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基于c51單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(文件)

2024-12-28 01:27 上一頁面

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【正文】 當(dāng)系統(tǒng)為 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí),模擬輸出允許為 0。 第五章 軟件部分 單片機(jī)主程序設(shè)計(jì) 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一個(gè)主 程序 ,六個(gè)子程序部分,六個(gè)子程序部分分別為 I2C通信的啟動(dòng) i2c_start()與停止 i2c_stop()操作、 I2C通信的應(yīng)答 i2c_ACK()與非應(yīng) i2c_waitACK()答操作、 I2C 通信的數(shù)據(jù)發(fā)送 i2c_sendbyte()與接收i2c_recbyte()操作、 I2C 通信的讀數(shù)據(jù) i2c_readbyte()操作、采用 UART 發(fā)送數(shù)據(jù)UART_Send_Byte()到 PC 機(jī)界面操作、數(shù)碼管數(shù)據(jù)的顯示與刷新 refresh()操作。主機(jī)讀數(shù)據(jù)時(shí),接收一個(gè)字節(jié)結(jié)束后,主機(jī)也需要發(fā)送一應(yīng)答位“ 0”,但是當(dāng)接收最后一個(gè)字節(jié)結(jié)束后,則需發(fā)送一個(gè)非應(yīng)答位“ 1”,發(fā)完了 1 后,再發(fā)一個(gè)停止信號(hào),最終結(jié)束通信。如圖所示:。該子程序部分 是通過改變 SDA和 SCL的高低電平來實(shí)現(xiàn)控制 24C01從而實(shí)現(xiàn)發(fā)送和接收。其流程圖見圖 圖 主程序 ( 2) I2C 通信的啟動(dòng) i2c_start()與停止 i2c_stop()操作 該子程序部分 SCL 為高電平期間,數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定,只有 SCL 信號(hào)為低電平期間, SDA 狀態(tài)才允許變化。最低兩位時(shí)通道編號(hào)位,當(dāng)對(duì) 0 通道的 模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)取 00,當(dāng)對(duì) 1 通道的模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)取 01,當(dāng)對(duì) 2通道的模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)取 10,當(dāng)對(duì) 3 通道的模擬信號(hào)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)取 11。其格式如下所示: 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) MSB LSB 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DO 其中: Dl、 DO 兩位是 A/D 通道編號(hào): 00 通道 0, 01 通道 1, 10 通道 2, 通道 3 D2 自動(dòng)增益選擇(有效位為 1)。總線操作時(shí),由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一字節(jié)。 圖 PCF8591 的引腳圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) PCF8591 與 STC89C52 單片機(jī)的接口方式,如圖 所示: 圖 PCF8591 與單片機(jī)的連接圖 PCF8591 采用典型的 I2C 總線接口器件尋址方法,即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成。 EXT:內(nèi)部、外部時(shí)鐘選擇線使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí) EXT 接地。 AO~ A3:引腳地址端。引腳圖如圖 1所示。 PCF8591 是具有 I2C 總線接口的 8位 VD 及 D/A 轉(zhuǎn)換器。各段位碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 。每個(gè)發(fā)光二極管的陽極與輸入端相連。此外, STC89C52 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯,可以在零頻率的條件下靜態(tài)邏輯,支持兩種軟件可選的掉電模式。在芯片擦除操作中,代碼陣列全被寫 1且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前,該操作必須被執(zhí)行。石晶振蕩 和陶瓷振蕩均可采用。 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。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),這兩次有效的 PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。另外,該引腳被略微拉高。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器復(fù)位時(shí),要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。當(dāng) P3 口寫入 1后,它們被內(nèi)部上拉為高電平,并用作輸入。 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。 P1 口管腳寫入 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。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時(shí),被定義為高阻輸入。 單片機(jī)具有四種總線形式: P0和 P2組成的 16位地址地址總線; P0分時(shí)復(fù)用為 8位數(shù)據(jù)總線; ALE、 PSEN、 RST、 EA和 P3口的 INT0、 INT T0、 T WR、 RD以及P1口的 T T2EX組成控制總線;而 P3口的 RXD、 TXD組成串行通信總線。還有兩個(gè)時(shí)鐘引腳 XTALXTAL2。編程速度很快,擦除時(shí)也無需紫外線,非常方便。 STC89C52 單片機(jī)是最早期也最典型的產(chǎn)品,低功耗、高性能、采用 CHMOS 工藝的 8 位單片機(jī)。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作,支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式。它與單板機(jī)或個(gè)人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別,單片機(jī)屬于芯片級(jí)應(yīng)用,需要用戶了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需要的理論和技術(shù),用這樣特定的芯片設(shè)計(jì)應(yīng)用程序,從而使芯片具備特定的智能。 8 位單片機(jī)在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占 主流地位,代表了單片機(jī)的發(fā)展方向,在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。 3. 自動(dòng)布線: Protel DXP 2021 中自動(dòng)布線的功能相當(dāng)強(qiáng)大,只要把有關(guān)參數(shù)設(shè)置得適當(dāng),元件布局合理,系 統(tǒng)就會(huì)根據(jù)設(shè)置的規(guī)則選擇最佳的布線策略進(jìn)行自動(dòng)布線,成功率幾乎 100%。只有加載了網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝后,電路板的自動(dòng)布線才能完成。 STC89C52 中的 端與 端分別與 24C01 的 SDA 端和 SCL 端相連。 晶振 類似單片機(jī)的心臟,是給單片機(jī)提供工作節(jié)拍的,旁邊的電容是起振作用。如圖所示: 3)該設(shè)計(jì)采用的是 I2C 通信的方式 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第四章 硬件部分 原理圖設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)是一個(gè)主從式多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),主機(jī)和從機(jī)均用單片機(jī)實(shí)現(xiàn),它的主機(jī)部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和顯示,主機(jī)和從機(jī)之間用 USB— UART 轉(zhuǎn)換電路 PL2303 進(jìn)行通信。 2) I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時(shí)鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線,可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 RS232C接口(又稱 EIA RS232C)是目前最常用的一種串行通訊接口。通過復(fù)位可以瞬間讓單片機(jī)處于初始狀態(tài),轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)變阻器后按復(fù)位鍵,電壓值會(huì)相應(yīng)的變?yōu)檎_的電壓值。 