单片机数据采集、处理及显示程序设计.doc

单片机数据采集、处理及显示程序设计
一． 总体设计方案：
LED初始显示为0，采用查询的方式进行键盘扫描，以确定是否有输入，不停地扫描直到有输入为止：输入为1时，按键无效，继续扫描直到再次有输入，输入为0时，则开始进行数据的采集；采集一个周期，将采集后的数据进行滤波，再求出0、1/2Vmax、Vmax，送到LED显示，结束后进行键盘扫描，确定是否有按键1输入，有则停止，无则继续进行数据采集，如此循环。
二． 硬件逻辑图：
1． 下图为硬件逻辑图：

2． 单片机及各外设参数选择：
A． 单片机为8031/8051；
B． 采用外部时钟，振荡频率为12MHz，则机器周期为1us；
C． 由于本实验只需0、1两个按键就能实现控制（0实现启动，1实现关闭），所以采用简单的1×2非编码键盘；
D． 由于已知输入信号为幅值5V的正弦信号，并要求A/D转换的误差小于0.02V，因此，选用ADC0809，其能处理的信号为0—5V，不需要进行信号放大；其分辨率为8位，转换的误差为0.0196V，能满足要求；其转换时间大约为100us；
E． 为了保证转换精度，在信号源与ADC之间还需加一S/H，采用LF398，保持电容选择为1000PF；
F． 由于要显示3个数据，且小数点后保留两位有效数据，所以需要3×4=12个LED，本实验选用7段LED；且从左到右，依次显示0、1/2Vmax、Vmax；
G． 由于要求利用串行口扩展接口来显示数据，所以需连接一寄存器，本实验采用串行输入、并行输出的移位寄存器：74LS164。
三． 软件编写：
1． 流程图如下：
本实验采用查询的方式来实现键盘的控制；在采集的过程中由于可能会有随机干扰，信号本身会在某一数值范围附近上下波动，所以采用算术平均滤波的方式进行滤波；由于输入信号最大频率为0.2Hz，选择采样周期为2Hz，即采样周期为500ms。
键0
Y

N
N
键1
Y

键0
键1
Y

N
Y
N
LED初始显示为0
是否有按键？
延时10ms去抖
仍有按键？
键0？键1？
启动ADC 数据采集一个周期
算术平均值滤波
计算采集到的数值的最小值、中间值及最大值
显示在LED上
是否仍有按键？
键0？键1？
是否有按键？
延时10ms去抖

