【正文】 LHHLLI/O12—COMLHHLHI/O13—COM續(xù)表22輸 入開(kāi) 關(guān) 通 道INHDCBALHHHLI/O14—COMLHHHHI/O15—COMHXXXX關(guān) 斷電路中選用了一個(gè)多路模擬開(kāi)關(guān)，有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)化器即可，簡(jiǎn)化了硬件電路，節(jié)約成本。最常見(jiàn)的可控開(kāi)關(guān)是繼電器，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)繼電器的驅(qū)動(dòng)電路加高電平或低電平時(shí)，繼電器就吸合或釋放，其觸點(diǎn)接通或斷開(kāi)電路。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。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。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。第2功能Vpp對(duì)8751編程時(shí)，編程電壓輸入端。常連接到片外ROM芯片的輸出允許端（OE）作外部ROM的讀選通信號(hào)。正常時(shí),連續(xù)輸出振蕩器頻率的1/6正脈沖信號(hào)。容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。圖24 89C51單片機(jī)的引腳圖40個(gè)引腳及其功能：電源引腳：Vcc和Vss l Vcc （40腳）：電源端，接+5V電源。 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖23所示：圖23 89C51單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 89C51單片機(jī)基本組成包括：1) 一個(gè)8位的微處理器；2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM有128B，21個(gè)特殊功能寄存器SFR；3) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器Flash ROM 有4KB；4) 可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的64KB的ROM；可尋址片外64KB的RAM；5) 4個(gè)8位并行I/O接口（P0—P3）；一個(gè)全雙工通用異步串行接口UART；6) 兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；7) 五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)；8) 具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能；9) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。一般情況下，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程包括以下幾部分：⑴.總體方案的設(shè)計(jì)⑵.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)⑶.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)⑷.系統(tǒng)仿真調(diào)試⑸.運(yùn)行維護(hù)。3) 確定系統(tǒng)功能具體實(shí)現(xiàn)形式, 選擇出適合該項(xiàng)目，能迅速開(kāi)發(fā)出性能價(jià)格比高的應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)。軟件程序固化在單片機(jī)內(nèi)的程序存儲(chǔ)器中。l 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)要求可靠性高，特別是工作于無(wú)人值守、不間斷工作的環(huán)境中，必須保證安全可靠。圖21 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：l 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般規(guī)模比較小。 典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)除主機(jī)外，還包括有： （1） 前向通道(即輸入部分)： 數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào)(A/D)的輸入。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(zhǎng)足發(fā)展?？偟亩詥纹瑱C(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。系統(tǒng)的測(cè)試包括功能測(cè)評(píng)、技術(shù)指標(biāo)的測(cè)量、系統(tǒng)的優(yōu)化等工作。2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程一般要包括總體方案的設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等幾部分。本系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)用的數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī)89C51為核心，選用了同步串行通信的接口芯片，可以采集最多16路模擬量輸入信號(hào)，并設(shè)置了8個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出通道，對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警處理。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(cè)已成為日益重要的檢測(cè)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(chǎng)合。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。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、飛機(jī)飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，而雙單片機(jī)又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開(kāi)發(fā)出能滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。這類(lèi)系統(tǒng)主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也有一定的應(yīng)用。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過(guò)了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)儀表和專(zhuān)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因而獲得了驚人的發(fā)展。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀(jì)50年代，1956年美國(guó)首先研究了用在軍事上的測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是測(cè)試中不依靠相關(guān)的測(cè)試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測(cè)試任務(wù)是由測(cè)試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。