 I/O 口，也可以作为外部 32K RAM 的高 7 位地址线接口。 总体电路图见附录 C 本章小结 本章开始给出了整个系统的电路图，介绍了主芯片 ADuC845 的 ADC、存储器等，介绍了数据采集系统的工作原理，分别对各个功能模块的单元电路图进行分析解释，从微观上了解各个系统模块的具体设计和功能，对 ADC 进行较为详细的介绍，使人能够更好地对这个系统有个更加深入的理解 . 陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 40 页 4 系统软件设计实现 系统软件开发工具 本课题软件编程部分所使用的开发工具是美国 Keil software 公司的 Keil C51。 Keil C51是美国 Keil software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言 [8]的软件开发系统。 Keil C51 软件提供了丰富的库数据和功能强大的集成开发调试工具。 Keil C51 软件的集成编写是在Vision2 编译环境下进行， Vision2 是一个标准的 windows 应用程序，它是 C51 的一个集成软件开发平台，具有源代码编辑、项目管理、程序生产器等功能，它的人机界面友好，操作方便。 Keil 的优点： （ 1） Keil C51 生成的目标代码效率非常高，多数语句生成的汇编代码很紧凑， 容易理解，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 （ 2）与汇编相比， C 语言在功能、结构性、可读性、可编程性上有明显优势，因而易学易用。 系统软件设计分析 在基本完成系统硬件设计的基础上，根据数据采集系统的功能要求，对系统软件进行设计。 本课题的软件部分设计是在单片机通用集成开发环境 Keil C51 uVision3 上进行的。 系统软件设计主要包括主程序部分和子程序部分，主程序部分主要是用来完成系统对各个硬件的初始化工作和对每个子程序的调用，子程序部分主要是实现和单片机之间的交互以及实现该部分自身的功能。 系统软件设计流程图如图 所示 陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 40 页。