【正文】 發(fā)展和普及 ,數(shù)據(jù)采集監(jiān)測已成為日益重要的檢測技術(shù) ,廣泛應(yīng)用于各種需要同時(shí)監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。數(shù)據(jù)采集也是工業(yè)控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)之一 ,通常采用一 3 些功能相對(duì)獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) ,作為測控系統(tǒng)中不可缺少的部分 ,數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn) 將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)。 本設(shè)計(jì)下位機(jī)負(fù)責(zé)完成模擬數(shù)據(jù)的采集 ,從單片機(jī)負(fù)責(zé)完成采集八路數(shù)據(jù)，并回復(fù)主機(jī)發(fā)送的命令， 上位機(jī)即主機(jī)負(fù)責(zé)處理接受過來的數(shù)字量及顯示 ，主機(jī)和從機(jī)之間我采用 RS232進(jìn)行通信。 這樣用戶就可以在上位機(jī)上編寫程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效查詢和分析 ,有利于工業(yè)過程的長期正常運(yùn)行和檢查。該系統(tǒng)采用的是 AT89C52單片機(jī)，此芯片功能比較強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。 4 第二章 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集，又稱為數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù) 并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域。 在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量，而 A/D 是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，他需要考慮的指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換誤差等等。而單片機(jī)是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。在該系統(tǒng)中采用的是 8051 系列的單片機(jī)。雙機(jī)通信的串行口可以采用 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)接口，由芯片 MAX232 實(shí)現(xiàn)雙機(jī)的通信。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是 LED 數(shù)碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路，多路 切換電路，采樣保持電路， A/D,單片機(jī)等組成。 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所需要的系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)框圖 方案論證 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來說，可以分為 8 位、 10 位、 12 位和 16 位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價(jià)格也就越貴。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號(hào)很多，而其轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾微秒到幾百微秒之間。 (2)雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，精度比較高，缺點(diǎn)是數(shù)度很慢，適用于對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。 A/D轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) 單片機(jī) LED 顯示器 鍵盤 MAX232 采集信號(hào) 5 (3)并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換數(shù)度很高，但她采用了很多個(gè)比較器，而 n 位的轉(zhuǎn)換就需要 2n1 個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也很貴，只適用于視頻 A/D 轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域。 鑒于上面三種方案，在價(jià)格、轉(zhuǎn)換速度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計(jì)選用的是逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 —— ADC0809. 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)作為一種面向大規(guī)模 的集成電路芯片，是微型計(jì)算機(jī)中的一個(gè)重要的分支。此系統(tǒng)是由 CPU、隨即存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、只讀程序存儲(chǔ)器、輸入輸出電路（ I/O 口），還有可能包括定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動(dòng)電路（ LCD 和LED 驅(qū)動(dòng)電路）、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一個(gè)單塊芯片上，構(gòu)成了一個(gè)最小但完善的計(jì)算機(jī)任務(wù)。