【正文】 . Keyboard and display design with eight separate keyboard and through serial munication mode to 12864 and display. The power of design by the use of the 2*6V transformer to stepdown the input AC output 5V DC voltage by the diode fullwave rectifier, threeterminal voltage stabilizer voltage stabilizing.， The use of the 555 output 15V dualsupply voltage. Keywords: data acquisition。 AT89S51 microcontroller。 CD4051。 MAX232 畢業(yè)論文 1 1 前 言 畢業(yè)論文 2 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電磁兼容技術(shù)、傳感器技術(shù)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。例如：在生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本提供信息和手段；在科學(xué)研究中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信號(hào)，是研究瞬間物理過(guò)程的有力工具，也是獲得科學(xué)奧秘的重要手段之一?？傊?，不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集與處理越及時(shí)，工作效率、性能價(jià)格比就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益就越好。 數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品等領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程 中，往往需要隨時(shí)檢測(cè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。同時(shí)，還要對(duì)某一檢測(cè)點(diǎn)任意參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查尋，將其在某一時(shí)間段內(nèi)檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換提取出來(lái)，以便進(jìn)行比較，做出決策，調(diào)整控制方案，提高產(chǎn)品的合格率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行了初步的研究，該多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能對(duì)多路模擬信號(hào)進(jìn)行采集和處理。系統(tǒng)以 89S51 為控制單元核心，利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 AD574 完成模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，結(jié)合單片機(jī) RS232 串口功能，實(shí)現(xiàn)八路信號(hào)的采集、存儲(chǔ)、顯示及與 PC機(jī)通信等功能，形成了良好的人機(jī)界面。 畢業(yè)論文 3 采 樣 保 持 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 本設(shè)計(jì)用單片機(jī)控制多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，本文著重介紹該系統(tǒng)的工作原理及硬件設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的主要組成如下： 1. 多路數(shù)據(jù)輸入單元。 2. 采樣保持電路的 A/D 轉(zhuǎn)換單元。 3. PC 和單片機(jī)的通信。 4. 獨(dú)立鍵盤和顯示部分。 5. 177。 15V 和 +5V 電源。 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的方案及總體設(shè)計(jì)，包括主體電路的設(shè)計(jì)和單片機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)（要用到單片機(jī)的控制整個(gè)系統(tǒng)），因此要完成單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，以滿足整個(gè)系統(tǒng)的要求。 整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為硬件設(shè)計(jì)。硬件設(shè) 計(jì)主要完成多路數(shù)據(jù)采集整個(gè)硬件電路及 I/O 接口的設(shè)計(jì)：包括模擬多路開(kāi)關(guān)電路、運(yùn)算放大電路、采樣保持電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、 PC 和單片機(jī)通信、鍵盤和液晶顯示、電源等組成。 系統(tǒng)總框圖如圖 1 所示。 圖 系統(tǒng)總框圖 傳感器 傳感器 傳感器 多路模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 前 置 放 大 單 片 機(jī) 鍵盤 液晶顯示 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 傳感器 串口通信 系統(tǒng)電源 畢業(yè)論文 4 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文 5 硬件設(shè)計(jì)思想 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常運(yùn)行依賴于整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)備的科學(xué)設(shè)計(jì)。根據(jù)課題設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，結(jié)合軟件的設(shè)計(jì)，選擇合適的電路元件，設(shè)計(jì)合理的接口電路以便能夠高效率、穩(wěn)定合理、方便的實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集。 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分分為多路數(shù)據(jù)輸入部分，采樣保持部分， A/D 轉(zhuǎn)換部分PC 和單片機(jī)的通信部分，鍵盤和顯示部分，系統(tǒng)電源等。 多路數(shù)據(jù)輸入部分 在不要求高速采樣的場(chǎng)合，一般采用共享的 A/D 轉(zhuǎn)換通道，分時(shí)對(duì)各路模擬量進(jìn)行模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，目的是簡(jiǎn)化電路，降低成本。