【正文】 圖 33 單片機時鐘和復位電路 A/D 轉換模塊 在我們所采集的信號中大多是連續(xù)變化的物理量，而要對各種信號進行處理 ,則需要將其轉換為計算機能處理的數字量， A/D 轉換器就是將連續(xù)變化的模擬量轉換成計算機能接受的數字量?？撮T狗定時器就會產生計數溢出信號，該信號和處理器的復位引腳相連，因此就會自動復位微處理器，應用系統(tǒng)重新啟動和繼續(xù)工作。這樣，就要求單片機或嵌入式應用系統(tǒng)能夠自動檢測到并能自動重新復位或啟動系統(tǒng)，保障應用系統(tǒng)正常工作。第 9 引腳為復位輸入端 ,接上電容 ,電阻構成上電復位電路。 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數據采集系統(tǒng)的設計 7 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40JP2AT89C52 圖 31AT89C52 單片機的引腳圖 AT89C52 單片機時鐘和復位電路 的設 計 AT89C52 單片機為 40 引腳雙列直插芯片 ,有四個 I/O 口 P0,P1,P2,P3, MCS51 單片機共有 4 個 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），每一條 I/O 線都能獨立地作輸出或輸入。同時， AT89C52 降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式。單片機要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序，再用 keiluvision2 把程序下載到單片機內。由于此處輸入信號 多種多樣 ， 不能一一列舉， 所以本文并 未 詳細討論。 顯示模塊： 采用四位一體共陰 LED 數碼管用來顯示采 集到的數值。 本數據采集系統(tǒng)可以采集八路模擬信號。而單片機是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數據讀取、處理及邏輯控制，數據傳輸等一系列的任務。 70 年代初，隨著大規(guī)模集成電路及計算機技術的發(fā)展，特別是微處理器及高速 A/D 轉換器的誕生，數據采集的系統(tǒng)結構發(fā)生了重大的改變。 （ 3） 應將硬件結構和軟件相結合。 （ 4） 該系統(tǒng)要具有準確性、可靠性和穩(wěn)定性。該系統(tǒng)采用的是 AT89C52單片機，此芯片功能比較強大，能夠滿足設計要求。作為測控系統(tǒng)至關重要的部分 ,數據采集系統(tǒng)的性能直接影響到整個系統(tǒng)的運轉。它是對傳感器信號的測量與處理 , 以微型計算機等高技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。 受需求牽引，新一代機載數據采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應用也在快速地發(fā)展。 我國的數字地震觀測系統(tǒng)主要采用 TDE124C 型 TDE224C 型地震數據采集系統(tǒng)。這就使得以單片機為核心的數據采集系統(tǒng)能在許多領域得到廣泛的應用。數據采集技術儼然已經成為一種專門的技術，在工業(yè)等領域得到了廣泛應用 [4]。第二類以標準總線、數據采集卡和計算機構成，這一類主要應用于工業(yè)現場。從 70 年代起，數據采集系統(tǒng)在以后發(fā)展過程中逐漸演變成為兩類，一類是工業(yè)現場的數據采集系統(tǒng)，另一類是實驗室的數據采集系統(tǒng) [2]。由于該種數據采集測試系統(tǒng)具有高速和靈活等特性，可以滿足許多傳統(tǒng)方法不能完成的數據采集和測試任務，因而得到了人們的初步認可。 8 路被測電壓通過模數轉換器ADC0809 進行模數轉換，實現對采集到的數據進行模擬量到數字量的轉換，并將轉換后的數據通過串行口 RS485 傳輸到上位機，由上位機負責數據的接受、處理和顯示，并用 LED 數碼顯示器來顯示所采集的結果。 存檔日期： 存檔編號： 本科生畢業(yè)設計（論文） 論 文 題 目： 基于單片機的數據采集系統(tǒng)的設計 姓 名： 學 院： 專 業(yè)： 班 級 、 學 號： 指 導 教 師： 江 I 摘 要 本文介紹了基于單片機的 數據采集的硬件設計和軟件設計，數據采集系統(tǒng)是模擬域與數字域之間必不可少的紐帶，它的存在具有著非常重要的作用。 