智能数据采集与电压监控系统——基于51单片机

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1、.目录前言1一、总体方案设计与选择21、设计要求32、设计原理33、方案选择3二硬件设计部分41、AD转换电路设计52、滤波器电路设计63、微处理器电路及外围电路设计64、按键扫描电路与报警电路设计65.显示电路设计66串口通信电路设计6三软件设计部分61、按键扫描程序62、显示程序设计63、定时器中断程序64、串口通信程序65、AD转换程序设计66、数据处理程序6四个人总结6附录1：完整程序清单6附录2：硬件连接图6附录3：软件流程图6参考文献6...前言随着微电子技术的不断发展，集成了CPU、存储器、定时器/计数器、并行和串行接口、

2、看门狗、前置放大器甚至A/D、D/A转换器等电路在一块芯片上的超大规模集成电路芯片(即单片机)出现了。以单片机为主体，将计算机技术与测量控制技术结合在一起，又组成了所谓的“智能化测量控制系统”，也就是智能仪器。为了在教学的过程中联系理论与实践，学校安排了这次课程设计。其旨在提高学生分析问题、解决的能力，了解智能仪器的发展趋势，拓宽知识面。为以后的学习、工作和科学研究打下扎实的理论和实践基础。...一总体方案设计与选择1、设计要求本次课程设计要求设计一个智能化的数据采集和电压监控系统，该系统以单片机为核心并具有如下功能：1、能对2~4v范

3、围变化的模拟信号进行连续采样（模拟信号中有尖峰脉冲干扰和50Hz工频干扰）和实时数字显示，采样频率为10Hz，保存最近的50个连续采样值；2、当采样值小于2v时第一个报警灯闪烁，大于4v时第二个报警灯闪烁；3、能对存在的系统误差进行线性插值校正；4、能和上位机进行串行通信，根据上位机的要求随时将采样数据上传；5、能产生占空比为20%幅度为5v的50Hz脉冲波供外设用。2、设计原理智能仪器由硬件和软件来那个大部分组成。硬件包括微处理器、存储器、输入通道、输出通道、人机接口电路、通信接口电路等部分。本次设计即从硬件和软件两部分来设计系统。硬

4、件基本结构如下图所示RS232USB本次设计硬件部分仅要求考虑输入通道、微处理器、人机接口电路和串口通信几部分。其中包括元器件的选择、相关电路参数的计算以及电路的连接。软件部分则要考虑AD转换、定时中断、串口通信以及数据分析与处理等部分。为满足设计要求，我的设计思路为：采用低通滤波器或采用50Hz陷波器对工频干扰信号进行滤除，然后利用AD转换器将模拟信号转换为数字信号送入微处理器进行分析预处理，同时微处理器利用软件滤波滤除尖峰脉冲干扰、进行人机接口交互、串口通信以及产生占空比位20%的50Hz的脉冲波供外部使用。滤波器我们可以采用数字滤

5、波器，也可以采用模拟滤波器；为保证1mv的分辨率我们可以选择量程为4V分辨率为12Bit的AD转换器，也可采用量程为5V分辨率为16Bit的AD转换器；微处理器我们可以从51、ARM和DSP等微处理器中选择；对于显示部分我们可以利用数码管或者液晶屏显示，也可通过led点阵显示；对于串口同行我们可以使用RS232或者USB。3、方案选择...在本次设计中我采用50Hz陷波器进行滤除50Hz工频干扰，利用5V量程的16Bit分辨率AD转换器；微处理器采用51单片机；显示部分利用数码管显示；串口通信利用RS232通信。软件部分采用中间值滤波去

6、除尖峰干扰。详情请见硬件设计部分和软件设计部分...二硬件设计部分1、AD转换电路设计在设计中我采用的是5V量程16Bit的AD转换器AD7705BR。AD7705是一种片内带数字滤波的Σ-∆A/D转换器，它包括一个Σ-∆（或电荷平衡）ADC、片内带静态RAM的校准微控制器、时钟振荡器、数字滤波器和一个双向串行通信端口。AD7705包括2个可编程增益全差分模拟输入通道，输入通道的可选增益为1、2、4、8、16、32、64和128。输入到模拟输入端的信号被持续采样，采样频率由主时钟MCLKIN的频率和选定的增益决定。模拟输入端的可编程增益

7、功能配合Σ-∆调制器，修正输入的采样频率，以获得更高的增益。AD7705还具有自校准功能和手动校准功能。AD7705的数字滤波器是一个Sinc3低通滤波器，它处理Σ-∆调制器的输出并以一定的速率更新输出寄存器，这速率由滤波器第一个陷波的频率决定。数字滤波器的第一个陷波频率（以及-3dB频率）可以通过设置寄存器的FS0和FS1编程。当主时钟的频率为2.4576MHz时，第一陷波频率的可编程范围为50Hz～500Hz，-3dB频率的范围为13.1Hz~131Hz。主时钟频率为1MHz时，第一陷波频率的可编程范围为20Hz～200Hz，-3d

8、B频率的范围为5.24Hz～52.4Hz。）下图表示了AD7705可设置的输出更新率和截止频率。（注1）图1.AD7705输出更新率（陷波频率）设置下图表示当设置输出更新率为60Hz时增益-频率图：...图