高精度ad采集系統畢業設計說明書-資料下載頁

　　

【正文】 對應控制命令值 static const uchar ad_chunnel_select[]= { 0x0c,//ad_chunnel 00 select 0x1c,//ad_chunnel 01 select 0x2c,//ad_chunnel 02 select 0x3c,//ad_chunnel 03 select 0x4c,//ad_chunnel 04 select 0x5c,//ad_chunnel 05 select 0x6c,//ad_chunnel 06 select 0x7c,//ad_chunnel 07 select 0x8c,//ad_chunnel 08 select 0x9c,//ad_chunnel 09 select 0xac,//ad_chunnel 10 select } 。 void DelayX1ms(uint count) { uint j。 while(count!=0) { for(j=0。j80。j++)。 } } 27 /*********TLC2543 讀出上次 AD 轉 換 值 ， 開 始 下 一 次 轉**************************/ nt ad_tlc2543_work(uchar CON_WORD) //CON_WORD 為選擇的通道，為 010 { uint ad=0。 uchar i。 CON_WORD=4。 AD_IO_CLOCK=0。 AD_CS_2543=0。 AD_EOC=1。 for(i=0。i12。i++) { if(AD_DATA_OUT==1) //讀取 DATAOUT ad=ad|0x01。 //依次輸出 ， 高位在先 if(CON_WORDamp。0x80) //讀取控制字到 INPUT AD_DATA_IN=1。 //由高位到低位輸入 else AD_DATA_IN=0。 AD_IO_CLOCK=1。 //高電平 讀入與輸出數據 DelayX1ms(1)。 AD_IO_CLOCK=0。 //低電平 準備數據 DelayX1ms(1)。 CON_WORD=1。 //寫入的控制字 ad=1。 //讀出的數據 } AD_CS_2543=1。 ad=1。 //ad 在循環中多移一位 return(ad)。 //結束循環移回 } /*********TLC2543 讀出 AD 數值 ， 進 行 數 據 處 理 ******* *******************/ void ad_data_deal(uint ad_value) { 28 float value。// int0 為表示得到數據的整數部分， a 為整數的位數 ， b為小數的位數 ulong int1。 //value 為轉化處理得到的數據， value0 為得到數據的小數部分 value=(float)ad_value/(float)*REF。 //ref 為基準電壓， int1=value*10000000。 //顯 示 6wei 小數 shuchu[0]=int1/10000000%10。 shuchu[1]=int1/1000000%10。 shuchu[2]=int1/100000%10。 shuchu[3]=int1/10000%10。 shuchu[4]=int1/1000%10。 shuchu[5]=int1/100%10。 shuchu[6]=int1/10%10。 shuchu[7]=int1/1%10。 } 29 5 仿真與調試 Proteus 介紹 Proteus 作為 世界上著名的仿真軟件，從開始的原理圖布圖設計調試、接著進行代碼調編寫調試，軟件還可以單片機與外單片機圍電路一起仿真，這些做完后可以切換到 PCB 設計仿真，真正實現了產品的完整設計。就目前而言 proteus是唯一一款將電路仿真。 PCB 設計、模型仿真三和一的設計平臺。 