【正文】 連上，與上位機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)行最后的調(diào)試。 （ 3） 單片機(jī)上電之后，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行 ； 原因分析及解決方法：單片機(jī)的 EA 引腳 懸空，將 EA 引腳 接 1K 電阻再接上+5V 電源 。 聯(lián)調(diào)結(jié)果 在老師和同學(xué)的幫助下，我最后完成了調(diào)試，使上位機(jī)和下位機(jī)可以實現(xiàn)設(shè)計的要求。 沈陽航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 6 結(jié)論 本設(shè)計講 STC89C52RC 單片機(jī)作為整個系統(tǒng)的核心，將 74HC54 74HC57光電耦合器及波動開關(guān)等器材作為外部電路，完成離散數(shù)據(jù) 采集的功能。 我想我會在以后的學(xué)習(xí)中不斷完善自己，以求今后作進(jìn)一步的提高。通過運(yùn)動 51 單片機(jī)和多路采集技術(shù)成功的開發(fā)出了基于單片機(jī)的多路離散量采集的下位機(jī)系統(tǒng)，并得出以下結(jié)論： （ 1） 本系統(tǒng)完成了 16 路 輸入、 16 路輸出的多 路 離散量 數(shù)據(jù)的采集； （ 2） 本系統(tǒng)實際上一個數(shù)據(jù)采集板，還可以根據(jù)具體功能開發(fā)； （ 3） 本系統(tǒng)完成了與上位機(jī)的串口通信，并實現(xiàn)了接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的過程； （ 4） 本次采用了光電隔離，極大地限制了電磁信號的干擾。下位機(jī)也可以給上位機(jī)發(fā)送采集數(shù)據(jù)的結(jié)果。懸空并 不代表接地，光電耦合器輸入端的電源要與系統(tǒng)板的電源隔開，才能實現(xiàn)隔離作用。 MAX232 與串口的 RXD 和 TXD 要反接，這樣才能使與電腦正常通信，將電腦發(fā)的電平轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所能接收的 TTL 電平。 完成 整體 程序的設(shè)計和硬件的搭接之后要能確保軟件調(diào)試和硬件調(diào)試各自都正確無誤，接著再對硬、軟件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。 調(diào)試方法按照先主后次的原則逐一調(diào)試即按照首先主程序調(diào)試，其次子程序調(diào)試，最后主程序調(diào)用各子程序調(diào)試的步驟。 Keil 公司目前已經(jīng)推出了 以上版本的 Cx51 編譯器，為單片機(jī)軟件開發(fā)提供了全新的 C 語言環(huán)境，同時保留了匯編代碼高效、快速的特點。 Keil提供了以個集成開發(fā)環(huán)境（ IDE:Integrated Development Environment） Vision,它包括了 C 編譯器、宏編譯器、連接器、庫管理和以個功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器。由于硬件和軟件的研制是相對獨立進(jìn)行的，因此軟件調(diào)試是在硬件完成之前，而硬件也是在無完整軟件情況下進(jìn)行調(diào)試的。 對于發(fā)送按鈕的編程首先要確認(rèn)的是采用了哪種輸出方式，然后在發(fā)送數(shù)據(jù)到下位機(jī)輸出的端口。按字節(jié)輸出和全部輸出也是這樣的。 首先介紹第一個部分，數(shù)據(jù)輸出部分。 中斷函數(shù)是由單片機(jī)自行完成調(diào)用的。 開 始初 始 化選 通 5 4 1芯 片將 P 1口 的 值 按 位取 反 賦 給 rd B U F F封 鎖 5 4 1 ,并 存 儲寫 數(shù) 據(jù) 操 作選 通 5 7 4芯 片處 理 超 時 圖 主程序設(shè)計流程圖 沈陽航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 開始清空輸入輸出緩沖區(qū)初始為命令狀態(tài)設(shè)定 T /C定時方式設(shè)定波特率啟動定時器設(shè)串行口工作方式允許中斷結(jié)束 圖 初始化程序設(shè)計流程圖 中斷程序設(shè)計部分 單片機(jī)內(nèi)的中斷系統(tǒng)主要用于實時監(jiān)控，即要求單片機(jī)能及時地響應(yīng)和處理單片機(jī)外部或內(nèi)部事件所提出的中斷請求。首先將單片機(jī)初始化，選通輸入緩沖芯片 74HC541 ，再將 P1 口采集到的值按位取反后賦給中間變量 rdBUFF，緊接著將選通輸入芯片引腳置高，地址封鎖，存儲數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行寫操作，再選通輸出所存器 74HC574，將所寫數(shù)據(jù)送出，經(jīng)過鎖存器，從而控制繼電器的吸合。主程序是執(zhí)行單片機(jī)的讀寫操作，初始化是設(shè)定單片機(jī)的初始狀態(tài)以及初始值，中斷主要是根據(jù)通信協(xié)議對輸入值進(jìn)行判斷，然后去執(zhí)行相關(guān)操作。它簡單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具 SDK 相媲美。 C 語言有如下優(yōu)點： （ 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，因為 C 語言具有方便的模塊化編程技術(shù)。單片機(jī)的程序設(shè)計應(yīng)該以 C 語言為主，以匯編語言為輔。對現(xiàn)場的信息參 數(shù)宜編制獨立的參數(shù)模塊，以便于在運(yùn)行中修改。 軟件編程介紹 本設(shè)計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。 