【正文】 124C型TDE224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。[11]由美國PASCO公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實驗的嶄新系統(tǒng)，它由3部分組成：（1）傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實時采集技術(shù)可實時采集物理實驗中各物理量的數(shù)據(jù)；（2）計算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計算機(jī)，采樣速率最高為25萬次/S；（3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。 該課題研究的主要內(nèi)容內(nèi)容數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一, 它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等問題。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),通常采用一些功能相對獨立的單片機(jī)系統(tǒng)來實現(xiàn),作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分,數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用的是STC89C52單片機(jī)，此芯片功能比較強(qiáng)大，能夠滿足設(shè)計要求。用Keil uvision3軟件編寫，通過串口調(diào)試助手將編寫程序下載的主芯片中。 預(yù)期成果 分析階段：單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求分析。實現(xiàn)階段：采用C語言及匯編語言編碼，采用KeiluVision3軟件完成，并用Protel 99 SE軟件進(jìn)行電路圖的繪制，用數(shù)據(jù)線串行來實現(xiàn)更為完整的系統(tǒng)功能。 Protel99se介紹Protel99SE是應(yīng)用于Windows9X/2000/NT操作系統(tǒng)下的EDA設(shè)計軟件，采用設(shè)計庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力和開放性及3D模擬功能，是一個32位的設(shè)計軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計，印制電路板設(shè)計和可編程邏輯器件設(shè)計等工作，可以設(shè)計32個信號層，16個電源地層和16個機(jī)加工層?！　。?）印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)（Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱PCB編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱PCBLib編輯器）和電路板組件管理器?！　。?）可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)（Advanced PLD 99）：可編程邏輯設(shè)計系統(tǒng)包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器（Waveform）。 Protel99SE的功能特性開放式集成化的設(shè)計管理體系　超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能　強(qiáng)大的設(shè)計自動化功能 Microsoft Visual Studio 2005介紹 Microsoft Visual Studio 。 Microsoft Visual Studio 2005 開發(fā)系統(tǒng)是一個完整的開發(fā)工具系列，旨在為Microsoft Windows 操作系統(tǒng)、Web和移動設(shè)備快速構(gòu)建和部署各種應(yīng)用程序。 幾乎適用于任何類型應(yīng)用程序的“拖放式”用戶界面設(shè)計器。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外，uVision3還提供了一個配置向?qū)Чδ?，加速了啟動代碼和配置文件的生成。Keil有以下幾個特點： 全功能的源代碼編輯器； 器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置； 項目管理器用來創(chuàng)建和維護(hù)用戶的項目； 集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用；1 所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對話框形式的；1 真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調(diào)試器；1 高級GDI(AGDI)接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和 Monitor51 進(jìn)行通信 其它 單片機(jī)下載驅(qū)動軟件：將Keil軟件編程代碼通過USB接口下載到主芯片STC89C52中，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電壓數(shù)據(jù)采集工作。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個領(lǐng)域。在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量，而 A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，他需要考慮的指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換誤差等等。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是LED數(shù)碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。A/D轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。鑒于上面三種方案，在價格、轉(zhuǎn)換速度及應(yīng)用程度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計選用的是逐漸逼近式A/D轉(zhuǎn)換器——PCF8591單片機(jī)是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計算機(jī)中的一個重要的分支。常用的芯片是MAX232，MAX232的優(yōu)點是：（1）一片芯片可以完成發(fā)送轉(zhuǎn)換和接收轉(zhuǎn)換的雙重功能。它使用了8個LED顯示管，其中7個用于顯示字符，1個用來顯示小數(shù)點，故通常稱之為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 按鍵 單片機(jī)中的復(fù)位方式有三種：手動按鈕復(fù)位、上電復(fù)位、積分型上電復(fù)位。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。本實驗中我們采用的是I2C通信。SCL線為高電平期間，SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號；SCL線為高電平期間，SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號。 由于單片機(jī)采用的是USB接口供電，且單片機(jī)必須與PC機(jī)保持串行通信，所以在本設(shè)計中采用了PL2303的USB—UART轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行通信。STC89C52的P0端的8個端口與74HC245的A1—A8端口相連，以及與74HC138的A0、AAE3端口相連，從而實現(xiàn)對4個數(shù)碼管的控制。原理圖如圖所示： 電路原理圖 PCB圖設(shè)計 設(shè)計中數(shù)據(jù)采集單片機(jī)的PCB圖是由單片機(jī)的原理圖生成的，其操作步驟為：1． 加載網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝：網(wǎng)絡(luò)表是自動布線的基礎(chǔ)，是連接原理圖和印制電路板的紐帶。元件布局是印制電路板設(shè)計中比較花費精力的一個步驟，需要設(shè)計者有足夠的耐心。電路圖如圖所示： 電路PCB圖 單片機(jī)（1） 單片機(jī)的概述 單片機(jī)是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運算能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）,隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），只讀程序存儲器（ROM），輸入輸出電路（I/O口），可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動電路（LCD或LED驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機(jī)上，構(gòu)成一個最小然而很完善的計算機(jī)系統(tǒng)。