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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。完成对模拟信号的采集。 图1 2 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2 2.2 硬件系统各个电路的设计 2.2.1多路模拟开关电路设计 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、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3 VDD为正电源，VEE为负电源，VSS为地，要求VDD+|VEE|≤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 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 3 0 1 0 0 4 0 1 0 1 5 0 1 1 0 6 0 1 1 1 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 9 1 0 1 0 10 1 0 1 1 11 1 1 0 0 12 1 1 0 1 13 1 1 1 0 14 1 1 1 1 15 沈 阳 大 学 课程设计说明书 NO.5 A/D转换器的选取 AD574是美国模拟器件公司（Analog Devices）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±12V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.6 3 AD574的引脚功能 图6 VL：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。 A0A0=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“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。 REF OUT：10V内部参考电压输出端。 RE