用模擬多路開(kāi)關(guān)來(lái)輪流切換模擬量與 A/D 轉(zhuǎn)換器間的通道，使得在一個(gè)特定的時(shí)間內(nèi)，只允許一路模擬信號(hào)輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)分時(shí)轉(zhuǎn)換的目的。 一般模擬多路開(kāi)關(guān)有 2^N 個(gè)模擬輸入端， N 個(gè)通道選擇端，由 N 個(gè)選通信號(hào)控制選擇其中一個(gè)開(kāi)關(guān)閉合，使對(duì)應(yīng)的模擬輸入端與多路開(kāi)關(guān)的輸出端接通，讓該路模擬信號(hào)通過(guò)。有規(guī)律地周期性改變 N 個(gè)選通信號(hào)，可以按固定的序列周期性閉合各個(gè)開(kāi)關(guān)，構(gòu)成一個(gè)周期性分 組的分時(shí)復(fù)用輸出信號(hào)，由后面的 A/D 轉(zhuǎn)換器分時(shí)復(fù)用對(duì)各通道模擬信號(hào)進(jìn)行周期性的轉(zhuǎn)換。 在數(shù)據(jù)采集時(shí)，來(lái)自傳感器的模擬信號(hào)，一般都是比較弱的電平信號(hào)，因此需要放大電路把輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?。放大器的作用是將這些微弱的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，以便充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的滿量程分辨率。為了充分利用 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率（ A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字位數(shù)），就要把模擬輸入信號(hào)放大到與 A/D 轉(zhuǎn)換器滿量程電壓相應(yīng)得電平值。 采樣保持部分 模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間。在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，模擬信號(hào)要基本保持不變。否則轉(zhuǎn)換精度沒(méi)有保證，特別當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高時(shí)，會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)換誤差。要防止這種誤差的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)將輸入信號(hào)的電平保持住，而在 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后又要跟蹤輸入信號(hào)的變化。實(shí)現(xiàn)這種功能可以用采樣 /保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因而，由于采樣 /保持器的加入，大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集頻率。 畢業(yè)論文 6 A/D 轉(zhuǎn)換部分 因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以需要把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換功能的器件是 A/D 轉(zhuǎn)換器。 A/D 轉(zhuǎn)換器是采樣通道的核心。因此， A/D 轉(zhuǎn)換器是影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度的主要因素之一。 . 4 PC 和單片機(jī)的通信部分 由于 RS232 在微機(jī)通信接口中廣泛采用，技術(shù)已相當(dāng)成熟。在近端與遠(yuǎn)端通信過(guò)程中，采用串行 RS232 標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與單片機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸 [1]。在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作了初步的研究。本系統(tǒng)主要解決的是怎樣進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以及怎樣進(jìn)行多路的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)。 獨(dú)立鍵盤和顯示部分 由于采集信號(hào)路數(shù)為八路，采用獨(dú)立鍵盤的方式選擇只占用八個(gè) I/O 口，對(duì)于本課題單片機(jī)的的 I/O 口是足夠的，這 樣簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)，對(duì)程序的設(shè)計(jì)也有一定的簡(jiǎn)化。顯示采用 fyd12864，采用串口的方式顯示。 FYD128640402B 是一種具有 4 位 /8 位并行、 2線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 128 64, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和 128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡(jiǎn)單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示 8 4行 16*16 點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示。低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的 液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多。 電源部分 通過(guò)采用 2*6V 的變壓器對(duì) 220V 的輸入交流電進(jìn)行降壓，經(jīng)二極管全波整流，通過(guò)三端穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓，輸出 5V 直流電壓。利用 555 時(shí)基電路與電阻及電容組成典型的無(wú)穩(wěn)態(tài)振蕩器。接通電源后 555 輸出高低變化的電平控制場(chǎng)效應(yīng)管不停的導(dǎo)通和截止，脈沖寬度變寬，輸出電壓升高；脈沖寬度變窄，輸出電壓降低，從而形成穩(wěn)定的振蕩。再經(jīng)整流濾波，可得到輸出 ? 15V 的雙電源電壓。 畢業(yè)論文 7 硬件電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括：多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及前置放大電路的設(shè)計(jì)，采樣保持電路的設(shè)計(jì)，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)， PC 通信，電源的設(shè)計(jì)。 單片機(jī) AT89S51 1. 單片機(jī)選型 單片機(jī)種類很多，但使用較多的是 MCS51 系列。 