【正文】 . 6 路模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，降低成本。由于各類傳感器輸出信號(hào)的情況各不相同，因此需要的放大器種類也很多。它是一種獲得信息的重要手段，它所獲得信息的正確與否，關(guān)系到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的精度，因而在非電量檢測(cè)系統(tǒng)中占有重要的地位。微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)不僅能解決傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)不能或不易解決的問題，而且能簡(jiǎn)化電路、增加功能、提高精度和可靠性等，還能實(shí)現(xiàn)人腦的部分功能，使自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有智能化，實(shí)現(xiàn)代替人工自動(dòng)檢測(cè)的目的，隨著微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)變得更加智能化、多功能化。 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 信號(hào)處理 8051 單片機(jī) RS232 串口 鍵盤電路盤 LED 顯示模塊 串行微型打印機(jī) DS12887 日歷 /時(shí)鐘 存 儲(chǔ) 器 傳 感 器 5 被檢測(cè)的各種參數(shù)（溫度、流量、壓力、位移、速度等）由傳感器變換成易于后續(xù)處理的電信號(hào)。 及時(shí)保存數(shù)據(jù)：對(duì)采集的數(shù)據(jù)按時(shí)間及時(shí)進(jìn)行保存。 4 第 2 章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說明 在檢測(cè)系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分是以信息流的過程來劃分的。在一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 A／ D轉(zhuǎn)換又是十分重要的環(huán)節(jié)。 數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制技術(shù)廣泛地滲透到化工、輕工、熱工、電力、水力、能源、環(huán)保、航空、航天、機(jī)械制造和精密儀器等各個(gè)領(lǐng)域，需求廣泛?？梢灶A(yù)言：隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊 20世紀(jì) 90年代后期，各國(guó)的單片機(jī)和外圍芯片大量涌入我國(guó)，各種開發(fā)工具和軟件應(yīng)有盡有，大大提高了我國(guó)單片機(jī)的應(yīng)用水平。在智能儀器，信號(hào)處理以及工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，都存在數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制問題。 第 2章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說明 ............................. .4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 .............................................................. 4 系統(tǒng)各部分的功能 ............................................................ 4 信號(hào)調(diào)理部分 .......................................................... 5 數(shù)據(jù)處理部分 .......................................................... 6 第 3章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................... 8 主要芯片介紹 ................................................................ 8 8051AH的功能特點(diǎn) ...................................................... 8 ADC0809的功能特點(diǎn) .................................................... 10 DS12887的功能特點(diǎn) .................................................... 11 功能模塊電路設(shè)計(jì) ........................................................... 13 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì) .................................................. 13 查詢打印模塊電路設(shè)計(jì) .................................................. 16 第 4章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................. 18 .................................................. 19 PC通信的分析與設(shè)計(jì) ................................................. 30 ，打印功能的實(shí)現(xiàn) ........................................................ 33 第 5章 誤差分析 ..................................................... 37 第 6章 結(jié)束語(yǔ) ....................................................... 