【正文】 ，俗稱單片機(jī)。 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)框圖單片機(jī)是指一個集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這類微處理器既可用作控制器又適合于做數(shù)據(jù)處理，而且成本也甚是低廉。所以本設(shè)計(jì)采用方案三。所以這也是不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)的。 方案一設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)框圖，在這一方案中，是單片機(jī)和上位機(jī)一種由上位機(jī)向下位機(jī)的單向傳輸方式。有完善的抗干擾能力，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產(chǎn)生錯誤的必要條件；（4）可擴(kuò)展性；（5）操作性能好，方便用戶使用。由上位機(jī)與下位機(jī)串口數(shù)據(jù)通信來發(fā)送控制指令，來對數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行控制。提出了本課題的研究意義，說明了本文所要研究的問題及目標(biāo)；第2章為系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹制作初期對各個組成部分方案的論證和選擇，不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)都做了一定的介紹，對所選擇的方案做了比較詳細(xì)的說明；第3章是硬件設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)書的要求，主要介紹了控制電路的設(shè)計(jì)，電路原理，以及它在整個系統(tǒng)中的地位和作用；第4章是軟件設(shè)計(jì)部分，介紹了軟件設(shè)計(jì)所用的C語言、系統(tǒng)的主流程圖和子函數(shù)的流程圖。上位機(jī)程序?yàn)閂B編程。 課題任務(wù)離散數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能為：完成16路離散量采集輸入，16路輸出。串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展，可靠性不斷提高。該階段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進(jìn)的模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個新的系統(tǒng)。20世紀(jì)90 年代至今，在國際上技術(shù)先進(jìn)的國家，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。 第二類系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用較多。這類系統(tǒng)主要用于實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應(yīng)用。就使用的總線而言，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用并行總線，工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用串行數(shù)據(jù)總線。大約在60年代后期，國外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)入市場，此階段的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集經(jīng)常做成模塊而且是典型的與PC機(jī)或控制器連接。又如手電筒與電動剃須刀雖然電壓很低，功率及電流很小，仍屬強(qiáng)電。（2）傳輸方式不同強(qiáng)電以輸電線路傳輸，弱電的傳輸有有線與無線之分。強(qiáng)電是用作一種動力能源，弱電是用于信息傳遞。 課題相關(guān)技術(shù)離散數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用上位機(jī)、下位機(jī)通信方式運(yùn)行。（3）主機(jī)可遠(yuǎn)離現(xiàn)場而構(gòu)成各種局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它是由通用計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）與單片機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)總線（如RS232）相連而成。（3）系統(tǒng)的可靠性好，使用方便，不易受外界的干擾而破壞，而且上電后系統(tǒng)立即進(jìn)入用戶狀態(tài)。第二類基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（2）具有自主開發(fā)能力。那么數(shù)據(jù)采集技術(shù)就是基于這樣一個社會大背景下的一個必然的產(chǎn)物，它使我們的社會發(fā)展的生產(chǎn)上了一個新的臺階。 課題背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和普及，現(xiàn)代社會已經(jīng)進(jìn)入了信息化的社會。 munication目 錄1 緒論 1 課題背景 1 課題相關(guān)技術(shù) 2 課題任務(wù) 5 52 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 6 6 方案選擇 63 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 9 STC89C52RC介紹 10 單片機(jī)最小系統(tǒng) 12 輸入輸出模塊 15 光電隔離模塊 15 輸入模塊 17 輸出模塊 19 串口模塊 21 設(shè)備選型 244 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 25 軟件編程介紹 25 C語言介紹 25 VB介紹 26 下位機(jī)軟件方案設(shè)計(jì) 27 28 28 29 上位機(jī)軟件方案設(shè)計(jì) 315 系統(tǒng)集成與調(diào)試 32 Keil軟件開發(fā)平臺及介紹 32 調(diào)試分析 33 調(diào)試分析 33 故障調(diào)試及解決方法 33 聯(lián)調(diào)結(jié)果 346 結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致 謝 38附錄Ⅰ 原理圖 39附錄Ⅱ 程序清單 40IV沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論隨著現(xiàn)代世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)得到飛速發(fā)展和普及。