其處理器模型支持 805 AVR、 ARM、 8086 和 MSP430 等， 2021 年又增加了 Cortex 和 DSP 系列處理器，并持續增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB 等多種強功能編譯器。 Proteus 也是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具。可以仿真各種常用的MCU 及其外圍電路 （ 如 LCD， RAM， ROM， 鍵盤馬達 ， LED， AD/DA， 部分 SPI 器件 ， 部分 IIC 器件 ） 。 Proteus 可提供的仿真元器件資源非常豐富。具有 30 多個元件庫，這些庫中包括了常用的數字、模擬、交流、直流等類型的元器件。 Proteus同樣可提供各種仿真儀表資源：信號發生器、 SPI、 I2C、模式發生器、電壓表、交直流電流表、示波器、邏輯分析儀、終端。從理論上講仿真中任何一種儀器可以在一個電路中隨便的調用。除了可提供現實存在 的儀器外，圖形顯示功能也在在其中，軟件可以將仿真系統電路上變化的信號，并且以圖形的方式實時準確地顯示出來，其作用類似示波器，但功能更強大。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數指標，理想的環境，這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響，減小誤差。 通過 PROTEUS 繪制好原理圖后，調入我們通過編譯器編譯好的目標代碼文件：一般為 *.HEX，調入后單擊開始按鈕， MCU 將根據編寫的代碼進行相關操作。 看到非常理想化的模擬的實物運行狀態和過程。同樣 proteus 也是學習的重要工具，在課堂上它將單片機形象化，完全可以看 到像實物一樣實物演示實驗效果。這在相當程度上替代了傳統的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。課程設計、畢業設計是學生走向就業的重要實踐環節。 采集系統仿真 與分析 由于由于數據采集模塊是單獨模塊，故這里采用 proteus 進行仿真，在仿真原理圖中采用 8 位數碼管顯示，可根據要求顯示幾位數字，為了方便這里采用的是 5V 的標準電壓，此仿真原理圖中數碼管占用 P0 和 P2 口，則 TLC2543 的連 30 接口線為 P1 口。其仿真原理圖如圖 19。 圖 19 仿真原理圖 TLC2543的數據采集，與數據處理函數與實際的實物采用液晶系統的顯示是相同，在采集完數據后將數據轉換到數據顯示數組中，在實物中調用的是液晶顯示函數，而在仿真則調用數碼管顯示函數。兩個系統是相通的。只是顯示的方式不同，仿真結果完全符合要求。 根 據仿真采集得到數據當用仿真采集的得到數據實際值設定為 5v，仿真得到顯示值如圖 19，由于 TLC2543 的精度為 12 位，則最小精度值變換值為1/4096=，改變設定值 3 個采樣信號值，進行仿真，仿真結果如表3所示。 表 3 測量數據表 項目 實際值（ V） 測量值（ V） 誤差（ %） 1 5 2 3 對數據進行誤差分析所測試出來的結果與實際的設定值相差不是很大，誤差都是在 1%以內，在接受的范圍之內。出現誤差的原因可能是仿真軟件，也可能芯片原因，或者外部干涉，或電路線路，同時數據處理后顯示的精度只是為小數的后 7位，所以在數據處理中也造成了顯示結果出現誤差 。 液晶顯示系統調試 將寫好的代碼編譯好，然后下載到進 單片機系統，復位系統，開始系統初始化，顯示開機畫面后，直接進入通道選擇畫面，畫面如圖 20,使用按鍵顯示選擇 31 那個畫面，使用 16 號鍵確定選擇 TLC2543 那一通道的模擬信號值。然后按確定鍵，進入信號值顯示畫面。在在顯示過程中包括， TLC2543 模擬信號采集，數據處理以及數據顯示等過程。其顯示結果畫面如圖 21。若要返回去顯示別的通信號值，按返回鍵，液晶重新進入圖 20 界面。 圖 20 液晶通道選擇界面 使用鍵盤選擇通道，然后按確定鍵，進入信號值顯示畫面。在在顯示過程中包括， TLC2543 模擬信號采集，數據處理以及數據顯示等過程。