模数数据采集系统毕业设计

安阳师范学院 安阳师范学院本科学生毕业论文安阳师范学院本科学生毕业论文 A/DA/D 数据采集系统设计数据采集系统设计 作作者者 系（院）系（院）物理与电气工程学院物理与电气工程学院 专专业业电气工程及其自动化电气工程及其自动化 年年级级 学学号号 指导教师指导教师 日日期期 2011.6. 2011.6. 安阳师范学院 学生诚信承诺书学生诚信承诺书 本人郑重承诺：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写的研究成果，也不包含为获得安阳师范学院或其他教育机构的学位或证书所使用过的 材料。所有合作者对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期： 论文使用授权说明论文使用授权说明 本人完全了解安阳师范学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文。 签名：导师签名：日期： 安阳师范学院 A/DA/D 数据采集系统设计数据采集系统设计 XXXXXX （安阳师范学院（安阳师范学院物理与电气学院物理与电气学院河南河南安阳安阳 455000 455000）） 摘要：：由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度，压力，位移，图像等)，要使 计算机或数字仪表能识别处理这些信号， 必须首先将这些模拟信号转换成数字信号， 而经 计算机分析处理后输出的数字量也往往需要将其转换成相应模拟信号才能为执行机构所 接受。本文研究了一种能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换 器，硬件实验证明设计的 A/D 转换器可实现预期的转换精度和转换速度标准。 关键词：：模数转换器；转换精度；转换速度 1 1 引言引言 随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制，通信及检测等领域， 为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。这样，就需要一种 能在模拟信号与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成 数字信号的电路称为模数转换器； 将数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器。 为 确保系统处理结果的精确度，A/D 转换器和 D/A 转换器还要求具有较高的转换速度。转 换精度和转换速度是衡量 A/D 转换器和 D/A 转换器的重要指标。随着集成技术的发展， 现已研制和生产出许多单片的和混合集成性的 A/D 转换器和 D/A 转换器，它们具有愈来 愈先进的技术指标。 本文在深入理解《单片机原理及应用》课程的基础上，利用STC12C5A60S2 系列单片 机设计可实现 A/D 转换和 D/A 转换的控制器，在设计的过程中进行模块化处理，并进行 程序的设计，通过最后的硬件试验，证明设计的 A/D 转换器和 D/A 转换器可以在满足转 化速度和转换精度的前提下，完成预期的设计目的。 2 A/D2 A/D 转换器介绍转换器介绍 2.1 A/D2.1 A/D 转换器的结构转换器的结构 STC12C5A60AD/S2 系列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口（P1.0-P1.7） ，有 8 路 10 位高速 A/D 转换器，速度可达到 250KHz（25 万次/秒） 。8 路电压输入型 A/D，可做 温度检测,电池电压检测，按键扫描，频谱检测等。上电复位后 P1 口为弱上拉型 I/O 口， 用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D 转换， 不需作为 A/D 使用的口可继 续作为 I/O 口使用。 STC12C5A60S2 系列单片机 ADC（A/D 转换器）的结构图如下图所示。 第第 1 1 页页 安阳师范学院 图图 1 ADC_CONTR Register1 ADC_CONTR Register 当 AUXR.1/ADRJ=0 时，A/D 转换结果寄存器格式如下： ADC_RES[7:0] ADC_B9ADC_B8ADC_B7ADC_B6ADC_B5ADC_B4ADC_B3ADC_B2 ADC_RESL[1:0] - - - - - -ADC_B1ADC_B0 当 AUXR.1/ADRJ=1 时，A/D 转换结果寄存器格式如下： ADC_RES[1:0] - - - - - -ADC_B9ADC_B8 ADC_RESL[7:0] ADC_B7ADC_B6ADC_B5ADC_B4ADC_B3ADC_B2ADC_B1ADC_B0 STC12C5A60S2 系列单片机 ADC 由多路选择开关，比较器，逐次比较寄存器， 0 位 DAC， 转换寄存器以及 ADC_CONTR 构成。 STC12C5A60S2 系列单片机的 ADC 是逐次比较型 ADC。逐次比较型 ADC 由一个比较器和 D/A 转换器构成，通过逐次比较逻辑，从高位（MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内 置 D/A 转换器输出进行比较， 经过多次比较， 使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对 应值。逐次比较型 A/D 转换器具有速度高，功耗低等优点。 从上图可以看出，通过模拟多路开关，将通过 ADC0-7 的模拟量输入送给比较器。用数 /模转换器转换的模拟量与本次输入的模拟量通过比较器进行比较，将比较结果保存到逐 次比较器，并通过逐次比较寄存器输出转换结果。A/D 转换结束后，最终的转换结果保存 到 ADC 转换结果寄存器 ADC_RES 和 ADC_RESL，同时，置位 ADC 控制寄存器 ADC_CONTR 中 的 A/D 转换结束标志位 ADC_FLAG，以供程序查询或发出终端申请。模拟通道的选择控制 由 ADC 控制寄存器 ADC_CONTR 中的 CHS2-CHS0 确定。 ADC 的转换速度由 ADC 控制寄存器中 的 SPEED 和 SPEED0 确定。在使用 ADC 之前，应先给 ADC 上电，也就是置位 ADC 控制寄存 第第 2 2 页页 安阳师范学院 器中的 ADC_POWER 位。 当 ADRJ=0 时，如果取 10 位结果，则按下面公式计算： 10-bitA/D Conversion Result： （ADC_RES[7:0],ADC_RESL[1:0]）=1024 x（Vin/Vcc） 当 ADRJ=0 时，如果取 8 位结果，按下面公式计算： 8-bitA/D Conversion Result： （ADC_RES[7:0]）=256 x（Vin/Vcc） 当 ADRJ=1 时，如果取 10 位结果，则按下面公式计算： 10-bitA/D Conversion Result： （ADC_RES[1:0],ADC_RESL[7:0]）=1024 式中，Vin 为模拟输入通道输入电压，Vcc 为单片机实际工作电压，用单片机工作电压 作为模拟参考电压。 2.22.2 与与 A/DA/D 转换相关的寄存器转换相关的寄存器 (1) P1 口模拟功能控制寄存器 P1ASF STC12C5A60S2 系列单片机的 A/D 转换通道与 P1 口复位，上电复位后 P1 口为弱上拉 型 I/O 口，用户可以通