本系統(tǒng)下位機負責數據采集并應答主機的命令。 數據采集系統(tǒng)起始于 20 世紀 50 年代， 1956 年美國最先在軍事上研究的數據采集測試系統(tǒng)，目標是測試過程中不依靠相關的測試文件，由非熟練人員進行操作，并且是由測試設備自動控制高速完成測試任務。由于這種數據采集系統(tǒng)優(yōu)良的性能，超過了傳統(tǒng)的專用數據采集系統(tǒng)和自動檢測儀表，因而獲得了高速的發(fā)展。這類系統(tǒng)不僅在實驗 室獲得了較多的應用，在工業(yè)生產中也有一定程度的應用。隨著集成電路制造技術的提高，出現了高性能、可靠性較高的單片機數據采集系統(tǒng)（ DAS）。相較于數據采集板卡功能和成本的限制，單片機具高效率、高性能、低電壓、 低功耗、低價格、多功能等優(yōu)點，而雙單片機又具有精度較高、轉換速度快、能夠對多點同時進行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應用要求的、電路結構簡單的、可靠性高的數據采集系統(tǒng)。多數領域都用到了數據采集，在飛機飛行、石油勘探、科學實驗、地震數據采集領域已經得到廣泛的應用。該數據采集系統(tǒng)具備 24 位 A/D 轉化位數，采樣率有 50HZ、 100HZ、 200HZ [5]. 美國 PASCO 公司生產的“科學工作室”是數據采集應用于物理實驗的嶄新系統(tǒng)，它主要由 3 部分組成： （ 1） 傳感器：利用先進的傳感技術可實時采集物理實驗中各種物理量； （ 2） 計算機接口：將傳感器采集到的數據信號輸入計算機，采樣速率最高為 25 萬次 /S； （ 3） 軟件：英文及中文的應用軟件 [6]。 該課題研究的主要內容 數據采集技術是信息科學的重要分支之一 , 它研究信息數據的采集、存儲、處理以及控制等問題。數據采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)不可缺少的 環(huán)節(jié) ,大多 采用一些功能相對獨立的專用單片機系統(tǒng)來實現其控制功能。這樣用戶可以在上位機上編寫各種程序對文件中的數據進行有效查詢和分析 ,有利于工業(yè)過程的長期正常運行和檢查。 （ 3） 能夠控制信號的采集、處理、顯示等。 （ 2） 系統(tǒng)外圍設備的配置要滿足系統(tǒng)的功能要求，留有余地，以便進行改進。數據采集技術廣泛應用在各個領域。 在本系統(tǒng)中需要將模擬量轉換為數字量，而 A/D 是將模擬量轉換為數字量的器件，它需要考慮的指標有：分辨率、轉換時間、轉換誤差等等。而數據的顯示則采江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數據采集系統(tǒng)的設計 5 用的是 LED 數碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。 其中： AT89C52 ( 主控芯片 ) : CPU 作為該系統(tǒng)的核心控制芯片 , 起采集、控制顯示的作用。 系統(tǒng)框圖如圖 21 所示： 信號采集電路A / D轉換單片機R S 4 8 5P C鍵 盤顯 示 圖 21 系統(tǒng)框圖 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數據采集系統(tǒng)的設計 6 3 硬件部分 信號采集過程中，被測量一般由傳感器供給，常為微弱信號，需要對其進行適當的調整。此系統(tǒng)是由 CPU、 輸入輸出電路（ I/O 口），還包括定時 /計數器、串行通信口、顯示驅動電路（ LCD 和 LED 驅動電路）、 A/D 轉換器等電路集成到一個單塊芯片上，構成了一個最小但完善的計算機任務。 AT89C52 單片機 主要 特性 AT89C52 提供以下標準功能： 8k 字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 256 字節(jié)片 內RAM， 32 個 I/O 口線，一個 5 向量兩級中斷結構， 2 個 16 位定時 /計數器，一個全雙工串行通信口，時鐘電路及片內振蕩器。 AT89C52 單片機的引腳如圖 31 所示 [99]。 復位電路是完成單片機片內電路的初始化，使單片機從一種確定的狀態(tài)下開始運行。