【正文】 電子技術(shù)應(yīng)用， 2021， 指導教師簽字 時 間 2021 年 10 月 9 日 摘要 本文介紹了基于單片機的數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是模擬域與數(shù)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。 8路被測電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 PCF8591 進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過 USBUART 轉(zhuǎn)換電路PL2303 或串口 RS232傳輸?shù)缴衔粰C，由上位機負責數(shù)據(jù)的接受、處理和顯示，并用 LED數(shù)碼顯示器來顯示所采集的結(jié)果。 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 實現(xiàn)步驟 .........................................................................................................................4 預(yù)期成果 .........................................................................................................................4 第二章 開發(fā)環(huán)境及開發(fā)工具 .................................................................................. Protel99se 介紹 ........................................................................................................ KeilUvision3 介紹 ............................................................................................ Microsoft Visual Studio 2021 介紹 ......................................................... 其它 ......................................................................................................................... 第 三 章 數(shù)據(jù)采集 ................................................................................................ 6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) .............................................. 7 方案論證 .................................................. 8 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選 擇 ...................................... 8 單片機的選擇 ............................................ 8 串行口的選擇 ........................................... 9 LED 顯示部分 ............................................ 9 按鍵 ................................................... 6 通信方式 ..............................................................................................................7 第 四 章 硬件部分 .................................................................................................10 ................................ 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 ...................................................................................................................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 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代碼 ................................................................................. PC 機接收顯示界面代碼 ..................................................................................... 附錄 C 單片機元件清單 .................................................................................. 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)用受到了人們越來越廣泛的關(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。 20世 紀 70 年代后期，隨著微型機的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計算機溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。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、通用接口總線和計算機組成。 20世紀 90 年代至今，在國際上技術(shù)先進的國家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。 盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(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，把它插在微機的擴展槽內(nèi)并輔以應(yīng)用軟件，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會對基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。它起始于 20 世紀中期，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)也取得了長足的進步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。該數(shù)據(jù)采集對拾震計輸出的電信號模擬放大后送至A/D 數(shù)字化， A/D 采用同時采樣，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。如愛爾蘭 ACRA 公司 2021 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了 2021 年。數(shù)據(jù)采集也是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。 本系統(tǒng)采用下位機負責模擬數(shù)據(jù)的采集 ,從單片機負責采集八路數(shù)據(jù)，并應(yīng)答主機發(fā)送的命令， 上位機即主機是負責處理接受過來的數(shù)字量的處理及顯示 ，主機和從機之間用 PL2303或 RS232進行通信。然后通過 PL2303或 RS232轉(zhuǎn)換送到 PC機上顯示，顯示界面為我們送的串口調(diào)試界面。 用 USB接口與電腦相連，實現(xiàn) PC機與下位機相連。 設(shè)計階段：分為概要設(shè)計和詳細設(shè)計，解決系統(tǒng)怎樣做的問題。 完成階段：撰寫《基于 C51單片機采集系統(tǒng)的設(shè)計報告》及畢業(yè)論文。 電路工程設(shè)計部分 (1)電路原理設(shè)計部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計部分包括電路圖 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 。 （ 3）自動布線系統(tǒng)（ Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個基于形狀（ Shapebased）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現(xiàn) PCB 設(shè)計的自動化。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)計達到最簡化?？傮w來說是一個非常龐大的軟件，甚至包含代碼測試 功能。 其特點有： 支持 Visual Basic、 C、 C++ 和 J 語言。 支持母板頁，用于跨 Web 應(yīng)用程序維護一致的外觀。 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。硬件連接方面，傳統(tǒng)臺式 PC機支持標準 RS232接口 ，當下帶有串口的 PC很少見，所以需要 usb/232轉(zhuǎn)換接口， 并且安裝相應(yīng)驅(qū)動程序。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。在該系統(tǒng)中采用的是 PCF8591 系列的單片機。 完成畢業(yè)設(shè)計所需要的系統(tǒng)框圖如圖 ： 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。 (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)點是抗干擾能力強，精度比較高，缺點是數(shù)度很慢，適用于對轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。單片機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內(nèi)。 我們還采用了 USBUART 轉(zhuǎn)換電路進行通行， USB 接口既可以為單片機提供電源也可以實現(xiàn)單片機與 PC 機的的連接從而實現(xiàn)電壓值的接受與轉(zhuǎn)換。 LED 數(shù)碼顯示有動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。通過復(fù)位可以瞬間讓單片機處于初始狀態(tài)，轉(zhuǎn)動滑動變阻器后按復(fù)位鍵，電壓值會相應(yīng)的變?yōu)檎_的電壓值。 RS232C接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。 2） I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。如圖所示： 3）該設(shè)計采用的是 I2C 通信的方式 第四章 硬件部分 原理圖設(shè)計 該系統(tǒng)是一個主從式多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主機和從機均用單片機實現(xiàn)，它的主機部分負責數(shù)據(jù)處理和顯示，主機和從機之間用 USB— UART 轉(zhuǎn)換電路 PL2303 進行通信。 晶振 類似單片機的心臟，是給單片機提供工作節(jié)拍的，旁邊的電容是起振作用。 STC89C52 中的 端與 端分別與 24C01 的 SDA 端和 SCL 端相連。只有加載了網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝后，電路板的自動布線才能完成。 3． 自動布線： Protel DXP 2021 中自動布線的功能相當強大，只要把有關(guān)參數(shù)設(shè)置得適當，元件布局合理，系 統(tǒng)就會根據(jù)設(shè)置的規(guī)則選擇最佳的布線策略進行自動布線，成功率幾乎 100%。這些電路能在軟件的控制下準確快速的完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。 8 位單片機在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占 主流地位，代表了單片機的發(fā)展方向，在單片機應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。它與單板機或個人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機芯片的結(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)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能。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。 STC89C52 單片機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。編程速度很快，擦除時也無需紫外線，非常方便。還有兩個時鐘引腳 XTALXTAL2。 單片機具有四種總線形式： 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。當 P1 口的管腳第一次