【正文】 ，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。 [1] 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。 [1] 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)東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 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。數(shù)據(jù)采集也是從一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對(duì)象信東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 息的過(guò)程。 傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機(jī)的支持 ， 不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ， 它的存儲(chǔ)容量都是有限的 ， 所以不得不對(duì)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋刷新 ， 這樣不利于用戶對(duì) 數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析 ， 因而也不能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。 本章小結(jié) 本章主要介紹了采集系統(tǒng)的發(fā)展歷史，從 20世紀(jì) 50年代 開始至今，并詳細(xì)介紹了每個(gè)階段的采集系統(tǒng)的組成。 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。 圖 21 系統(tǒng)框圖 方案論證 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計(jì)算機(jī)中的一個(gè)重要的分支。 [9] 溫度采集模塊 [15] 方案一 ： 低電壓 10 位數(shù)字溫度傳感器 AD7314。它具有低的電源電流特性，這使其適合各種應(yīng)用，包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、辦公設(shè)備和消費(fèi)類電子。 AD7314 非常適合那些低功耗、低電壓是主要考慮因素的便攜式和電池供電的應(yīng)用場(chǎng)合。 熱電偶傳感器具有價(jià)廉、精度高、構(gòu)造簡(jiǎn)單、測(cè)量范圍寬 (通常從 50～+1600 ℃ )及反應(yīng)快速的優(yōu)點(diǎn)。 DS18B20 是由美國(guó) DALLAS 公司提供的一種單總線系統(tǒng)的數(shù)字溫度傳感器 ，它可提供二進(jìn)制 9 位溫度信息 ， 分辨率為 0. 5℃ ， 可在 55～ +125℃的范圍內(nèi)測(cè)量溫度。此特性可普遍應(yīng)用在包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、建筑物和設(shè)備內(nèi)的溫度場(chǎng)測(cè)量 ， 以及過(guò)程監(jiān)視和控制中的溫度檢測(cè)中。缺點(diǎn)是容易燒毀，必須加限流電阻。缺點(diǎn)是電路接線較多，顯示內(nèi)容少，只能顯示數(shù)字，不能顯示中文。 方案二 ： 采用蜂鳴器輸出 提示。根據(jù)案件的識(shí)別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。 在單片機(jī)中，如果所需的按鍵較少，可采用獨(dú)立式鍵盤。無(wú)按鍵按下時(shí)， ~ 線上均輸入高電平。如對(duì)于 20 只按鍵接口，如采用按鍵獨(dú)立方式，需要 20 個(gè) I/O 口。 圖 23 矩陣式按鍵接口圖 在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有 4 個(gè)，所以采取獨(dú)立按鍵接口方式。 表 21 系統(tǒng)的元器件清單 器件名稱 型號(hào) 原理圖中標(biāo)號(hào) 器件名稱 型號(hào) 原理圖中標(biāo)號(hào) 電阻 10K R R R R R R8 按鍵 RES、 K K K K4 R2 液晶顯示器 LCD1602 LCD1 330 R7 單片機(jī) AT89C51 U1 電容 22pf C1 MAX232 U3 30pf C2 燈 LAMP 10nf C C5 蜂鳴器 BELL 1nf C C C7 串口 J1 三極管 MPS6514 Q1 溫度傳感器 DS18B20 U2 晶振 12MHZ X1 LED LEDRED D1 AT89C51單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于 將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的AT89C51 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡(jiǎn)版本。4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 一 個(gè) 5 向量?jī)杉?jí) 中斷 結(jié)構(gòu) 圖 24 AT89C51的引腳圖 VCC：供電電壓。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。在 FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。當(dāng) P3 口寫入 “ 1” 后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 RST：復(fù)位輸入。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。此時(shí) ， 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(chǔ)器取指期間，每個(gè)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。 芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。以上特點(diǎn)使 DS18B20 非常適用于遠(yuǎn)距離多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)。 F～ +257176。 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 26 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) ROM 中的 64 位序列碼是出廠前被 光刻好的，它可以看作是該 DS18B20 的地址序列碼，每個(gè) DS18B20 的 64 位序列碼均不相同。 表 23 64位 ROM結(jié)構(gòu)示 意圖 8位產(chǎn)品系列編碼 48位序列號(hào) 8位 CRC編號(hào) MSB LSB MSB LSB MSB LSB (最高有效位 ) (最低有效位 ) 如圖 27 所示， DS18B20 的內(nèi)部存儲(chǔ)器包括一個(gè)高速暫存（便箋式） RAM 和一個(gè)非易失性 EEPROM（高溫觸發(fā)器 TH、低溫觸發(fā)器 TL和配置寄存器）。這一過(guò)程確保了更改存儲(chǔ)器時(shí)數(shù)據(jù)的完整性。如果在使用 DS18B20 的過(guò)程中不對(duì)其施加告警搜索命令，則第 2 和第 3 個(gè)字節(jié)可用作通用用戶存儲(chǔ)器，在本系統(tǒng)中即作為通用存儲(chǔ)器使用，定義這兩個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)該溫度傳感器在系統(tǒng)中的序號(hào)，為每個(gè)溫度傳感器分配的序號(hào)在系統(tǒng)中是唯一的。如表24 所示（ DS18B20 出廠時(shí)被設(shè)置為 12 位）。