結(jié)果證明，該設(shè)計(jì)方法可行，實(shí)現(xiàn)了離散量采集系統(tǒng)的自動化，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的弊端，應(yīng)用具有良好的前景和使用價(jià)值。本文設(shè)計(jì)的離散量采集系統(tǒng)采用上位機(jī)、下位機(jī)通信方式運(yùn)行。基于單片機(jī)離散量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的控制和數(shù)據(jù)采集的顯示，下位機(jī)實(shí)現(xiàn)離散量的采集過程。關(guān)鍵詞：離散量采集系統(tǒng)；單片機(jī)；通信AbstractAlong with the rapid development of puter technology and popularization, data acquisition system is also widely application. Microputer is widely applied in general automation, information processing and information system etc . Signal acquisition, pretreatment, temporary and PC transmission is needed by metallurgy, chemical, medical care and other applications。各個行業(yè)為了不斷改善企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量，提高工作效率都進(jìn)入了計(jì)算機(jī)控制時(shí)代，由于對管理要求的不斷提高，在很大程度上使企業(yè)不得不改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式。社會中的各個方面，各個行業(yè)為了加大了企業(yè)的發(fā)展進(jìn)程和自己的競爭能力，不得不甩掉傳統(tǒng)的管理模式和經(jīng)營方法。工業(yè)上使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大概分為四類：第一類使用通過微型計(jì)算機(jī)（如PC機(jī)）的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 （3）系統(tǒng)的軟、硬件的應(yīng)用配置較小，系統(tǒng)的成本比較高。特點(diǎn)如下：（1）系統(tǒng)不具有自主開發(fā)能力。第三類基于DSP數(shù)字信號微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。單片機(jī)及外圍電路構(gòu)成的部分是專為數(shù)據(jù)采集能功能的要求而配置的，主機(jī)則承擔(dān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的人機(jī)對話、大容量的計(jì)算、記錄、打印、圖形顯示等任務(wù)。（4）充分利用主機(jī)資源，但不會占有主機(jī)的全部CPU時(shí)間。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出的顯示和對下位機(jī)的控制等功能，而下位機(jī)主要是執(zhí)行上位機(jī)的指令，通過上位機(jī)發(fā)來的指令來采集離散數(shù)據(jù)，同時(shí)將采集的開關(guān)控制量的變化發(fā)送給上位機(jī)。具體而言，它們大致有如下區(qū)別：（1）交流頻率不同強(qiáng)電的頻率一般是50Hz（赫），稱“工頻”，意即工業(yè)用電的頻率，弱電的頻率往往是高頻或特高頻，以KHz（千赫）、MHz（兆赫）計(jì)。無線電則以電磁波傳輸。由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，弱電己滲透到強(qiáng)電領(lǐng)域，如電力電子器件、無線遙控等，但這些只能算作強(qiáng)電中的弱電控制部分，它與被控的強(qiáng)電還是不同的。他們被用于自動化的測試中，為其它測試裝備采集數(shù)據(jù)、控制和循環(huán)檢測信號。20 世紀(jì)70年代中后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動測試系統(tǒng)。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，例如：STD總線系統(tǒng)就是這一類的典型代表。 這兩種系統(tǒng)中，如果采集測試任務(wù)改變，只需將新的儀用電纜接入系統(tǒng)，或?qū)⑿驴ㄔ偬砑拥綄Ｓ玫臋C(jī)箱即可完成硬件平臺重建。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。該階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展，典型系統(tǒng)有VXI 總線系統(tǒng)，PCI、PXI總線系統(tǒng)等,數(shù)據(jù)位已達(dá)到32位總線寬度,采樣頻率可以達(dá)到100MSps[1]。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用RS48雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。離散量采集系統(tǒng)的組成：離散采集系統(tǒng)由硬件，軟件兩大部分組成。軟件部分由C語言單片機(jī)編程和VB編程，單片機(jī)的軟件編程完成16路輸入和16路輸出。具體程序見附錄；第5章是系統(tǒng)調(diào)試部分，分部分介紹了系統(tǒng)調(diào)試的過程以及調(diào)試過程中遇到的問題，解決的方法等；第6章是結(jié)論，總結(jié)了本課題中所研究的問題和不足之處。 離散數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計(jì)方案應(yīng)符合以下原則：（1）經(jīng)濟(jì)合理。 方案選擇根據(jù)課題的要求，本系統(tǒng)是通過上位機(jī)給下位機(jī)發(fā)指令，讓下位機(jī)開始以某種方式采集離散量。那么這樣下位機(jī)可以接收到由上位機(jī)發(fā)來的指令，開始遵照上位機(jī)的指令開始工作，如開始以某種方式接收離散量數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。 方案二設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)框圖，是由下位機(jī)與上位機(jī)的一種單向傳輸。本文所設(shè)計(jì)的離散量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件體積小、精度高、性能穩(wěn)定、操作方便、運(yùn)行操作簡單、設(shè)計(jì)成本較低。