其顯示結果畫面如圖 20，圖中顯示結果為 0是因為此系統中沒有 TLC2543數據采集系統模塊，故返回的結果為 0，但是在上面的仿真中已經說明 TLC2543數據采集模塊的采集功能。若要返回去顯示別的通信號值，按返回鍵，液晶重新進入圖 19界面。然后進行別的通道操作。 圖 21 信號值顯示畫面 矩陣式鍵盤操作簡單明了，很方便。下圖 22為矩陣式鍵盤 上面有 19的數字，以及最下面排的“確定”，“上一頁”，“上一頁”，“退出”鍵。 32 圖 22 矩陣式鍵 盤 將仿真與調試結合起來，兩次結果都是非常成功，仿真主要目的是測試仿真數據采集模塊的其功能。而液晶顯示系統的調試為界面顯示，最后兩者結合，可以簡單方便的將操作各個環節，容易滿足需求，從而可得到多通道，且精度為 12位 的模擬信號值。 設計總結 本設計從開題到結束，經過一段比較長的時間 ,從方案確定，查閱 A/D 重要的知識，了解各種 A/D 芯片。到對單片機各種知識的加深。都投入大量精力。 硬件電路是設計的關鍵，從開始的單片機最小系統設計，后面的液晶模塊電路的接口連接，這部分電路要非常熟悉液晶模塊 的哥引腳定義及其用法。在 A/D數據采集部分， TLC2543是關鍵芯片，首先了解其功能，熟悉其各個引腳。設計出于單片機連接電路。電路設計的每一步都需要認真對待。容不得半點差錯。 軟件設計，主要是程序代碼的調試，其中關鍵是液晶的顯示驅動函數，以及AD數據采集函數。界面顯示函數和鍵掃函數同樣是設計不可分開的一部分。 將硬件和軟件結合進行仿真和調試，調試過程中出現了顯示結果不正確，顯示界面錯誤等一系列錯誤。但是同不斷改善最終仿真正確，調試成功。 在這次設計中，體會到基礎是非常關鍵，如果你沒有這些基礎，你的一切都是天 馬行空。同時在遇到任何困難都要靜心，仔細分析問題所在。通過設計我學到了很多也懂得了很多。 33 結束語 無論是硬件設計，還是軟件設計，或者最后的仿真與調試。從設計系統的硬件來說單片機是最關鍵的一部分，單片機外圍基本電路也是比較復雜。然后液晶顯示與單片連接部分。同樣需要仔細琢磨。最后是數據采集部分與單片機連接電路。這些都是非常關鍵，不能出現任何差錯。 在編程的過程中，不管是液晶顯示程序，還是查找液晶字庫。以及液晶的驅動程序，還有最重要的一部分就是數據采集系統部分數據采集。本設計采用的是TLC2543，采集的 數據是串口輸出，接著就是將采樣到的數據進行處理，送顯示。沒一次都是需要不斷的嘗試。不斷的修改才得到。 最后進行整體的調試，以及數據采集部分仿真。最終到達了設計要求，對采集的數據進行誤差分析。對于本次設計，顯示界面簡單，明了清晰，操作方便。系統可以同時對 11路模擬信號進行監控，通過操作去選擇 11路模擬信號的測量值。而且系統采樣精度為 12位，精度是非常高。同樣顯示精度為小數后 7位。信號只要發生很小變化，都能有感應。此設計可以應用與各項工業監控、社區安防、實驗監控等領域。 34 致 謝 本設計是一個綜合型設計，它涉及硬件設計、單片機 C51高級 C 語言編程和電子專業的知識。經過多次試驗、多次修改，克服了很多困難，最后終于調試成功，實現了數據采集的基本功能，能夠實時的多路將多路數據送入單片機的外部顯示和存儲采樣數據。而且選用了體積小、功能全的 12位 TLC2543作為 A/D 轉換器同時采用 C51對系統編程，使系統具有易實現、易編程、可移植、體積小、功耗低等優點 ,本設計電路結構簡單，顯示和操作界面清晰明了，且采集的數據精度高，能采集通道數多。所以具有良好的推廣與廣泛的應用價值。本系統可應用于實驗 室監控或工業現場控制等多種場合的多路數據實時采集。 本次設計是在我的導師的全程帶領和指導下完成的。感謝老師對我的關懷和細心指導。老師不僅為我提供一個良好的工作環境和齊全的工具設備，使我能夠更好的完成設計，還幫我解決掉了很多設計中遇到的困難。同時在文檔整理中還提供了寶貴的意見。 在 與老師的討論 中， 使我獲得了很多豐富的寶貴的經驗。 指導 老師那兢兢業業的治學態度、敏銳創新的科學思維和身體力行的工作作風是我收獲的最大財富。同時也感