【正文】 ....................................................... 30 5 調(diào)試與結(jié)果 .............................................................................................................. 33 總結(jié)與體會(huì) .................................................................................................................. 34 IV 致 謝 ............................................................................................................................ 34 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 35 附錄 1 ........................................................................................................................... 36 附錄 2 ........................................................................................................................... 37 1 1 緒論 研究背景及目的意義 近年來(lái)，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們?cè)絹?lái)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(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)。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) 90 年代至今， 在國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)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。 2 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。它起始于 20 世紀(jì)中期，在過(guò)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(zhǎng)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。 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)。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。在軟件結(jié)構(gòu)上，它主要由多路信號(hào)采集， PC機(jī)與單片機(jī)通訊，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，數(shù)據(jù)處理及保存等程序。 (2)研究基于多機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。 70 年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速 A/D 轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。而單片機(jī)是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路，多路切換電路，采樣保持電路， A/D,單片機(jī)等組成。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號(hào)很多，而其轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 AD 轉(zhuǎn)換器主要指標(biāo) （ 1）分辨率（ Resolution）。是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的 AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。因此習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。通常是 1 個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為 1LSB、 1/2LSB。滿刻度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸人信號(hào)與理想 6 輸人信號(hào)值之差。 結(jié)合以上原則，同時(shí)參考價(jià)格和實(shí)用性比較， ADC0808 總的不可調(diào)誤差為177。針對(duì)所做設(shè)計(jì)中所要使用的單片機(jī)進(jìn)行了如下簡(jiǎn)短的比較。因?yàn)樗鼉?nèi)部寄存器在進(jìn)行八位除以八位的除法指令，商為八位，精度嫌不夠，用得不多。低電平時(shí)，吸入電流可達(dá) 20mA，具有一定的驅(qū)動(dòng)能力；而為高電平時(shí)，輸出電流僅數(shù)十μ A甚至更小，基本上沒(méi)有驅(qū)動(dòng)能力。此外它還具有體積大、 ROM 少等 缺點(diǎn)。 PIC 系列單片機(jī)的 I/O 腳增加了用于設(shè)置輸入或輸出狀態(tài)的方向寄存器從而解決了 51系列 I/O 腳為高電平時(shí)同為輸入和輸出的狀態(tài)。精度較 51 也有明顯的改善。在編程過(guò)程中，得反復(fù)地選擇對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)體這多少給編程帶來(lái)了一些麻煩。與 PIC 系列相當(dāng)。雖不如 PIC，但比 51 系列強(qiáng)。系統(tǒng)穩(wěn)定性不強(qiáng)。