【正文】 33 江 IV 附錄 2 程序清單 ..................................... 34 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 1 1 緒論 研究背景及其目的意義 近年來，數(shù)據(jù)采集及其應用受到了人們越來越廣泛的關注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應用于各種領域。數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設計，數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了單片機 AT89C52 來實現(xiàn)，硬件部分是以單片機為核心，還包括 A/D 模 數(shù)轉換模塊，顯示模塊和串行接口部分。 本文介紹的重點是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而該系統(tǒng)硬件部分的重心在于單片機。軟件部分應用 VC++編寫控制軟件，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進行了設計。大概在 60 年代后期，國外市場就有成套的數(shù)據(jù)采集設備出現(xiàn) [1]。 20 世紀 80 年代計算機 的高速發(fā)展和在生活中的應用，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得了較快的發(fā)展，逐步出現(xiàn)了自動測試系統(tǒng)與通用的數(shù)據(jù)采集。 20世紀 80 年代中后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了驚人的變化，單片機、大規(guī)模集成電路和工業(yè)計算機的組合，用軟件來完成管理任務，使系統(tǒng)的體積變小，成本降低，功能大大增強，數(shù)據(jù)處理能力倍增 [3]。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊化結構，根據(jù)不同的應用需求，通過簡單的增加和更改模塊，江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 2 并結合系統(tǒng)編程，就可以擴展和修改系統(tǒng)，迅速組成一個新的系統(tǒng)。 國內外研究現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號并轉換成數(shù) 字信號，并進行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。近年來，又成功研制了動態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強、低功耗可靠性的 TDE324C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如愛爾蘭 ACRA 公司 2022 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了 2022 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。 傳統(tǒng)的基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是因為沒有上位機的支持 ,所以 無論使用什么樣的數(shù)據(jù)存儲器 ,它都只有有限的存儲容量 ,所以不得不覆蓋刷新歷史數(shù)據(jù) ,這樣一來不利于用戶整體分析數(shù)據(jù) ,因而也不能準確地把握生產過程的狀況并做出適當?shù)挠媱潯? 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 4 2 數(shù)據(jù)采集總體設計 系統(tǒng)設計的基本要求 （ 1） 將采集的模擬信號轉換成方便處理的數(shù)字量。 （ 5） 給出具體的硬件和軟件。 （ 4） 系統(tǒng)中相關器件要盡可能做到性能匹配。原來由硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)及小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路變?yōu)楸挥晌⑻幚砥骺刂频牟杉到y(tǒng)所代替。在該系統(tǒng)中采用的是 8051 系列的單片機。由于采集的信號多種多樣，需要多種轉換器把信號轉換為電壓模擬信號，本文就不不作介紹。 通信模塊：采用 RS485 標準實現(xiàn)單片機與 PC 機間的通信 。但在實際工程設計中必不可少。 AT89C52 單片機 美國 ATMEL 公司生產的 AT89C52 是低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內含 256 bytes 的隨機數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）和 8K bytes 的可反復擦寫的只讀程序存儲器 (EEPROM)，器件不僅采用 ATMEL 公司的非易失性、高密度存儲技術生產，而且兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產品的引腳，片內置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元， AT89C52 單片機的強大功能，能適合于許多比較復雜的控制應用場合?？臻e方式體制 CPU 的工作，但允許 RAM、定時 /計數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 單片機的時鐘電路連接圖如圖 33 所示 ,18 引腳和 19 引腳接時鐘電路 ,在單片機內部有一個高增益反相放大器， XTAL1 接外部晶振和微調電容的一端 ,在片內它是高增益反相放大器的輸入 ,XTAL2 接外部晶振和微調電容的另一端 ,在片內它是高增益反相放大器的輸出，所以這樣就構成了自激振蕩器。 另外計算機系統(tǒng)在工作的時候，有時會不可避免地受到一些外界的干擾，如電源的波動、電磁場的干擾、現(xiàn)場環(huán)境的干擾等，這些都可能造成系統(tǒng)“死機”或程序跑飛，使系統(tǒng)不能正常 工作。為此，在單片機或嵌入式系統(tǒng)中引入自動監(jiān)視技術，即俗稱的看門狗技術（ WatchDog）。這些操作是系統(tǒng)自動檢測和進行的，不需要人為干預，可保證應用系統(tǒng)可靠地工作。 A/D 模數(shù)轉換的選擇 A/D 轉換器的 種類很多，就位數(shù)來說，可以分為 8 位、 10 位、 12 位和 16位等。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉換器，其轉換時間從幾微秒到幾百微秒。 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 10 下面就具體的介紹一下 ADC0809 的工作原理。