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课程设计说明书No.1

数据采集系统的设计

1.课程设计的目的

计算机控制系统课程设计是自动化专业的一个重要实践教学环节。在课程设

计过程中，学生通过一个较完整的设计过程，可以加深对本门课程所学理论知识

的理解与应用，提高学生对所学理论知识的综合运用能力，使学生对计算机控制

系统有一个整体认识，掌握计算机控制系统的设计方法。通过课程设计，还可以

培养学生独立工作能力，为将来毕业设计打好基础。

2.方案论证

2.1设计要求

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。

2.2方案选择

系统硬件电路如图：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系统电路结构框图

3.系统硬件电路设计

3.1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系统连线结构图

3.2硬件系统各个电路的设计

3.2.1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、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。

图3CD4051引脚图

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课程设计说明书No.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416通道的多路模拟开关

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

A3A2A1A0

00000

00011

00102

00113

0