片內(nèi)集 成了多個(gè) 32 位的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器，可滿足對(duì)精度的要求。 設(shè)計(jì)中單片機(jī)不需要處理大量的數(shù)據(jù)，要求的精度不是很高，并不需要更高性能的單片機(jī)。 RS232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。接收器典型的工作電平在 +3～+12V與 3～ 12V。計(jì)算機(jī)上的串行通信端口 RS232是標(biāo)配，雖然與現(xiàn)在的一些新出的標(biāo)準(zhǔn)相比， RS232通信數(shù)據(jù)低，傳輸距離短，但由于其控制相對(duì)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)成本低，在許多工控設(shè)備、電子測(cè)量?jī)x器上都備有RS232通信端 121P明。 RS422的信號(hào)將被傳送出去時(shí)會(huì)先分成正負(fù)的兩條線路，當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，再將信號(hào)相減還原回原來(lái)的信號(hào)。 “使能”端是用于控籟發(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。其DB9連接器引腳定義。 RS422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必 須的信號(hào)交換均可以按軟件方式 (XON/x0FF握手 )或硬件方式(一對(duì)單獨(dú)的雙絞線 )實(shí)現(xiàn)。一般 100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速 率僅為 lMB/s。 （ 2）單一電源 +5V供電 。特別需要注意的是 DB9串口的 2腳為數(shù)據(jù)接收腳， 3腳為數(shù)據(jù)發(fā)送腳，而 DB25串口的 2腳， 3腳功能恰好相反 。 顯示部分 能夠滿足顯示的元器件很多， LED 數(shù)碼管、 LCD 液晶顯示均能夠?qū)崿F(xiàn)。故，本設(shè)計(jì)中采用直流電壓表測(cè)量。 然后，分別對(duì)系統(tǒng)硬件所需要要的元器件進(jìn)行分析，多種型號(hào)進(jìn)行對(duì)比，選擇出適合本設(shè)計(jì)的元器件。通過(guò)對(duì) LED 數(shù)碼管和 LCD 液晶屏對(duì)比，選擇了顯示信息比較直觀的 LCD 液晶屏。 13 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓由 89C51 單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)電壓的值傳到 LCD 上面滾動(dòng)顯示。 AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,1 個(gè)全雙工串行通信口。 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 復(fù)位電路完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始工作。單片機(jī)要復(fù)位，本質(zhì)上是在其 RESET 腳上保持一定時(shí)間的高電平，單片機(jī)檢測(cè)到這個(gè)電平保持時(shí)間（兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平）大于它要求的時(shí)間就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。所以本設(shè)計(jì)采用按鈕復(fù)位。 時(shí)鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。晶體可以在 ～ 12MHz 之間選擇，典型值為 6MHz 和 12MHz。 采用串口時(shí)常使 。 圖 內(nèi)部振蕩電路 電容 C C2 的大小均為 50pf，由于在 560pf 之間可起到對(duì)頻率微調(diào)的作用，故，選擇了 50pf。 HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。 BF為 1 17 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。可以自定義 8個(gè) 5*7點(diǎn)陣字符或者 4個(gè) 5*10點(diǎn)陣字符。 LCD顯示電路如圖 。而單片機(jī)的 P0口設(shè)計(jì)是漏極開路。而在 Protues仿真時(shí)，接與不接效果一樣，但在實(shí)際中遵循這一原理。故本設(shè)計(jì)選取 10k電阻阻值 。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。 8 腳（ R2IN）、 9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 MAX 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 19 圖 MAX232 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 。如選他 T1IN 接單片機(jī)的發(fā)送端 TXD，則 PC 機(jī)、的RS— 232 的接收端 RD 一定要對(duì)應(yīng)接 T1OUT 引腳。由于在 Pc機(jī)上的 COM口采用的是 RS232電平，而單片機(jī)串行接口采用的 TTL電平。 MAX232的工作電平高于收發(fā)器的工作電壓，需要進(jìn)行電壓抬升。 4個(gè)電容構(gòu)成電荷泵電路，產(chǎn)生 +12v和 12v兩個(gè)電源，提供給 RS232串口電平的需要， 4個(gè)電容 均 選取 。一般在硬件仿真時(shí)采用 ADC0808 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用 ADC0809 進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 。 ALE：地址鎖存信號(hào)。 OE：輸出允許信號(hào)，高電平有效。 