轉換時間為 100μ s。當 CBA=000 時， IN0 輸入，當CBA=111 時， IN7 輸入。三態(tài)輸 出， D7 是最高位， D0 是最低位。上升沿后高電平有效。 A/D 轉換開始使 EOC 端輸出低電平； A/D 轉換結束， EOC 輸出高電平。 A/D 轉化模塊對模擬量進行一次模數(shù)轉換，要用到一個 ADC0809，又因為它們之間的時鐘頻率不一樣，所以需要用 74LS74 對其進行一個二分頻的工作，這里只需要將 74LS74 的第 3 根引腳 CLK1 與單片機 AT89C52 的第 30 根 ALE 引腳相連，將 74LS74 的第 9 根引腳 Q2 與 ADC0809 的時鐘信號 CLK 引腳相連。在讀取轉換結果時，用低電平的讀信號 RD，產生的正脈沖作為 OE 信號，用以打開三態(tài)輸出鎖存器。 該部分的連接圖如圖 36 所示 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40JP2AT89C52GNDCLKSTEOCRDLE11Q21D32D42Q53Q63D74D84Q9OE115Q125D136D146Q157Q167D178D188Q19U674LS573VCCSTRDCLR11D12CLK13PR14Q15Q16GND7Q28Q29PR210CLK211D212CLR213VCC14U274LS74GNDVCCALECLKALEVCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13U4ADC0809VCCEOCVCC 圖 36 ADC0809 與單片機的連接圖 鍵盤模塊 鍵盤是一種常見的輸入設備，用戶可以向計算機輸入數(shù)據(jù)或命令。 獨立按鍵接口 在單片機中，如果所需的按鍵較少，可采用獨立式鍵盤。無按鍵按下時， ~ 線上均輸入高電平。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要 9 個 I/O 口。 LED 數(shù)碼管顯示模塊 在小型控制裝置和數(shù)字化儀器儀表中，往往只要幾個簡單的數(shù)字顯示或字狀態(tài)便可滿足現(xiàn)場的需求，而顯示數(shù)碼管 LED 因其成本低廉、配置靈活、與計算江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 14 機接 口方便等特點，在小型微機控制系統(tǒng)中得到極為廣泛的應用 [12]。 8 段 LED 有共陰極和共陽極兩種結構，分別如圖 39圖 393 所示。 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 15 表 32 LED 段選碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 0 3FH 6 7DH C 39H 1 06H 7 07H d 5EH 2 5BH 8 7FH E 79H 3 4FH 9 6FH F 71H 4 66H A 77H 滅 00H 5 6DH b 7CH 顯示驅動芯片 74LS573 74LS573 的八個鎖存器都是透明的 D 型鎖存器，當使能端為 1 時， Q 輸出端和數(shù)據(jù)端 的輸入相同。特別適用于緩沖寄存器， I/O 通道，雙向總線驅動器和工作寄存器 [14]。 RS232 雖然 是 現(xiàn)在 最常用的串行通訊接口。 傳輸距離 短 ，最大傳輸距離 的 標準值 是 50 英尺，實際 傳輸距離僅 在 50米 以內 [16]。 MAX485接口芯片是 Maxim 公司的一種 RS－ 485接 口芯片。它可以實現(xiàn)將 TTL 電平轉換為 RS－ 485電平的功能。只需要一個信號控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。首先從菜單中的工程中“新建工程”，建立我們將要做的工程項目： 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 20 接下來 Keil 環(huán)境要求我們?yōu)?12 工程選擇一個單片機型號；我們選擇 Ateml公司的 89C52。根據(jù)題意，在文檔中寫入代碼，寫完后再檢查一下，然后保存，然后再將保存好的文檔添加到工程中，具體做法如下： 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 22 程序文件添加完畢后，對其進行編譯當前程序、編譯修改過的文件并生成應用程序、重新編譯所有文件并生成應用程 序后，再點擊 TARGET，則其頁面為： 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 23 再點擊圖案上的 Output 鍵 接下來就是點擊上圖中的 select folder for objects 鍵，得到下圖將其產生的 HEX 文件存儲在 E 盤 zh 文件夾中。當沒有鍵按下時，則送一個數(shù) F 給 LED 顯示器。其流程圖如圖 43 所示 開 始選 定 通 道 號開 始 轉 換結 束轉 換 結 束 將 得 到 的 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 給 串 口 圖 43 模數(shù)轉換子程序流程圖 （ 4） 鍵盤掃描子程序 Keys_Scan() 該程序是先將行選好，然后再選定列就可以確定到具體的哪一個按鍵。然后調用延時，接著將 、 口置 0，下面是重復上面的過程，直到要顯示的數(shù)字全部顯示在數(shù)碼上。下位機是直接控制設備獲取設備狀 況的微型機，一般是指 PLC/單片機之類的。 現(xiàn)代化集中管理需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、制表、打印、繪圖、報警等 ,同時 ,又要求對現(xiàn)場裝置進行實時控制，完成各種規(guī)定操作，達到集中管理的目的。由于單片機具有價格低廉 、 體積小、 適應環(huán)境能力強等 特點 ,分布式系統(tǒng)大多 使 用單片機作為下位機來 完成 數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制 的任務 。 江蘇師范大學本科生畢業(yè)設計 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 30 6 結論 本系統(tǒng)具有 成本低廉 、結構簡單 、 實時性強、可靠性高及抗干擾能力較強等特點的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，用戶只需加入相應的溫度、濕度及壓力等傳感器，即可實現(xiàn)相應的多路數(shù)據(jù)采集監(jiān)測功能。在此 次設計的整體過程中， 我始終保持積極態(tài)度和韌性。在此，本人由衷的表示的感謝！ 感謝江蘇師范大學電氣工程及自動化學院的老師們在這四年里不僅在專業(yè)的學習上給予我的幫助，更感謝他們在我的為人處事上給予的教誨。 sbit smgk=P2^7。i120。 smgd=1。 smgk=0。 P0=LEDData[d/10%1