它們被應(yīng)用在不同領(lǐng)域里，8位單片機(jī)由于功能強(qiáng)大，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領(lǐng)域。然而單片機(jī)又不同于單板機(jī)，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強(qiáng)的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16 位 定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。最高運作頻率35Mhz，6T/12T可選。在STC89C52 內(nèi)部有FLASH 程序存儲器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可用在線使之處于編程狀態(tài)對其編程。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。單片機(jī)的引腳特點是： 單片機(jī)多功能，少引腳，使得引腳復(fù)用現(xiàn)象較多。P0 口：P0 口為一個8 位漏級開路雙向I/O 口，每腳可吸收8 個TTL 門電流?！　1 口：P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4 TTL 門電流。并因此作為輸入時，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故?！　3 口：P3 口管腳是8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4 個TTL 門電流。RST：復(fù)位輸入。在平時，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。此時， ALE 只有在執(zhí)行MOVX，MOVC 指令是ALE 才起作用。在由外部程序存儲器讀取指令期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN 有效。在FLASH 編程期間，此引腳也用于施加12V 編程電源（VPP）。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平10ms 來完成。改變編程的存儲單元地址和編程數(shù)據(jù)重復(fù)步驟（1）～（5），直到編程文件最后。6. 主要工作和內(nèi)容安排　　綜上所述，本著實用、可靠、安全、簡潔及經(jīng)濟(jì)等設(shè)計原則，設(shè)計開發(fā)了基于單片機(jī)STC89C52 LED數(shù)碼顯示器的應(yīng)用原理簡單的講，LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組成的，LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方式：（1）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。： LED內(nèi)部結(jié)構(gòu) 共陰極接法 為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個“8”字的七段，再加上1個小數(shù)點位，共計八段。 PCF8591是具有I2C總線接口的8位VD及D/A轉(zhuǎn)換器。引腳圖如圖1所示。 AO～A3：引腳地址端。 EXT：內(nèi)部、外部時鐘選擇線使用內(nèi)部時鐘時EXT接地。 PCF8591的引腳圖 PCF8591與STC89C52單片機(jī)的接口方式，： PCF8591與單片機(jī)的連接圖 PCF8591采用典型的I2C總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成?？偩€操作時，由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一字節(jié)。其格式如下所示：MSB LSB 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DO其中：Dl、DO兩位是A/D通道編號：00通道0，01通道1，10通道2， 通道3 D2 自動增益選擇（有效位為1）。最低兩位時通道編號位，當(dāng)對0通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時取00，當(dāng)對1通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時取01，當(dāng)對2通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時取10，當(dāng)對3通道的模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時取11。 開始I2C通信的讀數(shù)據(jù)UART發(fā)送數(shù)據(jù)到PC機(jī)界面顯示將所讀十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)LED顯示 （2）I2C通信的啟動i2c_start(）與停止i2c_stop()操作 該子程序部分SCL為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有SCL信號為低電平期間，SDA狀態(tài)才允許變化。該子程序部分是通過改變SDA和SCL的高低電平來實現(xiàn)控制24C01從而實現(xiàn)發(fā)送和接收。 第二個字節(jié)，發(fā)送數(shù)據(jù)的存儲地址，就是要讀取的數(shù)據(jù)所存儲在EEPROM中的位置。本設(shè)計中先通過I2C通信將數(shù)據(jù)接收存儲在EEPROM中，然后通過USB—UART轉(zhuǎn)換電路將數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)所做好的界面上，并進(jìn)行與LED電壓數(shù)值的同步顯示。（1） 初始化部分Form1_Load() 初始化部分Form1_Load()是對窗口端口的配置，設(shè)置端口為COM4口，波特率為9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。同時打開Microsoft Visual Studio 2005 軟件，用C語言編寫的PC機(jī)顯示界面，進(jìn)行編譯后所顯示的電壓數(shù)值與LED數(shù)碼管所顯示的數(shù)值同步。 困難與不足：首先，自己不會使用Protel99se畫圖，自己通過查看相關(guān)書籍、網(wǎng)上資料和視頻學(xué)習(xí)資料后，對本次設(shè)計中單片機(jī)進(jìn)行畫圖，但由于Protel99se元件庫中元件與本次設(shè)計中單片機(jī)中的元件不相符，所以在畫出相關(guān)的原理圖元件庫中的元件和PCB圖元件庫中的元件后，最終畫出了本次設(shè)計中單片機(jī)的原理圖和PCB圖。參考文獻(xiàn)[1] ，2010，65105[2] ，2009[3] ，2009，[4] 常鐵原，王欣，陳文軍. ，2008，[5] 葉紅海，[6] ，2009，4648，104110[7] 楊居義，楊曉琴，2009，135141[8] 劉剛，秦永左，2006，7698，134155[9] 林祝亮，武林，2006，[10] 元增民，2006，205266[11] 王琳，商周，2004，[12] V. Schmidt, Control, data acquisition, and remote participation for fusion research, Fusion Eng. Des. 81 (2006) 1702–1712. [13] , FiresignalData acquisition and control system and Design 82(2007)13591364.致謝在論文完成之際，我要特別感劉玉紅老師，在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，我得到了劉玉紅老師耐心細(xì)致的指導(dǎo)與幫助。畢業(yè)設(shè)計一路走下來，遇到很多難題，比起有些同學(xué)感覺自己很幸福，因為總能從老師那里找到解決的辦法，劉老師是那種誨人不倦的老師，直到現(xiàn)在，論文完成，劉老師還是在關(guān)注著我們的進(jìn)步。最后，感謝石家莊鐵道大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院對我的教育和栽培，謝謝！附錄A英文原文A MICROCONTROLLER BASED DATA ACQUISITION SYSTEM WITH USB INTERFACE M. Popa’, IEEE Member, M. Marcu2, A. S. Popa3 Computer and Software Engineering Department,Faculty of Automation and Computers, University Politehnica Timisoara,ROMANIA Email: mpopa , mmarcu Department of Mechatronics, Faculty of Mechanics, University Politehnica Timisoara