Vcc： +5V電源。 表 通道 選擇 通道選擇 ADDA ADDB ADDC 通道選擇 ADDA ADDB ADDC IN0 0 0 0 IN4 0 0 1 IN1 1 0 0 IN5 1 0 1 IN2 0 1 0 IN6 0 1 1 IN3 1 1 0 IN7 1 1 1 ADC0808 時(shí)序圖及其接口電路 ADC0808 的時(shí)序圖如圖 所示： 圖 ADC0808 的時(shí)序圖 其工作過(guò)程是： ALE 的上升沿將 A、 B、 C 端選擇的通道地址鎖存到 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端。該信號(hào)通?？勺鳛橹袛嗌暾?qǐng)信號(hào)。 ADC0808 與 AT89C51 單片機(jī)的接口方式，如圖 所示 。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào)RD，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 當(dāng) P1^0 輸入高電平， P1^2 輸入低電平時(shí)， ADC0808 采集 IN1 引腳所傳輸?shù)哪M電壓。START 上升沿將逐次逼近 寄存器 復(fù)位。 ADC0808 轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于芯片的時(shí)鐘頻率，一般時(shí)鐘頻率選取在10kHz~650kHz，通常選取 500kHz，此時(shí) Tconv=128us。系統(tǒng)中復(fù)位電路，采用的是按鈕復(fù)位電路，通過(guò) RC 振蕩電路實(shí)現(xiàn)內(nèi)部振蕩 。 4 軟件部分 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)有主函數(shù)模塊、 LCD 驅(qū)動(dòng)模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換器模塊、串口通信模塊組成。程序設(shè)計(jì)為 申請(qǐng)中斷，故，初值 TH0=0x3C,TL0=0Xb0，開總中斷， 當(dāng)程序執(zhí)行 時(shí)，執(zhí)行中斷服 務(wù)程序，中斷服務(wù)程序工作寄存組采用 1 組，服務(wù)程序中，采用5 次中斷服務(wù)程序，執(zhí)行允許向 LCD 發(fā)送數(shù)據(jù)。 其流程圖如 所示 。調(diào)用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以將采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制出曲線圖，以便可以更直觀的觀察數(shù)據(jù) 變化 登陸系統(tǒng) 和主界面 打開軟件，進(jìn)入登陸界面 如圖 。也可以在登陸界面點(diǎn)擊修改密碼，進(jìn)行密碼修改 。密碼修改窗體中通過(guò)三個(gè)標(biāo)簽用來(lái)顯示輸入項(xiàng)的類型，通過(guò)三個(gè)text 文本框來(lái)輸入原密碼和新密碼，以及新密碼重復(fù)。 圖 密碼修改窗體 如果原密碼和新密碼均正確輸入，點(diǎn)擊確定后，在 6秒內(nèi)自動(dòng)退出回到登陸界面，否則提示輸入數(shù)值錯(cuò)誤。當(dāng)點(diǎn)擊采集數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)串口傳輸上來(lái)的數(shù)據(jù)保存在一個(gè)文本框中，并保存在各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便能夠更 方便 的調(diào)用、處理這些數(shù)據(jù)。從而達(dá)到無(wú)法執(zhí)行按鈕背后的語(yǔ)句。當(dāng)通信事件發(fā)生時(shí)， MSConma控件會(huì)觸發(fā)OnComm事件，調(diào)用者可以捕獲該事件，通過(guò)檢查其 CommEveut屬性便可確認(rèn)發(fā)生的是哪種事件或錯(cuò)誤，從麗再傲相應(yīng)的處理。其 30 中波特率的范圍為 300～ 19200b/s。 （ 6)lnputMode定義 Input屬性獲得數(shù)據(jù)的方式； 0為文本； l為二進(jìn)制。 實(shí)時(shí)曲線 點(diǎn)擊 “ 歷史曲線 ” ，便進(jìn)入了每個(gè)通道歷史數(shù)據(jù)的曲線顯示 。每一條線后面都對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)點(diǎn)，當(dāng)程序沒(méi)運(yùn)行 1000ms 時(shí)，第 6 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)將賦 31 值給第 7 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將賦值給第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。 當(dāng)點(diǎn)擊通路 1時(shí)，界面顯示通路1的數(shù)據(jù)曲線；當(dāng)點(diǎn)擊通路 2時(shí)，界面顯示通路 2的數(shù)據(jù)曲線；當(dāng)點(diǎn)擊通路 3時(shí)，界面顯示通路 3的數(shù)據(jù)曲線。為了達(dá)到同時(shí)顯示 7個(gè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線，并達(dá)到動(dòng)態(tài)的效果。為了結(jié)合曲線，將曲線的每一條線的坐標(biāo)數(shù)據(jù)算出（由于橫坐標(biāo)不變，根據(jù)縱坐標(biāo)的變化）將每一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的值分別賦值給每一條曲線的縱軸。 32 圖 通路 2實(shí)時(shí)曲線 圖 通路 3實(shí)時(shí)曲線 33 5 調(diào)試 與 結(jié)果 該 系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。在硬件系統(tǒng)中，通過(guò)硬件電路和程序結(jié)合，通過(guò)每隔 1 秒，在