LED 數(shù)碼顯示有動(dòng)態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。 我們還采用了 USBUART 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行通行, USB 接口既可以為單片機(jī)提供電源也可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)的的連接從而實(shí)現(xiàn)電壓值的接受與轉(zhuǎn)換。單片機(jī)要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序,再用 Keiluvision3 把程序下載到單片機(jī)內(nèi)。 (2)雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器:它是一種間接式的 A/D 轉(zhuǎn)換器,優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng),精度比較高,缺點(diǎn)是數(shù)度很慢,適用于對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所需要的系統(tǒng)框圖如圖 所示: 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 圖 系統(tǒng)框圖 方案論證 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多,就位數(shù)來說,可以分為 8 位、 10 位、 12位和 16 位等。在該系統(tǒng)中采用的是 PCF8591 系列的單片機(jī)。原來由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)被微處理器控制的采集系統(tǒng)所代替。硬件連接方面,傳統(tǒng)臺(tái)式 PC機(jī)支持標(biāo)準(zhǔn) RS232接口 ,當(dāng)下帶有串口的 PC很少見,所以需要 usb/232轉(zhuǎn)換接口, 并且安裝相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序。 uVision3 提供邏輯分析器,可監(jiān)控基于 MCUI/O 引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。 支持母板頁,用于跨 Web 應(yīng)用程序維護(hù)一致的外觀。 其特點(diǎn)有: 支持 Visual Basic、 C、 C++ 和 J 語言??傮w來說是一個(gè)非常龐大的軟件,甚至包含代碼測試 功能。利用 PLD 系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件,使數(shù)字電路設(shè)計(jì)達(dá)到最簡化。 ( 3)自動(dòng)布線系統(tǒng)( Advanced Route 99):本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀( Shapebased)的無柵格自動(dòng)布線器,用于印刷電路板的自動(dòng)布線,以實(shí)現(xiàn) PCB 設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。 電路工程設(shè)計(jì)部分 (1)電路原理設(shè)計(jì)部分( Advanced Schematic 99):電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖 編輯器 (簡稱 SCH 編輯器)、電路圖零件庫編輯器(簡稱 Schlib 編輯器)和各種文本編輯器 。 完成階段:撰寫《基于 C51單片機(jī)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告》及畢業(yè)論文。 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)階段:分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì),解決系統(tǒng)怎樣做的問題。 用 USB接口與電腦相連,實(shí)現(xiàn) PC機(jī)與下位機(jī)相連。然后通過 PL2303或 RS232轉(zhuǎn)換送到 PC機(jī)上顯示,顯示界面為我們送的串口調(diào)試界面。 本系統(tǒng)采用下位機(jī)負(fù)責(zé)模擬數(shù)據(jù)的采集 ,從單片機(jī)負(fù)責(zé)采集八路數(shù)據(jù),并應(yīng)答主機(jī)發(fā)送的命令, 上位機(jī)即主機(jī)是負(fù)責(zé)處理接受過來的數(shù)字量的處理及顯示 ,主機(jī)和從機(jī)之間用 PL2303或 RS232進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)采集也是從一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對(duì)象信息的過程。如愛爾蘭 ACRA 公司 2021 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了 2021 年。該數(shù)據(jù)采集對(duì)拾震計(jì)輸出的電信號(hào)模擬放大后送至A/D 數(shù)字化, A/D 采用同時(shí)采樣,采樣數(shù)據(jù)經(jīng) DSP 數(shù)字濾波處理后,變成數(shù)字地震信號(hào)。它起始于 20 世紀(jì)中期,在過去的幾十年里,隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展,在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步,采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會(huì)的發(fā)展主流方向。 盡管現(xiàn)在以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展,而且組成一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡,把它插在微機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)并輔以應(yīng)用軟件,就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能,但這并不會(huì)對(duì)基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 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)采集系統(tǒng)已成功的運(yùn)用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類,一類以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)組成。 20 世 紀(jì) 70 年代后期,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)。 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................27 附錄 A外文資料翻譯 ..........................................................................................28 英文原文 ......................................................................................................... 中文譯文 ........................................................................................................... 附錄 B代碼 ..............................................................................................................45 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代碼 ................................................................................. PC 機(jī)接收顯示界面代碼 ..................................................................................... 附錄 C 單片機(jī)元件清單 .................................................................................. 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 第一章 緒論 研究背 景及其目的意義 近年來,數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們?cè)絹碓綇V泛的關(guān)注,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展,它可以廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................... 2 該課題研究的主要內(nèi)容 .................................... 3 采用的方法 .....................................................................................................................3 實(shí)現(xiàn)步驟 .....
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