在劃分模塊時 ， 每個模塊不宜太長，冗長復(fù)雜的設(shè)計不宜調(diào)用與運(yùn)行；應(yīng)使模塊之間相互獨立，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。 PC 機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時從 PC 機(jī)串口座的第 3 腳 TXD 端發(fā)送出數(shù)據(jù)，在逆向流向單片機(jī)的 RXD 端 接收數(shù)據(jù)。要 注意其發(fā)送、接收的引腳要對應(yīng)。按芯片手冊介紹，電容 C C C C4 應(yīng)取 F∕ 16V 的電解電容，在具體設(shè)計電路時，這 4 個電容要盡量靠近 MX232 芯片，以提高抗干擾能力。對于沒有 +12V 電源的場合，其適應(yīng)性更強(qiáng)，加之其價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛利用。而且重要的是， RS232C 電平為負(fù)邏輯電平，因此當(dāng)計算機(jī)與單片機(jī)之間要通信時需加電平轉(zhuǎn)換芯片。常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率有 300、 600、 1200、 2400、 4800、 9600 和 19200 bps等。通信雙方可以同時發(fā)送和接收信息，雙方的發(fā)送與接收裝置同時工作。 （ 2）半雙工通信。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。當(dāng)單片機(jī)的 和 口發(fā)出上升沿時，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。 其引腳圖、邏輯圖和功能表分別如圖、圖 、表 所示。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。 具體設(shè)計如圖 所示。 從功能表中可以看出，當(dāng) OE1 和 OE2 都為 低時，芯片導(dǎo)通，當(dāng)有一端為高時，芯片則呈現(xiàn)高阻態(tài)。 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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。發(fā)光 源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端 。 其引腳圖和原理圖分別如圖 、圖 所示。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。 復(fù)位電路 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端，高電平有效。 C1， C2 對頻率有微調(diào)作用 。 本系統(tǒng)使用的是內(nèi)部時鐘方式。 沈陽航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 時鐘電路 圖 晶振電路 時鐘電路用于產(chǎn)生 MCS51 單片機(jī)工作時所必須的時鐘信號。 USB 直接連接到 Hub 或者是連接到Host 的設(shè)備可以通過 USB 電纜供電，也可以通過電池或者其他的電力設(shè)備來供電，或者用兩種供電方式的組合，并且支持節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式。 （ 2）整個的 USB 的系 統(tǒng)只有一個端口和一個中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。 其余的外部功能電路都是在這個最小電路的基礎(chǔ)上再開發(fā)出來的。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件， XTAL2 應(yīng)不接。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖 。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時當(dāng) 8051 通電，時鐘電路開始工作，在 RESET 引腳上出現(xiàn) 24個時鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣沈陽航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 故。 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，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，被定義為高阻輸入。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中 。同時集成諸如通訊接口、定時器，沈陽航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 實時時鐘等外圍設(shè)備。另外，作為下位機(jī)系統(tǒng)，需要與上位機(jī)進(jìn)行通信，共同制定通信標(biāo) 準(zhǔn)，本次設(shè)計采用的是RS232 來進(jìn)行串口通信， MAX232 進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。由于 采用的器件都是已經(jīng)非常普遍的器件，大多數(shù)已經(jīng)批量生產(chǎn)，并且價格也十分低廉，如 STC89C52RC 單片機(jī)、 74HC54 74HC574和 MAX232 等 。 沈陽航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 上 位 機(jī)離 散 量 采 集電 路5 1 單 片 機(jī) 最小 系 統(tǒng)輸 出MAX232 圖 方案三設(shè)計電路結(jié)構(gòu)框圖 方案 3 是一個比較 成熟的方案，它通過 MAX232 實現(xiàn)下位機(jī)和上位機(jī)的雙向連接，實現(xiàn)了下位機(jī)與上位機(jī)的一種雙向傳輸方式。