由于該種數(shù)據(jù)采集測(cè)試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿(mǎn)足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測(cè)試任務(wù)，因而得到了初步的認(rèn)可。從70年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中逐漸分為兩類(lèi)，一類(lèi)是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一類(lèi)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第二類(lèi)以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，這一類(lèi)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用較多。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專(zhuān)門(mén)的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這就使得以單片機(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。我國(guó)的數(shù)字地震觀測(cè)系統(tǒng)主要采用TDE124C型TDE224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由美國(guó)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(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為25萬(wàn)次/S；（3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。 該課題研究的主要內(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(wèn)題。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(duì)獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，作為測(cè)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)。這里，主要包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用多路模擬開(kāi)關(guān)4067和A/D轉(zhuǎn)換器MAX187。在對(duì)應(yīng)用對(duì)象論證、分析的基礎(chǔ)上，確定總體方案，合理地安排系統(tǒng)軟件、硬件的技術(shù)要求。程序固化后，系統(tǒng)運(yùn)行，投入正常的工作中，開(kāi)發(fā)工作完成。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)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成單片機(jī)本身是綜合了CPU、儲(chǔ)存器、I/O接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等計(jì)算機(jī)基本組成的半導(dǎo)體芯片，而且程序可以固化在單片機(jī)芯片中，因此對(duì)于一般的應(yīng)用，只需要單片機(jī)加上少量的器件就可以構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)的硬件部分，開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的支持程序就可以容易地完成應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 （2）后向通道(輸出部分)： 數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào) (D/A )的輸出。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程要借助專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)器、仿真器或開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行。要從電路設(shè)計(jì)、軟件程序等加以考慮。要在專(zhuān)門(mén)的編程器或下載設(shè)備中完成。 4) 合理地劃分硬件和軟件兩部分的功能要求。這5個(gè)部分不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)、相互依靠、互相制約的。 89C51單片機(jī)的引腳89C51單片機(jī)是CMOS的低功耗芯片，圖24所示為它的引腳圖。l Vss （20腳）：接地端，接+5V電源地端?？刂菩盘?hào)引腳：RST、ALE、PSEN、EAl RST（9腳）：復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)：作為鎖存P0口低8位地址的控制信號(hào)。l EA/VPP（31腳）：外部程序存儲(chǔ)器地址使能輸入/編程電壓輸入端。輸入/輸出端口引腳P0、PPP3l 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。 l 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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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。 CMOS模擬開(kāi)關(guān)是一種可控開(kāi)關(guān)，它不像繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場(chǎng)合，只適于處理幅度不超過(guò)其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號(hào)。 A/D轉(zhuǎn)換器MAX187 MAX187簡(jiǎn)介MAX187是美信公司推出的具有串行接口的12位精度的A／D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部含有采樣／保持電路，單5 V操作電源， V參考電壓，模擬量輸入范圍為0～VBEF。MAX187有2種操作模式：正常模式和休眠模式，將置為低電平進(jìn)入休眠模式，這時(shí)的電流消耗降到10μA以下。輸入模擬信號(hào)的電壓范圍為0～ V，如模擬輸入電壓不在這個(gè)范圍要外加電路進(jìn)行電壓范圍的變換。l AIN（2腳）：模擬量輸入，范圍為0V—VREF（0V—）。使用外部參考電壓為+—VDD。低電平啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換；高電平時(shí)，DOUT輸出端高阻抗?fàn)顟B(tài)。由于89C51沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的SPI接口，因此要采用用一般I/O口線模擬SPI操作的方法，來(lái)和SPI總線接口器件連接和交換數(shù)據(jù)。外圍設(shè)備包括簡(jiǎn)單的TTL移位寄存器（用作并行輸入或輸出口）至復(fù)雜的LCD顯示驅(qū)動(dòng)器或A/D轉(zhuǎn)換器等。在SPI接口中，數(shù)據(jù)的傳輸只需要1個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和2條數(shù)據(jù)線。 SPI總線系統(tǒng)的組成在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合中，使用1個(gè)MCU作為主機(jī)，控制數(shù)據(jù)向1個(gè)或多個(gè)從外部接口器件的傳送。單片機(jī)通過(guò)I/O口線來(lái)分時(shí)選通外圍器件。數(shù)據(jù)線上輸出數(shù)據(jù)的變化以及對(duì)輸入數(shù)據(jù)的采樣，都取決于時(shí)鐘SCK信號(hào)。圖32 SPI總