【正文】 1 引言數(shù)據(jù)采集，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。被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電訊號(hào)的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等。采集一般是采樣方式，即隔一定時(shí)間（稱采樣周期）對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)量測(cè)是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)量測(cè)方法有接觸式和非接觸式，檢測(cè)元件多種多樣。不論哪種方法和元件，均以不影響被測(cè)對(duì)象狀態(tài)和測(cè)量環(huán)境為前提，以保證數(shù)據(jù)的正確性。在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)快速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)采集已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)及分布式領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了重要的變化。國(guó)內(nèi)外各種數(shù)據(jù)采集器先后問(wèn)世，將數(shù)據(jù)采集帶入了一個(gè)全新的時(shí)代。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用需求有不同的定義，這就使得多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展顯得尤為重要。多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)就是根據(jù)不同的需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，如實(shí)現(xiàn)采集初始時(shí)刻的任意性，采集頻率的多樣性。然后轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，送入單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需數(shù)據(jù)，并將其進(jìn)行顯示或加以通信，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些量的實(shí)時(shí)控制和處理。在生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)幾乎無(wú)處不在，凡是有自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的地方都有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的出現(xiàn)，隨著工業(yè)生產(chǎn)生活的需要，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高，尤其是根據(jù)不同的需要實(shí)現(xiàn)以不同的方式采集數(shù)據(jù)。因此，對(duì)本課題的研究有及其廣闊發(fā)展前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。2 多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總述 系統(tǒng)簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀(jì)50年代，由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和通信任務(wù)，因而得到初步的認(rèn)可。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、CPU模塊、人機(jī)交互模塊、通信模塊。系統(tǒng)電路原理圖見(jiàn)附錄A，PCB圖見(jiàn)附錄B。其中數(shù)據(jù)采集模塊采用8255A芯片擴(kuò)口接AD1380轉(zhuǎn)換器主要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同形式信號(hào)的實(shí)時(shí)采集；CPU模塊負(fù)責(zé)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析、變換等操作；人機(jī)交互模塊是實(shí)現(xiàn)采集頻率控制及顯示數(shù)據(jù)等功能。針對(duì)目前數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工業(yè)控制中的實(shí)際使用情況，本系統(tǒng)相比一些其它的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在滿足基本要求的同時(shí)，成本更低、操作也簡(jiǎn)單。本系統(tǒng)解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是，在數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，保證了通過(guò)實(shí)現(xiàn)從任意時(shí)刻開(kāi)始采集數(shù)據(jù)和以不同的頻率采集數(shù)據(jù)來(lái)滿足不同的工作需要。 系統(tǒng)總體框圖本設(shè)計(jì)擬采用單片機(jī)作為程序的主控芯片，利用A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換，利用鍵盤(pán)控制采樣頻率的改變，通過(guò)外加存儲(chǔ)器擴(kuò)展存儲(chǔ)空間，通過(guò)顯示器顯示數(shù)據(jù)并進(jìn)行通信。系統(tǒng)總體框圖如圖所示：通信模塊數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊CPU模 塊人機(jī)交互模塊 系統(tǒng)總體框圖3 CPU模塊 89C51單片機(jī)的基本組成本設(shè)計(jì)采用89C51作為系統(tǒng)的主控芯片，芯片結(jié)構(gòu)框圖如下： 外部時(shí)鐘源 外部事件計(jì)數(shù)2x16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM/SFR RAM/SFRRAM/SFR程序存儲(chǔ)器4KB ROM振蕩器和時(shí)序OSC89C51 CPU64KB總線擴(kuò)展控制器可編程I/O口可編程全雙工串行口 內(nèi)中斷 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖89C51單片機(jī)包含：（1）一個(gè)8位的80C51微處理器（2）片內(nèi)256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM/SFR，用以存放可以讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果，最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等（3）片內(nèi)4KB程序存儲(chǔ)器FLASH ROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格（4）4個(gè)8位并行I/O端口P0P3，每個(gè)端口既可用作輸入也可用作輸出（5）兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器都可設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式（6）具有5個(gè)中斷源、兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)和中斷控制系統(tǒng)（7）一個(gè)全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信（8）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接，最高允許振蕩頻率為24MHz（9）89C51單片機(jī)與8051相比，具有節(jié)電工作方式，即休閑方式及掉電方式[1] 管腳及說(shuō)明 89C51單片機(jī)引腳圖VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫(xiě)1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門(mén)電流。P1口管腳寫(xiě)入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門(mén)電流，當(dāng)P2口被寫(xiě)“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： P3口特殊功能 RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。 /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。 /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出[1,2]。 主要特性　　.與MCS51 兼容 　　.4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器，壽命：1000寫(xiě)/擦循環(huán)，數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 　　.全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 　　.三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 　　.128*8位內(nèi)部RAM 　　.32可編程I/