38 致 謝 .............................................................. 40 參考文獻(xiàn) ........................................................... 39 附 錄 .............................................................. 41 2 基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 ： 面對(duì)大量的數(shù)據(jù)，人工處理已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足時(shí)代的要求，依靠微電子技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和顯示 ，成為適應(yīng)時(shí)代步伐的唯一有效捷徑 。 ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)，數(shù)據(jù)，采集，打印，查詢，上位機(jī)通信 ABSTRACT KEY WORDS: signal chip microputer 、 acquisition、 PCmuncation 3 第 1 章 前 言 數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理以及控制等，它是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支。 隨著科學(xué)和技術(shù)的需要，在速度、分辨率、精度、接口能力、軟件設(shè)計(jì)以及抗干擾能力等方面向現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了越來越高的要求。設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和顯示、查詢、打印系統(tǒng)，可以把傳感器信號(hào)經(jīng)過處理后，進(jìn)行控制和存儲(chǔ)傳給上位機(jī) PC，以滿足遠(yuǎn)程控制和無(wú)人工作站的建立。而對(duì)于利用數(shù)據(jù)采集芯片的系統(tǒng)，由于芯片集成了A／ D轉(zhuǎn)換、閃速／電擦除存儲(chǔ)器、定時(shí)／計(jì)數(shù)器等電路，加上它的高轉(zhuǎn)換速度和高精度，能大大降低系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間和成本、縮小設(shè)備體積、提高系統(tǒng)可靠性和電氣性能指標(biāo)，較適合于設(shè)計(jì)低功耗、便攜式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 用單片機(jī)來對(duì) 系統(tǒng) 進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高 采集數(shù)據(jù) 的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 1 M a y 20 0 6 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ u s e r \桌面 \畢業(yè)設(shè)計(jì) \參考資料 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:傳感器 0傳感器 1傳感器 2傳感器 3傳感器 4傳感器 5傳感器 6傳感器 7A / D 轉(zhuǎn)換器單片機(jī)鎖存器E P R O MR A MR A M地址總線信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理查詢打印數(shù)據(jù)通信R A M數(shù)據(jù)顯示 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 8 路數(shù)據(jù)采集：可以進(jìn)行 8 路 0~5V 的模擬電壓進(jìn)行循環(huán)采集，每路采集的 8 次，超出界限LED顯示報(bào)警，將采得的數(shù)據(jù)求平均。其具體組成框圖如圖 1 .2. 1 所示。所以我們把 微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)也常稱為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，或簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 （ 1）傳感器接收被測(cè)量（如物理量、化學(xué)量、生物量等），然后才能將其變換為另一種與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且容易測(cè)量的量（通常為電學(xué)量）。此外，某些傳感器內(nèi)阻比較大，輸出功率較小，這樣放大器還起阻抗變換器的作用來緩沖輸入信號(hào)。為了提高模擬輸入信號(hào)的信噪比，常常需要使用濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行一定的衰減。因?yàn)檫@時(shí)可以使用普通的微秒級(jí) A/D 轉(zhuǎn)換器從容地分時(shí)處理這些信號(hào)。所以 要根據(jù)具體情況來選擇多路模擬開關(guān) 。 （ 1）實(shí)時(shí)采樣：數(shù)據(jù)采集開始后， 信號(hào)波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)即被采人并數(shù)字化，經(jīng)過一個(gè)采樣間隔后．再采入第二個(gè)采樣點(diǎn)，這樣一直將整個(gè)信號(hào)波形數(shù)字化并存入存儲(chǔ)器中。 除了“定時(shí)采樣”（等間隔采樣）外，“實(shí)時(shí)采樣”通常使用“變步長(zhǎng)采樣”，即“等點(diǎn)采樣”。由于波形可以重復(fù)取得．因此采樣可以用較慢的速度進(jìn)行，采集的樣本可以是時(shí)序的（步進(jìn)、步退、差額），也可以是隨機(jī)的。由于輸入信號(hào)變化的速度不同，系統(tǒng)對(duì)分辨率、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同。