【正文】 摘 要 本文論述了基于測(cè)控技術(shù)的高精度電流、電壓測(cè)量與定標(biāo)儀的硬件和監(jiān)控軟件方案設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，采用 51 系列單片機(jī) 89C52 和四位半 AD7135 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，能夠?qū)﹄娏麟妷哼M(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。 LED 顯示模塊、鍵盤(pán)控制、大容量存儲(chǔ)器件、 RS232串行接口，使得智能化程度更高，結(jié)構(gòu)更緊湊、功能更豐富。 關(guān)鍵詞： 89C52 AD7135 RS232 數(shù)據(jù)采集 Abstract This essay describes that the hardware and the monitor software project of “High Precision Electric Current and Voltage Measure Instrument” which is based on measure and control technology. This system designed with MCS51 series single microputer 89C52 and AD7153, can collect and process the data of Electric Current an Voltage. This system can supply user with LCD display module、 keyboard control、 print interface、 MSF and RS232 serial interface. This unit have good intelligent、 tightly packed structure、 plentiful function、 good technical hereditability and so on. KEY WORD:89C52 AD7135 Data Aquisition 目 錄 緒論 ..........................................................(3) 第一章 功能與設(shè)計(jì)方案 ........................................(4) 設(shè)計(jì)方案 ....................................(4) 軟件設(shè)計(jì)方案 ................................(5) 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) ..........................................(6) 第一節(jié) 89C52 端口介紹 .................................... (6) 芯片點(diǎn)的特 ..................................(6) DIP 封裝及引腳功能 ..........................(6) 芯片功能 ....................................(8) 第二節(jié) LED 顯示及接口設(shè)計(jì) ..................................(12) LED 顯示器結(jié)構(gòu)與原理 ........................(12) 靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示 ...........................(13) LED 顯示的接口設(shè)計(jì) ...........................(13) 第三節(jié) AD 轉(zhuǎn)換器件 7135....................................(14) 功能及參數(shù)選擇 ..............................(15) 7135 與單片機(jī)的接口 ..........................(16) 體會(huì)與總結(jié) ..................................(17) 第四節(jié) 系統(tǒng)部分單元電路設(shè)計(jì) ...............................(17) 8255 鍵盤(pán)設(shè)計(jì) ...............................(18) 儲(chǔ)單元電路設(shè)計(jì) ..............................(18) RS232 串行接口電路 .........................(19) 第三章 軟件設(shè)計(jì) ..............................................(20) 軟件設(shè)計(jì)方案 ................................(20) 軟件調(diào)試 ....................................(20) 結(jié)束語(yǔ) .........................................................(25) 附錄一：英文資料 ...............................................(26) 附錄二：電路原理圖 .............................................(31) 緒論 數(shù)據(jù)采集技術(shù) (Data Acquisition)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理以及控制等作業(yè)。在智能儀器、信號(hào)處理以及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域都存在著數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制問(wèn)題。將外部世界模擬量 (Analog Signal)轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號(hào) (Digital signal)，再收集到計(jì)算機(jī)并進(jìn)一步予以顯示、處理、傳輸與記錄這一過(guò)程，即稱為‘?dāng)?shù)據(jù)采集’。相應(yīng)的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (Data Acquisition system 簡(jiǎn)稱 DAS)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已在雷達(dá)、邊信、水聲、遙感、地質(zhì)勘探、振動(dòng)工程、元損檢測(cè)、語(yǔ)聲處理、智能儀器、工業(yè)自動(dòng)控制以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)指出的是：科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，已在速度、分辨率、精度、接口能力、軟件設(shè)計(jì)以及抗干擾能力等方面向現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求?？梢灶A(yù)言：隨著大規(guī)模集成 電路技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏鼮閺V闊。 數(shù)據(jù)采集的主要問(wèn)題是采集速度和精度。采集速度主要與采樣頻率、 A/D轉(zhuǎn)換速度等因素有關(guān)，采集精度主要與 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。為此本方案采用51 系列單片機(jī) 89C52 和四位半 AD7135，能夠?qū)﹄娏麟妷盒盘?hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。同時(shí)此方案還為使用者提供了 LED 顯示模塊、鍵盤(pán)控制、 大容量存儲(chǔ)器件、RS232 串行接口，使得智能化程度更高，結(jié)構(gòu)更緊湊、功能更豐富。 本系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)如下： （ 1） CPU： 89C52 （ 2） 時(shí)鐘頻率： 12MHz （ 3） 存儲(chǔ)器： 32K 用戶 RAN 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 32K 用戶 EPROM 程序存儲(chǔ)器 （ 4） 輸入信號(hào)接口電路： ① 四位半 A/D 轉(zhuǎn)換接口電路； ② 面板按鍵 +鍵盤(pán)鍵的接口電路。 （ 5） 輸出信號(hào)接口電路： ① LED 數(shù)碼管顯示電路； ② 蜂鳴器報(bào)警裝置。 ③ RS232 串行接口 ④ 其它元電路； （ 6） 端口擴(kuò)展地址譯碼電路單元電路： ① 系統(tǒng)復(fù)位單元。 第一章 功能與設(shè)計(jì)方案 電流、電壓測(cè)量是工業(yè)測(cè)量中很重要的部分，根據(jù)采用的測(cè)量元件和測(cè)量方法的不同，其精度也不同，因而對(duì)數(shù)據(jù)采集（ A/D 轉(zhuǎn)換）的精度也不同，對(duì)測(cè)量結(jié)果的定標(biāo)要到專業(yè)的計(jì)量部門才能進(jìn)行，這樣就 給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量帶來(lái)了很大的不便，我們?cè)陔娏鳌㈦妷簻y(cè)量的研究和設(shè)計(jì)過(guò)程中查閱了大量的資料和成果，結(jié)合測(cè)控專業(yè)的特點(diǎn)，提出了能實(shí)現(xiàn)電流、電壓和電路故障報(bào)警的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 硬件設(shè)計(jì)方案 本單元采用 89C52 單片機(jī)和四位半 AD7135 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)輸出的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并為使用者提供了 LED 顯示模塊、鍵盤(pán)控制、大容量存儲(chǔ)器件及蜂鳴器報(bào)警裝置、 RS232 串行 接口電路，具有智能化程度高、結(jié)構(gòu)更緊湊、功能豐富、技術(shù)繼承性好等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的粗略框圖如圖 所示，模擬量通過(guò)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路變?yōu)?0～ 5V， 再由 A/D 轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后，送給單片機(jī)。 EPROM 用于存放程序和表格， RAM 用于暫存數(shù)據(jù)， 8255 連接鍵盤(pán)。 結(jié)構(gòu)框圖如下： 圖 實(shí)用電流電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 我們采用 89C52 單片機(jī)作為中央處理器，以 27256 作為外部程序存儲(chǔ)器，從外部 ROM 取址時(shí)， P0 口用作地址 、 數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用總線，存儲(chǔ)器的低 8 位地址（ A0～ A7）經(jīng)其端口輸出， ALE 的下降沿將其打入 74LS373 鎖存器鎖存，與高7 位地址（經(jīng)由 ～ 輸出）形成對(duì) 32K 外部存儲(chǔ)空間的 尋址。 軟件設(shè)計(jì)方案 對(duì)于軟件，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)有關(guān)的監(jiān)控程序和演示程序。 監(jiān)控程序模塊組成： （ 1） 系統(tǒng)初始化程序模塊 （ 2） 鍵盤(pán)控制程序 （ 3） A/D 轉(zhuǎn)換控制模塊 （ 4） LED 顯示控制模塊 （ 5） 內(nèi)存檢測(cè)程序 演示程序流程： 否 是 圖 煤氣檢 圖 1－ 2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件流程圖 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 是否按鍵？ AD 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)處理 顯示 中斷掃描 大小值設(shè)定 存儲(chǔ) 退出 第二章 硬件電路設(shè)計(jì) 本單元采用 89C52 單片機(jī)和四位半 AD7135 系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)輸出的模擬量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并為使用者提供了 LED 顯示模塊、鍵盤(pán)控制、大容量存儲(chǔ)器件及蜂鳴器報(bào)警裝置， RS232 串 行 接口電路，具有智能化程度高、結(jié)構(gòu)更緊湊、功能豐富、技術(shù)繼承性好等特點(diǎn)。該系統(tǒng)的粗略框圖如圖 所示，模擬量通過(guò)傳感器經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路變?yōu)?0～ 5V，再由 A/D 轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后，送給單片機(jī)。 EPROM 用于存放程序和表格， RAM 用于暫存數(shù)據(jù)， 8255 連接鍵盤(pán)。下面較詳細(xì)地?cái)⑹鱿到y(tǒng)各部分。 第一節(jié) 89C52 端口介紹 芯片的特點(diǎn)： (1)80C51 核心處理單元； (2)片內(nèi) FLASH 程序存儲(chǔ)器； (3)速度可達(dá)成協(xié)議 33MHz； (4)全靜態(tài)操作； (5)RAM 可擴(kuò)展到 64K 字節(jié)； (6)4 個(gè)中 斷優(yōu)先級(jí)； (7)6 個(gè)中斷器； (8)4 個(gè) 8 位 I/O 口； (9)全雙工增強(qiáng)型 UART；幀數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)；自動(dòng)地址識(shí)別； (10)電源控制模式；時(shí)鐘可停止或恢復(fù)；空閑模式；掉電模式； (11)可編程時(shí)鐘輸出； (12)異步端口復(fù)位； (13)雙 DPTR 寄存器； (14)低 EMI（禁止 ALE）； (15)3 個(gè) 16 位定時(shí)器； (16)掉電模式可通過(guò)外部中斷喚醒。 DIP 封裝及引腳功能 1. ~： P0 口是開(kāi)漏雙向口，可以寫(xiě)為 1 使其狀態(tài)為懸浮，用作高阻輸入。 P0 口也可以在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)作地址的低字節(jié) ，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)作數(shù)據(jù)總線，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送 1。 2. ~： P1 口是內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P1 口寫(xiě)入 1 時(shí)， P1 口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的 P1 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 P1 口的第二功能： T2（ ），定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入 /時(shí)鐘輸出； T2EX（ ），定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 重裝載 /捕捉 /方向控制。 3. ~： P2 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P2 口寫(xiě)入 1 時(shí)， P2口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí) ，被外部拉低的 P2 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)時(shí)分別作為地址高位字節(jié)和 16 位地址，此時(shí)通過(guò)內(nèi)部強(qiáng)上拉傳送 1。當(dāng)使用 8 位尋址方式訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口發(fā)送 P2 特殊功能寄存器的內(nèi)容。 4. ~： P3 口是帶內(nèi)部上拉的雙向 I/O 口，向 P3 口寫(xiě)入 1 時(shí)， P3口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)，被外部拉低的 P3 口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。 P3 口腳具有以下特殊功能： RxD():串行輸入口 TxD():串行輸出口 ():外部中斷 0