【正文】 我國的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用 TDE124C型 TDE224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。近年來，又成功研制了動(dòng)態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強(qiáng)、低功耗可靠性的 TDE324C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 該數(shù)據(jù)采集對拾震計(jì)輸出的電信號模擬放大后送至 A/D 數(shù)字化， A/D 采用同時(shí)采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng) DSP 數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字地震信號。 該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備 24位 A/D 轉(zhuǎn) 化位數(shù)，采樣率有 50HZ、100HZ、 200HZ。 [11] 由美國 PASCO 公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的嶄新系統(tǒng)，它由 3部分組成：（ 1）傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實(shí)時(shí)采集技術(shù)可實(shí)時(shí)采集物理實(shí)驗(yàn)中各物理量的數(shù)據(jù)；（ 2）計(jì)算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為 25萬次 /S；（ 3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。[11] 受需求牽引，新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用也在快速地發(fā)展。如愛爾蘭 ACRA 公司 2021 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了 2021 年。本系統(tǒng)采用 16 位（ A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達(dá) 500K/S,同步 3 時(shí)間為 +/250ns，可以利用方式組成高達(dá) 1000 通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。 該課題研究 的主要內(nèi)容 內(nèi)容 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一 , 它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等 問 題。它是 對 傳感器信號的測量與處理 , 以微型 計(jì) 算機(jī)等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。 數(shù)據(jù)采集 也 是從一個(gè)或多個(gè)信號獲取對象信息的過程。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(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)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí) 監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié) ,通常采用一些功能相對獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) ,作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分 ,數(shù)據(jù)采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)系統(tǒng) 。 盡管現(xiàn)在以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展 ,并且適于通用微機(jī) (如 IBM PC 系列 ) 使用的板卡級數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品也已大量出現(xiàn) ,組成一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單到只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡 ,把它插在微機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi) ,并輔以應(yīng)用軟件 ,就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能 ,但這并不會(huì)對基于單片 機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響 ,因?yàn)閱纹瑱C(jī)功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點(diǎn) ,使得基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 . 傳統(tǒng)的 基于單片機(jī)的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機(jī)的支持 ,不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ,它的存儲(chǔ)容量都是有限的 ,所以不得不對存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋刷新 ,這樣不利于用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析 ,因而也不能對生產(chǎn)過程的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。 本系統(tǒng)采用下位機(jī)負(fù)責(zé)模擬數(shù)據(jù)的采集 ,從單片機(jī)負(fù)責(zé)采集八路數(shù)據(jù)，并應(yīng)答主機(jī)發(fā)送的命令， 上位機(jī)即主機(jī)是負(fù)責(zé)處理接受過來的數(shù)字量的處理及顯示 ，主機(jī)和從機(jī)之間用 RS232進(jìn)行通信。 這樣用戶可以在上位機(jī)上編寫各種程序?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 AT89S52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。 70 年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速 A/D 轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。原來由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯 電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)被微處理器控制的采集系統(tǒng)所代替。由微處理器去完成程序控制，數(shù)據(jù)處理及大部分邏輯操作，使系統(tǒng)的靈活性和可靠性大大地提高，系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)的重建費(fèi)用大大地降低。 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 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 5 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，適用于對轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。 (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)是一種面向大規(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 6 （ 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 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。 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 鍵盤是一種常見的輸入設(shè)備，用戶可以向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)或命令。根據(jù)案件的識別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識別的鍵盤成為非編碼鍵盤。非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨(dú)立按鍵接口； 另 一種是矩陣式按鍵接口。 獨(dú)立按鍵接口 在單片機(jī)中，如果所需的按鍵較少，可采用獨(dú) 立式鍵盤。每只按鍵接單片機(jī)的一條 I/O 線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖 所示。 4 只按鍵分別宇單片機(jī)的 ~。無按鍵按下時(shí)， ~ 線上均輸入高電平。當(dāng)某按鍵按下時(shí)，與其相連的 I/O 線將得到低電平輸入。 圖 獨(dú)立按鍵接口圖 在單片機(jī)中需要的按鍵較多時(shí)，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于 20 只按鍵接口，如采用按鍵獨(dú)立方式，需要 20 個(gè) I/O 口。如采用 7 矩陣式按鍵方式，則只需要 9 個(gè) I/O 口。如圖 所示。單片機(jī)系統(tǒng)中的 非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個(gè)部分組成。 圖 矩陣式按鍵接口圖 在該系統(tǒng)中所用到的按鍵 有 9 個(gè)，所以采取 矩陣式 按鍵接口方式 。 8 第三 章 硬件部分 主機(jī)部分 該系統(tǒng)是一個(gè)主從式多路數(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AT89S5 MAX23 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 是一個(gè)低電平 時(shí)，則表示按鍵按下。主機(jī)還要負(fù)責(zé)對采集到的數(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)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 9 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)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?單片機(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。 [8] 單片機(jī)按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為 4 位、 8位、 16 位及 32位單片 機(jī) 。它們被應(yīng)用在不同領(lǐng)域里， 8位單片機(jī)由于功能強(qiáng)大，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個(gè)領(lǐng)域。 8位單片機(jī)在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占主流地位，代表了單片機(jī)的發(fā)展方向，在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。 隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭， 32 位單片機(jī)應(yīng)用得到了長足發(fā)展。 縱觀單 片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢： 10 微型單片化 低功耗 CMOS 與多品種共存 可靠性和應(yīng)用水平越來越高 單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，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 AT89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使 AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 [8] AT89S52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，