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)根據(jù)課題要求，設(shè)計(jì)采用STC公司的STC89C52RC單片機(jī)為處理器，運(yùn)用TLP521進(jìn)行光電隔離，采用八位三態(tài)同相輸出總線緩沖器74HC541為輸入緩沖部分，而輸出緩沖部分則采用的是鎖存器74HC574，由撥動開關(guān)作為開關(guān)控制。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 51單片機(jī)內(nèi)部功能塊P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個內(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門電流。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號和控制信號。RST：復(fù)位輸入。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態(tài)。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。另外，該引腳被略微拉高。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。 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。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 51單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由電源電路、晶振電路及復(fù)位電路構(gòu)成，它是單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)的核心部分，也單片機(jī)平臺開發(fā)的基礎(chǔ)。這樣一來就簡化了USB外設(shè)的設(shè)計(jì)，同時(shí)也簡化了用戶在判斷哪個插頭對應(yīng)哪個插槽的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。（4）USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性。（7）USB的端口具有很靈活的擴(kuò)張性。常用的時(shí)鐘電路有內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘方式。這兩個引腳外接石英晶體振蕩器作為定時(shí)元件，內(nèi)部反向放大器自激振蕩，產(chǎn)生時(shí)鐘。 復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，高電平有效。只要該引腳保持高電平，單片機(jī)便循環(huán)復(fù)位，當(dāng)該引腳變低后，單片機(jī)由ROM的0000H開始執(zhí)行程序。、。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。有了緩沖器，就可以使高速工作的CPU與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。從功能表中可以看出，當(dāng)OE1 和OE2 都為低時(shí)，芯片導(dǎo)通，當(dāng)有一端為高時(shí)，芯片則呈現(xiàn)高阻態(tài)。用這種形式構(gòu)成的一次能傳送或存儲多位數(shù)據(jù)的電路稱為鎖存器。其引腳圖、。芯片導(dǎo)通，信號從芯片的輸入端傳到輸出端；輸出端一直保持該信號，直到下一次的鎖存信號。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。 　 （2）半雙工通信。通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，雙方的發(fā)送與接收裝置同時(shí)工作。常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率有300、600、1200、2400、4800、9600和19200 bps等。而且重要的是，RS232C電平為負(fù)邏輯電平，因此當(dāng)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間要通信時(shí)需加電平轉(zhuǎn)換芯片。對于沒有+12V電源的場合，其適應(yīng)性更強(qiáng)，加之其價(jià)格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛利用。按芯片手冊介紹，電容CCC∕16V的電解電容，在具體設(shè)計(jì)電路時(shí)，這4個電容要盡量靠近MX232芯片，以提高抗干擾能力。要注意其發(fā)送、接收的引腳要對應(yīng)。PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)從PC機(jī)串口座的第3腳TXD端發(fā)送出數(shù)據(jù)。 在劃分模塊時(shí)，每個模塊不宜太長，冗長復(fù)雜的設(shè)計(jì)不宜調(diào)用與運(yùn)行；應(yīng)使模塊之間相互獨(dú)立，盡可能限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調(diào)試；應(yīng)盡量利用已有并且熟悉的模塊。 軟件編程介紹本設(shè)計(jì)中所需的軟件有兩種，分別是編寫下位機(jī)的編程語言和編寫上位機(jī)的編程語言。對現(xiàn)場的信息參數(shù)宜編制獨(dú)立的參數(shù)模塊，以便于在運(yùn)行中修改。單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)應(yīng)該以C語言為主，以匯編語言為輔。C語言有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）對單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解；（2）寄存器的分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可有編譯器管理；（3）程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；（4）具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；（5）關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過程方式使用；（6）編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；（7）提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；（8）已編號的程序可容易地植入新程序，因?yàn)镃語言具有方便的模塊化編程技術(shù)。它簡單