课程设计（论文）-数据采集系统的设计

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1、课程设计说明书NO.1数据采集系统的设计1系统方案设计1.1设计任务要求设计一个数据采集系统。其主要功能有：可实现1-16通道单端模拟量输入，输入电压范围为0-10V，分辨率为12位。并且实时显示通道号和相应的输入电压值。要求：完成软、硬件设计。16路模拟量输入信号的控制，可通过多路开关来实现；A/D转换器要选择分辨率为12位，输入电压值要经过标度变换、转换为BCD码后送去显示。1.2系统方案系统硬件电路如图1：AD574将0—10V模拟信号转换为00—FF数字信号并传送单片机，然后由单片机进行数据存储及数据处理，最终由LED显示器显示。完成对模拟信

2、号的采集。16路模拟信号A/D转换单片机AT89S51数码管显示图12硬件系统设计2.1硬件系统设计原理如图2所示，本系统中，以AT89S51单片机为运算和控制的核心，它具有4个8位并行的I/O端P0-P3，其中由P0口控制数码管显示，P1口控制信号输入。16路模拟量采集由两个CD4051完成，A/D转换由AD574完成。沈阳大学课程设计说明书NO.2图22.2硬件系统各个电路的设计2.2.1多路模拟开关电路设计（1）.多路模拟开关的选取目前采用CMOS工艺的多路开关应用最为广泛。尽管模拟开关种类很多，但其功能基本相同，只是在通道数、开关电阻、漏电流

3、、输入电压及方向切换等性能参数有所不同。多路模拟开关主要有4选1、8选1、双4选1、双8选1和16选1等，它们之间除通道和外部管脚排列有些不同，其电路结构、电源组成及工作原理基本相同。常用单端、双端八路模拟开关CD4051的引脚图如图3所示。沈阳大学课程设计说明书NO.3图3VDD为正电源，VEE为负电源，VSS为地，要求VDD+

4、VEE

5、≤18V。用两个CD4051扩展成16通道的多路模拟开关如图4所示，16通道的多路模拟开关真值表见表1。图4沈阳大学课程设计说明书NO.4表1十六通道的CD4051多路模拟开关真值表输入状态选中通道号A3A2A1A

6、000000000110010200113010040101501106011171000810019101010101111110012110113111014111115沈阳大学课程设计说明书NO.5（2）.A/D转换器的选取AD574是美国模拟器件公司（AnalogDevices）推出的单片高速12位逐次逼近型A/D转换器，转换时间<25μs。自带三态缓冲器，可以直接与8位或16位的微机相连，且能与CMOS及TTL电平兼容。由于AD574内置基准电压源及时钟发生器，这使它在不需要任何外部电路和时钟信号的情况下完成一切A/D转换功能。可以采用±1

7、2V和±15V两种电源电压，应用非常方便。图5所示为AD574A的内部结构框图。AD574A为28引脚双列直插式封装，其引脚配置如图6所示。图5沈阳大学课程设计说明书NO.63AD574的引脚功能图6VL：数字逻辑部分电源+5V。：数据输出格式选择信号引脚。当=1（+5V）时，双字节输出，即12条数据线同时有效输出；当=0（0V）时，为单字节输出，即只有高8位或低4位有效。：片选信号端，低电平有效。A0：字节选择控制线。在转换期间：A0=0，AD574A进行全12位转换。在读出期间：当A0=0时，高8位数据有效；A0=1时，低4位数据有效，中间4位为

8、“0”，高4位为三态。因此当采用两次读出12位数据时，应遵循左对齐原则。：读数据/转换控制信号，当=1，ADC转换结果的数据允许被读取；当=0，则允许启动A/D转换。CE：启动转换信号，高电平有效。可作为A/D转换启动或读数据的信号。Vcc、VEE：模拟部分供电的正、负电源，为±12V或±15V。REFOUT：10V内部参考电压输出端。REFIN：内部解码网络所需参考电压输入端。沈阳大学课程设计说明书NO.7BIPOFF：补偿调整。接至正负可调的分压网络，以调整ADC输出的零点。10VIN、20VIN：模拟量10V及20V量程的输入端口，信号的另一端

9、接至AG引脚。DG：数字公共端（数字地）。AG：模拟公共端（模拟地）。它是AD574A的内部参考点，AG和DG在封装时已连接在一起。DB0～DB11：数字量输出。STS：输出状态信号引脚。转换开始时，STS达到高电平，转换过程中保持高电平。转换完成时返回到低电平。AD574A的控制信号的组合控制功能如表2所示。表2AD574A的控制信号的组合控制功能表CEA0工作状态0××××禁止×1×××禁止100×0启动12位转换100×1启动8位转换101接1脚（+5V）×12位并行输出有效101接地0高8位并行输出有效101接地1低4位加上尾随4个0有效必须

10、指出端与TTL电平不兼容，故只能用通过布线接至+5V或0V上。另外A0在数据输出期间不能变化。如果要求AD5