MCS51 是 Intel 公司生產(chǎn)的一個(gè)單片機(jī)系列名稱。是繼該公司 MCS48后推出的一款高檔 8 位單片機(jī)。屬于這一系列的單片機(jī)芯片有很多種，如 8031， 8751， 80C31BH， 80C51BH 等等。各個(gè)公司生產(chǎn)的 51 單片機(jī)產(chǎn)品都是和 MCS51 內(nèi)核兼容的產(chǎn)品而已。由 于 MCS51 系列單片機(jī)具有體積小、功能全、面向控制、開(kāi)發(fā)應(yīng)用方便的特點(diǎn)，因此是工業(yè)實(shí)時(shí)控制、智能控制、測(cè)控領(lǐng)域的首選，具有較高的性價(jià)比。本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是 ATEML 公司生產(chǎn)的 89S51，其在工藝上進(jìn)行了改進(jìn)， 89S51 采用 新工藝，成本降低，而且功能提升，增加了競(jìng)爭(zhēng)力。 2. AT89S51 單片機(jī)簡(jiǎn)介 AT89S51 是美國(guó) ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗、高性能的 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4k bytes的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器，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) 89S51 指令系統(tǒng)及引腳。它集 Flash 程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用 8 位微處理器于單片芯片中， ATMEL 公司的功能強(qiáng)大，低價(jià)位 AT89S51 單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。主要特性： （ 1）與 MCS51產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容。 （ 2） 4K 字節(jié)在系統(tǒng)（ ISP） Flash 閃速存儲(chǔ)器。 （ 3） 1000 次擦寫周期。 （ 4） 的工作電壓范圍。 （ 5）全靜態(tài)工作模式： 0Hz33Hz。 （ 6） 三級(jí)程序加密鎖。 （ 7） 128*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM。 （ 8） 32 個(gè)可編程 I/O 口線。 （ 9） 2個(gè) 18 位的定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 （ 10） 6 個(gè)中斷源。 畢業(yè)論文 8 （ 11）全雙工串型 UART 通道。 （ 12）低功耗空閑和掉電模式。 （ 13）中斷可從空閑模式喚醒系統(tǒng)。 （ 14）看門狗（ WDT）及雙數(shù)據(jù)指針。 （ 15）掉電標(biāo)示和快速編程特性。 （ 16）靈活的在線系統(tǒng)編程（ ISP— 字節(jié)或頁(yè)寫模式）。 各引腳功能簡(jiǎn)要說(shuō)明如下： VCC(40 腳 )：接 +5V 電源。 VSS (20 腳 )：接地端。 XTAL1(19 腳 )：接外部晶體的一個(gè)引腳。 XTAL2(18 腳 )：接外部晶體的另一端。 時(shí)鐘引腳 (1 19 腳 )外接晶體時(shí)與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)振蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號(hào)。時(shí)鐘引腳也可外接晶體振蕩器。 XTAL2 在 AT89S51 在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體的固有頻率。若需采用外部時(shí)鐘電路時(shí)，該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。 XTAL1 在采用外部時(shí)鐘時(shí)，必須接地。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式兩種，大多數(shù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式 [7]。 它控制著計(jì)算機(jī)的節(jié)奏。 ALE/PROG(30 腳 )：地址鎖存允許信號(hào)端。當(dāng)單片機(jī)訪問(wèn)外部存貯器時(shí)， ALE(地址鎖存允許 )輸出脈沖下降沿用于鎖存 16 位地址的低 8 位。即使不訪問(wèn)外部存貯器， ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，其頻率為振蕩器頻率的 1/6。 EA/VPP(31 腳 )：當(dāng) EA 端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問(wèn)的是內(nèi)部程序存貯器 (對(duì) AT89S58751 來(lái)說(shuō) )，但當(dāng) PC(程序計(jì)數(shù)器 )值超過(guò)某值（如 8751 內(nèi)部含有 4KB EPROM，值為 0FFFH）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存貯器內(nèi)的程序。當(dāng) EA 端保持低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序存貯器而只訪問(wèn)外部程序存貯器。 VPP是對(duì) 8751 片內(nèi) EPROM 固化編程時(shí)，作為施加高編程電壓（一般 12~21V）的輸入端。 PSEN(29 腳 )：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。此輸出為訪問(wèn)外部程序存貯器的讀選通信號(hào)。此引腳可外接 EPROM。此引腳也同樣可驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。要檢查一個(gè) AT89S51/8031小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM/ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無(wú)脈沖輸出。 畢業(yè)論文 9 RST/VPP(9 腳 )：復(fù)位端，高電平有效。當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此引腳加上兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位 (RST)； 9腳的第二功能是 VPP，即備用電源的輸入端 。 P0 口 (～ ， 39～ 32 腳 )： P0 口是一個(gè)漏極開(kāi)路的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 端口，作為漏極開(kāi)路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS型 TTL 負(fù)載。當(dāng) P0口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器（地址 80H）寫入全 1，此時(shí) P0 口的全部