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值 以16 位帶符號(hào)擴(kuò)展的二進(jìn)制補(bǔ)碼形式存儲(chǔ)在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0， 1 字節(jié)。根據(jù) DS18B20 的協(xié)議規(guī)定，微控制器控制 DS18B20 完成溫度的轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)以下 3 個(gè)步驟 ： （ 1） 每次讀寫前對(duì) DS18B20 進(jìn)行復(fù)位初始化。 表 26 DS18B20 的存儲(chǔ)器指令集 指令名稱 指令代碼 指令功能 溫度變換 44H 啟動(dòng) DS18B20 進(jìn)行溫度轉(zhuǎn) 換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)為 500ms，結(jié)果存入內(nèi)部 9 字節(jié) RAM 中 讀暫存器 0BEH 讀內(nèi)部 RAM 中 9 字節(jié)的內(nèi)容 寫暫存器 4EH 發(fā)出向內(nèi)部 RAM 的第 4 字節(jié)寫上。 該腳電平為高時(shí)表示將進(jìn)行數(shù)據(jù)操作；為低時(shí)表示進(jìn)行命令操作 ； RW： 也是很多液晶上都有的引腳 是讀寫選擇端 該腳電平為高是表示要對(duì)液晶進(jìn)行讀操作；為低時(shí)表示要進(jìn)行寫操作 ； 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 E： 同樣很多液晶模塊有此引腳 通常在總線上信號(hào)穩(wěn)定后給一正脈沖通知把數(shù)據(jù)讀走，在此腳為高電平的時(shí)候總線不允許變化 ； D0— D7： 8 位雙向并行總線，用來(lái)傳送命令和數(shù)據(jù) ； BLA 是背光源正極， BLK 是背光源負(fù)極。 [15] 的指令碼（命令碼） 此液晶上電的時(shí)候需要初始化典型的指令碼是 38H，也就是上電的時(shí)候需要調(diào)用 INIT_LCD 這個(gè) 子程序 寫指令碼，用法是 MOV A,38H； 執(zhí)行完這個(gè) 命令 可以把液晶初始化成 16x2 顯示 5x7 的點(diǎn)陣 8 位總線接口。 0 0 0 0 1 0 0 0 08H 關(guān)液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 不顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 0 0 1 09H 關(guān)液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 0 1 0 0AH 關(guān)液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 不顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 0 1 1 0BH 關(guān)液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 0 0 0CH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 不顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 0 1 0DH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 1 0 0EH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 不顯示光標(biāo)位置 0 0 0 0 1 1 1 1 0FH 開液晶顯示 光標(biāo)不閃爍 顯示光標(biāo)位置 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 第 3章 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)原理及分析 系統(tǒng)總體流程圖 系統(tǒng)的工作流程如圖 31，首先器件上電復(fù)位，溫度檢測(cè)芯片 DS18B20 檢測(cè)當(dāng)前 溫度。鍵盤控制電路可以顯示當(dāng)前設(shè)置的上下限溫度值，以及修改溫度值。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號(hào)，以防電源開關(guān)或電源插頭分 合過(guò)程中引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 為了電路的穩(wěn)定性起見 ， ATMEL 公司建議在 晶振的兩引腳處接入兩個(gè) 10pf50pf 的瓷片電容接地來(lái)削減偕波對(duì)電路的穩(wěn)定性的影響 ,晶振所配的電容在 10pf50pf 之間都可以 。 電路 圖 34 溫度檢測(cè)電路 如圖 34 所示，溫度檢測(cè)器件 DS18B20 通過(guò)數(shù)據(jù)線 DQ 連接單片機(jī)的 口， Vcc 接電源正極，通過(guò) R2 連接到 口。 單片機(jī)和 DS18B20之間的信號(hào)傳送如圖 35所示。單片機(jī)直接發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，此時(shí)單片機(jī)或外接電源必須提供足夠的電流（最少 1mA） ， 持續(xù)時(shí)間為 500ms。 主機(jī)發(fā)出延時(shí)復(fù)位低脈沖 MOV R1,04H TSR1: DJNZ R0,$ MOV R0,6BH DJNZ R1,TSR1 SETB DQ 。 置 1 標(biāo)志位 ,表示 DS1820 存在 JMP TSR5 TSR4: CLR FLAG1 。 表 31 LCD1602控制功能 指令 功能 1 清屏 清 DDRAM 和 AC 值 2 歸位 AC＝ 0，光標(biāo)、畫面回 HOME 位 3 輸入方式設(shè)置 設(shè)置光標(biāo)、畫面移動(dòng)方式 4 顯示開關(guān)控制 設(shè)置顯示、光標(biāo)及閃爍開、關(guān) 5 光標(biāo)，畫面位移 光標(biāo)、畫面移動(dòng)，不影響 DDRAM 東北石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過(guò)指令編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如表 32 所示。 RW 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 LCD1602 液晶顯示器數(shù)據(jù)線 DB0～ DB7 連接單片機(jī) P0 口， 3 條控制線 RS， RW， E 分別接 ， ， 。初始化 LCD LCALL STORE_DATA 。開顯示，顯示光標(biāo)，光標(biāo)不閃爍 LCALL WCOM LCALL DELAY1 MOV A,01H 。即當(dāng) DS18B20 檢測(cè)到的實(shí)時(shí)溫度值超出預(yù)設(shè)溫度值范圍時(shí)，產(chǎn)生信號(hào)發(fā)給單片機(jī)，單片機(jī)使 持續(xù)產(chǎn)生低電平，使得蜂鳴器鳴響。但是這只是對(duì)傳感器的位讀取操作，用循環(huán)指令即可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器存儲(chǔ)器的讀取操作。 溫度傳感器 DS18B20 的讀取時(shí)序如圖 39 所示。讀前總線保持為低 NOP NOP NOP SETB DQ 。等待 100 微妙 RRC A 。 MAX 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 310 所示 圖 310 MAX232的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 第一部分 ： 電荷泵電路。 由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道 。 第三部分 ： 供電