使用串行輸出結(jié)果的方式對(duì)長(zhǎng)距離傳輸和需要光電隔離的場(chǎng)合較為有利。這個(gè)多位數(shù)是二進(jìn)制分?jǐn)?shù)，代表這個(gè)未知輸入電壓 Vex與 ADC的滿刻度電壓 ， ADC是微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它的性 能往往直接影響整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)。單片機(jī)還需要把數(shù)據(jù)分析和處理之后的結(jié)果寫入存儲(chǔ)器以備將來分析和使用，通常還需要把結(jié)果顯示出來。從鍵盤發(fā)出指令，進(jìn)入不同的模式，實(shí)現(xiàn)不同的功能。 ( l ）模擬顯示是利用指針對(duì)標(biāo)尺的相對(duì)位置來表示被測(cè)量數(shù)值的大小，如毫伏表、毫安表等，其特點(diǎn)是讀數(shù)方便、直觀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià) 格低廉，在檢測(cè)系統(tǒng)中一直被大量使用。 ( 3 ）圖像顯示是指用屏幕顯示（ CRT ）讀數(shù)或被測(cè)參數(shù)變化的曲線，主要用于計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中。本系統(tǒng)硬件包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)模塊。 8051AH的功能特點(diǎn) MCS51系列單片機(jī)是 1980年 Intel公司推出的 8位單片機(jī)系列，由于它良好的性價(jià)比，此后其他一些公司也相繼研制并生產(chǎn) MCS51 系列單片機(jī) 8051 及其兼容芯片。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它是數(shù)據(jù)總線和地址總線低 8位分時(shí)復(fù)用的接口：在 EPROM編程時(shí)，在接收指令字節(jié)；在驗(yàn)證程序時(shí)，輸出指令字 節(jié)，并要求外接上拉電阻。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8位地址；在對(duì) EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，接受高 8位地址。 備用電源功能 VPD：當(dāng) Vcc掉電時(shí)，在 Vcc下降到操作系統(tǒng)允許極限之前， RST/VPD引腳接上備用電源，向內(nèi)部 RAM 供電，這時(shí)系統(tǒng)處于一種低功耗方式。其中 XTAL1 為該放大器的輸入引腳， XTAL2 為該放大器的輸出引腳。另外， ALE信號(hào)還可以作為應(yīng)用系統(tǒng)中頻率要求較低的其他部件的時(shí)鐘信號(hào)、計(jì)數(shù)信號(hào)等。由于 MCS51系列單片機(jī)外部程序和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 是獨(dú)立的，但地址是重疊的，因此除了在指令上加以區(qū)分外，控制信號(hào)也有所不同。當(dāng)訪問該地址范圍的存儲(chǔ)單 元時(shí)，由于 MCS51 系列單片機(jī)的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器地址與片內(nèi)程序是重疊的，所以用 EA 引腳電平來區(qū)分是訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，還是訪問外部程序存儲(chǔ)器。 Vcc： +5V工作電壓。 ADC0809的功能特點(diǎn) ADC0809數(shù)據(jù)采集元件是單片 CMOS器件，具有 8位模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、 8通道的多路開關(guān)以及和微處理器相兼容的控制邏輯，這個(gè) 8位 A / D 轉(zhuǎn)換器使用逐位逼近作為轉(zhuǎn)換技術(shù)。 集許多 A / D 轉(zhuǎn)換技術(shù)于一體， ADC0808和 ADC0809 的設(shè)計(jì)被優(yōu)化，它們提供高速、高精度、最小溫度相關(guān)性、極好的長(zhǎng)期精度和可重復(fù)性以及最小功耗。 11 ALE：地址鎖存允許信號(hào)，輸入，高電平有效。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，高電平有效。 D0 為最低位， D7 為最高位。 VR+， VR：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。在大多數(shù)情況下，可以在引腳 5上接一 1kΩ 電位器來實(shí)現(xiàn)。 DS12887的功能特點(diǎn) DS12887 是美國(guó)達(dá)拉斯半導(dǎo)體公司最新推出的時(shí)鐘芯片 ，采用 CMOS 技術(shù)制成，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集于芯片內(nèi)部，同時(shí)它與目前 IBM AT計(jì)算機(jī)常用的時(shí)鐘芯片 MC146818B和 DS1287管腳兼容，可直接替換。 (3)二進(jìn)制數(shù)碼或 BCD碼表示時(shí)間、日歷和定鬧。當(dāng) 5V 電壓在正常范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)可讀寫；當(dāng) VCC 低于 ，讀寫被禁止，計(jì)時(shí)功能仍繼續(xù)；當(dāng) VCC下降到 3V以下時(shí)， RAM和計(jì)時(shí)器被切換到內(nèi)部鋰電池。 AS(地址選通輸入 )：用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離，在 AD/ALE的下降沿把地址鎖入 DS12887。選 MOTOROLA時(shí)序時(shí)， R/W是一電平信號(hào)，指示當(dāng)前周期是讀或?qū)懼芷冢?DSO為高電平時(shí)， R/W高電平指示讀周期， R/W低電平指示寫周期；選 INTEL時(shí)序， R/W 信號(hào)是一低電平信號(hào)，稱為 WR。沒有中斷條件滿足時(shí)， IRQ 處于高阻態(tài)。作為一個(gè)單獨(dú)的增益跟隨器工作，其