這樣可以彌補(bǔ)上一個方案采集數(shù)據(jù)發(fā)送不到上位機(jī)上的弊端，但是這個方案的缺點也是很明顯的。 該方案的優(yōu)點是電路比較簡單，操作方便，但是該方案的缺點也很明顯， 單片機(jī)接受到數(shù)據(jù)之后不能返還給上位機(jī)，那么這樣上位機(jī)就不能得到數(shù)據(jù)，就不能對數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤，計算，暫存以及各種處理等 。本文設(shè)計了 3 套方案，并分析了各種方案的優(yōu)缺點，最后 給出了合適的方案。系統(tǒng)的硬件設(shè)計中，一定要注意在滿足性能指標(biāo)的前提下，盡可能的減少成本； （ 2） 安全可靠。上位機(jī)發(fā)出指令，控制下位機(jī)采集數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)自動化的采集數(shù)據(jù)方式。 課題內(nèi)容及安排 本課題主要是完成 離散數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 設(shè)計，其中下位機(jī)接受來自上位機(jī)發(fā)出的指令， 來按照上位機(jī)的要求來進(jìn)行數(shù)據(jù) 的采集， 具體內(nèi)容安排如下： 第 1 章為緒論，著重介紹了 基于 單片機(jī) 數(shù)據(jù)采集器的 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 下位機(jī)由 52 單片機(jī)，單片機(jī)最小 系統(tǒng)（ 晶振電路、復(fù)位電路、電源電路），緩沖器，鎖存器， MAX232，串口電路組成，開關(guān)，光電耦合。由于目前局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，一個工廠管理層局域網(wǎng)，車間層的局域網(wǎng)和底層的設(shè)備網(wǎng)已經(jīng)可以有效地連接在一起，可以有效地把多臺數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)在一起，以實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在線實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。 但是，并行總線系統(tǒng)在軍事等領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 20世紀(jì) 80年代后期 ，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化 ， 工業(yè)計算機(jī) 、 單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合 ，用軟件管理 ， 使系統(tǒng)的成本降低 ， 體積減小 ， 功能成倍增加 ， 數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng) 。 把相應(yīng)的接口卡裝在專用的機(jī)箱內(nèi) ，然后由一臺計算機(jī)控制 。 例如 ， 國際標(biāo)準(zhǔn) ICE625(GPIB)接口總線系統(tǒng)就是一個典型 的代表 。 從 70年代起 ， 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類 ， 一類是實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ， 另一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(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)采集和測試任務(wù) ， 因而得到了初步的認(rèn)可 。 數(shù)據(jù)采集技術(shù) 隨著電子測量技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，面對各種檢測對象和大量的測試點，需要利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)或微型計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時監(jiān)控。 當(dāng)然，強(qiáng)電中也有高頻（數(shù)百 KHz）與中頻設(shè)備，但電壓較高，電流也較大。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。上位機(jī)實現(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)，同時將采集的開關(guān)控制量的變化發(fā)送給上位機(jī)。 （ 4）充分利用主機(jī)資源，但不會占有主機(jī)的全部 CPU 時間。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、大容量的計算、記錄 、打印、圖形顯示等任務(wù)。 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)。特點如下： （ 1）系統(tǒng)不具有自主開發(fā)能力。 （ 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。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算機(jī)（如 PC 機(jī)）的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。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。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)入了計算機(jī)控制時代，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。 關(guān)鍵詞 ： 離散量采集系統(tǒng)；單片機(jī)；通信