在單片機和嵌入式應用系統(tǒng)中，應用的對象對可靠性的要求更高，特別在無人值守、 24 小時連江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數據采集系統(tǒng)的設計 8 續(xù)工 作的場合，如火災報警系統(tǒng)、安全防盜報警系統(tǒng)等應用中，決不允許應用系統(tǒng)“死機”或程序跑飛。一旦處理器“死機”或程序跑飛，處理器就不 能向看門狗定時器發(fā)出清除脈沖。 89C52 的 連接到 X5045 的 SI 端， 連接到 X5045 的SCK， 連接到 X5045 的 SO端和 CS/WDI 端， X5045 的 RESET 輸出信號連接到 89C52 的復位輸入端 RST 上，電路圖如圖 32 所示 [9]。 A/D 轉換器型號很多，而其轉換時間和轉換誤差也各不相同。 (3)并行式 A/D 轉換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉換速度很高，但她采用較多的比 較器，而 n 位的轉換就需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也很貴，只適用于視頻 A/D 轉換器等數度特別高的領域 [10]。由單一的 5V電源供電，片內帶有鎖存功能的 8 選 1 的模擬開關。 它的引腳 的排列見圖 34 VCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13u4ADC0809 圖 34 ADC0809 的引腳圖 IN7~IN0 ：八個通道的模擬輸入量。 START：轉換啟動信號，高電平有效。 CLK：時鐘信號，最高頻率為 640KHZ。 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數據采集系統(tǒng)的設計 11 Vref：參考電壓 [11]。 OE 為讀出數據允許信號， OE 端為高電平時，可以讀出轉換的數字量。地址譯碼引腳 C、 B、 A 分別與地址總線低三位 、 、 相連，用來選通 IN0~IN7 中的一個通道。而低電平的寫信號 WR 則表示轉換結束狀態(tài)信號。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識別的鍵盤稱為非編碼鍵盤。如圖 37 所示。 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數據采集系統(tǒng)的設計 13 S?SWPBS?SWPBS?SWPBS?SWPBGND 圖 37 獨立按鍵接口圖 在單片機中需要的按鍵較多時，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應的鍵值，再轉到相應的鍵處理程序幾個部分組成。 LED 的伏安特性類似于普通二極管，正向壓降為 2V左右，工作電流一般在 10mA~20mA 之間較為合適一個 8 段 LED 顯示器的結構如圖 391 所示。當共陰極 LED 的 COM 端接高電平，則某個發(fā)光管的陰極加上低電平時，則該管有電流流過因而點亮發(fā)光。輸出控制影響不到鎖存器的內部工作，就是以前的數據可以保持不變，甚至當輸出被關閉時，新的數據也可以存入鎖存器。當鎖存器使能變低時，符合建立時間和保存時間的數據會被保存。 傳輸速率 比 較低，在異步傳輸時，波特率 僅 為 20Kbps。 RS485接口在總 線允許的情況下最多可連接 128 個收發(fā)器，即一個處理 器可處理 l28 個采集點的信號采集， 達到 實現 數據高速遠距離傳送的目的，這是其他串口通信方式 (如 I2C 總線和 RS232 等 )所 做不到的 [19]。MAX485具有不受限制的驅動器擺率，可以實現最高 的傳輸速率的數據傳輸。 DI 和 RO 端分別為驅動器的輸入端和接收器的輸出端，它們與單片機的連接僅需分別與單片機的TXD 和 RXD 相連； RE 和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當 RE 為邏輯 0時，器件處于接收狀 態(tài)；當 DE 為邏輯 1時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可； A 端和 B端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ,當 A 引腳的電平