單片機(jī)要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序，在用 keiluvision2 把程序下載到單片機(jī)內(nèi)。 而本設(shè)計(jì)選用的是 AT89C52。 串行口的選擇 該串行口我選用了標(biāo)準(zhǔn) RS232C 接口，它是電平 與 TTL 電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路。常用的芯片是 MAX232， MAX232 的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1）一片芯片可以完成發(fā)送轉(zhuǎn)換和接收轉(zhuǎn)換的雙重功能。 （ 2）單一電源 +5V供電 （ 3）它的電路設(shè)計(jì)與連接比較簡單而且功能齊全。 顯示部分 LED 數(shù)碼顯示管是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了 8 個(gè) LED 顯示管，其中 7 個(gè)用于顯示字符， 1 個(gè)用來顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。對(duì) LED 數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時(shí)間向它提供具有一定驅(qū)動(dòng)能力的位選和段選信號(hào)。 LED 數(shù)碼顯示有動(dòng)態(tài)掃描顯示法和靜態(tài) 顯示。在單片機(jī)中，為了節(jié)省硬件資源，多采用動(dòng)態(tài)掃描顯示法。 按鍵 6 為實(shí)現(xiàn)顯示指定的通道電壓，需要用到單片機(jī)的外部中斷 0 和外部中斷 1來實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)，其原理圖如下圖 241 所示， Q11 接到外部中斷 0（ ）， Q12 接到外部中斷 1()。當(dāng)按下按鍵 S3 時(shí)，給 低電平，啟動(dòng)外部中斷 0；當(dāng)按下按鍵 S3時(shí)，給 低電平，啟動(dòng)外部中斷 1，編寫相應(yīng)的中斷服務(wù)程序就可以實(shí)現(xiàn)功能。 圖 按鍵原理圖 第三章 硬件部分 主機(jī)部分 該系統(tǒng)是一個(gè)主從式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主機(jī)和 從機(jī)均用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，它的主機(jī)部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和顯示，主機(jī)和從機(jī)之間用 RS232 進(jìn)行通信。它由 AT89C5MAX23 LED 數(shù)碼顯示器組成。 主機(jī)部分原理圖設(shè)計(jì) 由于主機(jī)要對(duì)從機(jī)有一個(gè)命令，所以用到按鍵，將按鍵接到單片機(jī) AT89C52的 的端口上，按鍵的一端接地，當(dāng) 這條 I/O 線為低電平時(shí)，則表示按鍵處于按下狀態(tài)。主機(jī)還要負(fù)責(zé)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和 LED 顯示，用兩個(gè)74HC573，一個(gè)與單片機(jī) AT89C52 的 口相連用于位選，一個(gè)與單片機(jī) 7 AT89C52 的 口相連用 于段選。單片機(jī)的 P0 口的 8 位數(shù)據(jù)線與用于段選的74HC573 的 D0~D7 相連，用于數(shù)碼管上具體的數(shù)字的顯示。單片機(jī) P0 口的八位數(shù)據(jù)線與用于位選的 74HC573 的 D0~D7 相連，用于在哪個(gè)數(shù)碼管上顯示。主機(jī)跟從機(jī)的連接，又涉及到一個(gè)串行口雙機(jī)通信的問題，根據(jù)單片機(jī)雙機(jī)通信距離、抗干擾性等要求，選擇 RS232C 串行接口方法，選擇串行口 MAX232 來連接主機(jī)和從機(jī)，將 MAX232 的 1 12 腳分別與單片機(jī) AT89C52 的 ， 腳相連，再將 MAX232 上的 1 14 腳分別與 db9 的 6 腳相連。單片 機(jī) AT89C52的 1 19 腳與它的晶振電路相連，第 9 腳與它的復(fù)位電路相連。其原理圖如圖 所示 圖 主機(jī)部分電路原理圖 單片機(jī) （ 1）單片機(jī)的概述 單片機(jī)作為微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，其應(yīng)用范圍很廣，發(fā)展也很快。 1971年 Intel 公司首次宣布 4004 的 4 位微處理器， 1974 年 12 月 Fairchild(仙童 )公司即推出了 8位單片機(jī) F8，開創(chuàng)了單片機(jī)的 門戶。 單片機(jī)在我國的應(yīng)用始于 20 世紀(jì) 70 年代末，那時(shí)我國的科研工作者開始對(duì)單片機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行了初期探索， 20世紀(jì) 80 年代，單片機(jī)在我 國得以廣泛的應(yīng)用，各理工 科 院校陸續(xù)開設(shè)了有關(guān)應(yīng)用課程。在教學(xué)及應(yīng)用上， Zilog 公司生產(chǎn)的 8 Z80CPU 成為我國工業(yè)控制的主流，以 Z80 為 CPU 組成的 TP801 單板機(jī)在教學(xué)上及應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮過巨大作用。 20 世紀(jì) 80 年代末至 90 年代初，我國在工業(yè)控制領(lǐng)域開始轉(zhuǎn)向使用 Intel 公司生產(chǎn)的 MCS51。 單片機(jī)從 1976 年公布 8 位機(jī)至今不到 30 年的時(shí)間，它沒有像微處理器那樣從 8 位、 16位，一直發(fā)展到 32位、 64 位， 8位機(jī)目前依然是單片機(jī)的主流機(jī)型。