2． 采用汇编进行编程，具体的代码及其说明如下：
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0300H
START:
ACALL DSP1 ;初始化显示0.00、0.00、0.00
SCAN:
ACALL KEXAM ;判断是否有按键
JNZ SCAN ;没按键就继续SCAN
ACALL D10ms ;去抖
ACALL KEXAM
JNZ SCAN
KEY:
SETB P1.1 ;检查键值
SETB P1.3
CLR P1.2
MOV A,P1
ANL A,#02H
CJNE A,#02H,SCAN ;按键为1则返回继续查询是否有按键
;按键为0，进入到数据采集、转换及显示
ADC:
MOV R1,#40H
MOV DPTR,#07FF8H
MOV R2,#10 ;一个周期采集10个点
L9:
MOV R0,#30H
MOV R3,#4
L10:
MOV A,#0
SETB P1.4 ;S/H保持
MOVX @DPTR,A ;启动ADC
JNB P3.3 $ ;转换结束
CLR P1.4 ;S/H采样
MOVX A,@DPTR
MOV @R0,A
INC R0
ACALL D5ms
DJNZ R3,L10
ACALL Filter ;滤波
INC R1
ACALL D500ms
DJNZ R2,L9
ACALL ORDER ;计算要显示的值:最小值、最大值及中间值
ACALL DSP2 ;显示值
;查询按键
ACALL KEXAM
JNZ ADC
ACALL D10ms
ACALL KEXAM
JNZ ADC
SETB P1.1
SETB P1.3
CLR P1.2
MOV A,P1
ANL A,#02H
CJNE A,#02H,START ;按键为1则返回开始,并显示0
AJMP ADC
;下面为子程序：
;判断是否有按键
KEXAM:
SETB P1.1
CLR P1.2
CLR P1.3
MOV A,P1
ANL A,#02H ;0000 0010
RET
;初始化显示0.00、0.00、0.00
DSP1:
MOV R0,#30H
MOV R1,#40H
MOV R2,#3
L0:
MOV R1,#0
ACALL CHANGE0 ;将R1中的值转换为有物理意义的值，存入4个R0中
ACALL CHANGE1 ;将4个R0中的值转化为能显示的数模
ACALL DPLED ;显示4个R0中的值
INC R1
DJNZ R2,L0
RET
;输出显示一个LED
DPLED:
MOV R0,#30H
MOV R4,#4
L1:
MOV R3,#8
MOV A,@R0
L2:
RLC A
MOV P3.0,C
CLR P3.1
SETB P3.1
DJNZ R3,L2
INC R0
DJNZ R4,L1
RET
;将R0中要显示的转换为字模，然后覆盖R0
CHANGE1:
MOV R0,#30H
MOV R4,#4
L3:
PUSH ACC
MOV DPTR,#TABLE
MOV A,@R0
MOV A,@A+DPTR
MOV @R0,A
INC R0
DJNZ R4,L3
RET
;标度变换：将R1中的值转换为有物理意义的值，并存入4个R0中(如将125转换为2.45V)
CHANGE0:
PUSH ACC
PUSH B
;除17
MOV A,@R1
MOV B,#11H ;除以17
DIV AB
MOV @R0,A
INC R0
MOV A,B
MOV B,#0AH
MUL AB
MOV A,B
MOV B,#11H ;除以17
DIV AB
MOV @R0,A
INC R0
MOV A,B
MOV B,#0AH
MUL AB
MOV A,B
MOV B,#11H ;除以17
DIV AB
MOV @R0,A
;除3
DEC R0
DEC R0
DEC R0
MOV A,@R0
MOV B,#03H ;除以3
DIV AB
MOV @R0,A
INC R0
MOV A,B
MOV B,#0AH
MUL AB
MOV A,B
ADD A,@R0
MOV B,#03H ;除以3
DIV AB
MOV @R0,A
INC R0
MOV A,B
MOV B,#0AH
MUL AB
MOV A,B
ADD A,@R0
MOV B,#03H ;除以3
DIV AB
;将小数点10加上
INC R0
MOV @R0,A
DEC R0
DEC R0
MOV A,@R0
INC R0
MOV @R0,A
DEC R0
MOV @R0,#10H
POP B
POP ACC
RET
;延时5ms
D5ms:
MOV R2,#0AH ;10
L4:MOV R3,#F8H ;248
L5:DJNZ R3,L5 ;248*2=496
DJNZ R2,L4 ;500*10=5000us=5ms
RET
;延时10ms
D10ms:
MOV R2,#14H ;20
L4:MOV R3,#F8H ;248
L5:DJNZ R3,L5 ;248*2=496
DJNZ R2,L4 ;500*20=10000us=10ms
RET
;延时500ms
D500ms:
MOV R2,#100
L6:MOV R3,#4
L7:MOV R4,#249
L8:NOP
NOP
NOP
DJNZ R4,L8 ;125*5=1245
DJNZ R3,L7 ;1249*4=4996
DJNZ R2,L6 ;5000*100=500000us=500ms
RET
;算术平均滤波,将得到的值存入R1中
Filter：
PUSH PSW
PUSH A
PUSH B
MOV FLAG,#00H
MOV R4,#4
MOV R0,#30H
CLR A
L11:
ADD A,@R0
JNC NEXT
INC FLAG
NEXT:
INC R0
DJNZ R4,L11
MOV R5,#4
DIVIDE:
MOV B,A
MOV A,FLAG
CLR C
RRC A
MOV FLAG A
MOV A,B
RRC A
DJNZ R5,DIVIDE
MOV @R1,A
POP B
POP A
POP PSW
RET
;将采集到的R1中的10个值进行排序,采用冒泡法
ORDER:
MOV R3,#9
L12:
MOV A,R3
MOV R4,A
MOV R1,#40H
L13:
MOV A,@R1
INC R1
CLR C
SUBB A,@R1
JC DONE
MOV A,@R1
DEC R1
XCH A,@R1
INC R1
MOV @R1,A
DONE:
DJNZ R4,L13
DJNZ R3,L12
RET
;显示R1中的值
DSP2:
MOV R1,#40H
ACALL CHANGE0 ;将R1中的值转换为有物理意义的值，存入4个R0中
ACALL CHANGE1 ;将4个R0中的值转化为能显示的数模
ACALL DPLED ;显示4个R0中的值
INC R1
MOV R3,#2
L14:
MOV R4,#4
INC R1
DJNZ R4,L14
ACALL CHANGE0 ;将R1中的值转换为有物理意义的值，存入4个R0中
ACALL CHANGE1 ;将4个R0中的值转化为能显示的数模
ACALL DPLED ;显示4个R0中的值
DJNZ R3,L14
RET
;数模表
TABLE:
DB 3FH,06H,5BH;0,1,2
DB 4FH,66H,6DH;3,4,5
DB 7DH,07H,7FH;6,7,8
DB 6FH,77H,7CH;9,10,11
DB 39H,5EH,7BH;12,13,14
DB 71H,80H ;15,.