但是，它突破了原有的集成結(jié)構(gòu)，在內(nèi)部繼承了越來越多的外圍電路和外設(shè)接口 ，從而發(fā)展成為控制器 (MicroController)的體系結(jié)構(gòu)，其發(fā)展歷程大致分為以下幾步： 第一階段：單片機(jī)的控索階段 第二階段：單片機(jī)的完善階段 第三階段： 8位單片機(jī)的鞏固發(fā)展及 16位單片機(jī)的推出階段 第四階段：微控制器的全面發(fā)展階段 單片機(jī)有著微處理單片機(jī)是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運(yùn)算能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU） ,隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），只讀程序存儲(chǔ)器（ ROM），輸入輸出電路（ I/O 口），可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口（ SCI），顯示 驅(qū)動(dòng)電路（ LCD 或 LED 驅(qū)動(dòng)電路），脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機(jī)上，構(gòu)成一個(gè)最小然而很完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)?？偟亩詥纹瑱C(jī)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾個(gè)方面：集成度高、存儲(chǔ)容量大、外部擴(kuò)展能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗、性能價(jià)格比高、可靠性高這幾個(gè)方面。 [7] 器所不具備的功能，它可以獨(dú)立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機(jī)的最大特點(diǎn)。然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功 能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個(gè)最小的、完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。它與單板機(jī)或個(gè)人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機(jī)屬于芯片級(jí)應(yīng)用，需要用戶了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能。 [8] （ 2） 簡介 AT89C52 AT89S52是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes的可反復(fù) 9 擦寫的 Flash只讀程序存儲(chǔ)器和 256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器和 Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52單片機(jī) 可以 提供許多較復(fù)雜系統(tǒng)控制應(yīng)用場合。 AT89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6向量 2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 [9]其引腳圖，如圖 圖 AT89C52的引腳圖 它一共 有 40個(gè)引腳， 32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 (S系列的才支持在線編程 )。其將通用的微處理器和 Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash存儲(chǔ) 器可有效地降低開發(fā)成本。 綜上所述，單片機(jī)的引腳特點(diǎn)是： 10 單片機(jī)多功能，少引腳，使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。 單片機(jī)具有四種總線形式： P0和 P2組成的 16位地址地址總線； P0分時(shí)復(fù)用為 8位數(shù)據(jù)總線； ALE、 PSEN、 RST、 EA和 P3口的 INT0、 INT T0、 T WR、RD以及 P1口的 T T2EX組成控制總線；而 P3口的 RXD、 TXD組成串行通信總線。 89C52單片機(jī)的主要功能 ? 兼容 MCS51指令系統(tǒng) ? 8k可反復(fù)擦寫 (1000次） Flash ROM ? 32個(gè)雙向 I/O口 ? 256x8bit內(nèi)部 RAM ? 3個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 ? 時(shí)鐘頻率 024MHz ? 2個(gè)串行中斷 ? 可編程 UART串行通道 ? 2個(gè)外部中斷源 ? 共 6個(gè)中斷源 ? 2個(gè)讀寫中斷口線 ? 3級(jí)加密位 ? 低功耗空閑和掉電模式 ? 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 LED數(shù)碼顯示器的應(yīng)用原理 LED數(shù)碼顯示器由發(fā)光二極管組成，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 ， LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方式： （ 1）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。每個(gè)發(fā)光二極管的陽極與輸入端相連。如圖 （ 2）共陽極接法。把發(fā)光二極管 的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接 +5V，每個(gè)發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。如圖 11 圖 LED內(nèi)部結(jié)構(gòu) 圖 共陰極接法 圖 共陽極接法 為了顯示字符，要為 LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個(gè)