【正文】 據(jù)采集 一般數(shù)字信號(hào)的獲得需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集，這就需要高 速，高性能的 A/D 轉(zhuǎn)換相適應(yīng)。國內(nèi)也早已能夠生產(chǎn) COP400 系列的 4位單片機(jī)。它們不但進(jìn)一步擴(kuò)大了片內(nèi) ROM 和 RAM 的容量，而且還增加了高級(jí)通信，DMA 傳送和高速 I/O 功能。 2． 2． 2 按用途分類 按用途分類，可將單片機(jī)分為通用型單片機(jī)和專用型單片機(jī)兩種。 單片機(jī) 的特點(diǎn) 由于單片機(jī)是在一塊大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路芯片上集成了微型計(jì)算機(jī)的主要功能單元，本身就是具有一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)，因此，其緊湊的結(jié)構(gòu)，小巧的形體在許多應(yīng)用場合是其他類型的計(jì)算機(jī)所不能比擬的，其特點(diǎn)歸納如下： 如前所述，單片機(jī)就是一個(gè)計(jì)算機(jī)芯片，在這個(gè)芯片上集成了計(jì)算機(jī)的基本功能部件，甚至是構(gòu)成技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的各功能部件。隨著各種新技術(shù)的不斷發(fā)展，各廠商在提高單片機(jī)性能的同時(shí)進(jìn)一步降低價(jià)格，性能價(jià)格比成為競爭焦點(diǎn)之一，因此，從總體上講單片機(jī)優(yōu)于普通的微處理器。主機(jī)呼叫時(shí)，發(fā)出長度為 1 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)（即從機(jī)地址），從機(jī)應(yīng)答時(shí)向上傳送 3 個(gè)雙字節(jié)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為如圖（ 32）： AA+數(shù)據(jù)， 圖 32 數(shù)據(jù)格式 即 7 個(gè)字節(jié)。由于各路數(shù)據(jù)收發(fā)獨(dú)立，且并行傳送時(shí)間短，由前端數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)處理單元的傳送時(shí)間主要取決于串行通信所用的時(shí)間，以 9600bps 傳送 7 個(gè) 字 節(jié) 數(shù) 據(jù) 的 時(shí) 間 7*10*1/9600=，各路傳送并行工作，主處理器幾乎可以同時(shí)獲取數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集器采樣間隔不低于 20ms 時(shí)，該方案的數(shù)據(jù)處理具有較好的實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)隔離器：數(shù)據(jù)隔離器采用芯片 74LS244 ， 74LS244 是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器，主要用于三態(tài)輸出的存儲(chǔ)地址驅(qū)動(dòng)器、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和總線定向接收器和定向發(fā)送器等 3. Profibusdp 總線： 單片機(jī)帶有的一個(gè)全雙工串行通行口提高了單片機(jī)以及帶串行口的外設(shè)的數(shù)據(jù)交換能力。 8031 有 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， 3 個(gè)16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)全雙工串行通信口， 2 個(gè)讀寫口線， 8031 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它輸出高 8 位地址；在對(duì) EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，他接收高8 位地址。 t= ～ =2181。給應(yīng)用系統(tǒng)中的地址鎖存器提供鎖存控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)地址 /數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用。 3． /Vpp：內(nèi)部程序存儲(chǔ)器選擇 /編程電壓引腳，輸入。 5．時(shí)鐘引腳 XTAL1 和 XTAL2 ：是 8031 單片機(jī)的時(shí)鐘引腳，兩引腳連接于單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)高增益反向放大器，用于與外部震蕩源一起構(gòu)成震蕩電路，其中 XTAL1 為該放大器的輸入引腳， XTAL2 為該放大器的輸出引腳。 2 個(gè)串行中斷 則需要放大器加以放大。 如圖 所示。 3. 建立時(shí)間：指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至測量放大器輸出電壓達(dá)到并保持在給定誤差351210 )21( RRRRUU UKGii ?????傳感器標(biāo)定系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) １５ 范圍內(nèi)所需的時(shí)間。 當(dāng) RS = 100 kΩ 177。執(zhí)行MOVX（ IN） 指令時(shí)，微處理器發(fā)出讀寄存器信號(hào)，該信號(hào)通常是端口地址和讀信號(hào) RD產(chǎn)生的。 （ 2）串行傳輸，數(shù)據(jù)在一個(gè)信道上按位順序傳輸。半雙工通信是指信息流可以在兩個(gè)方向上傳送，但同一時(shí)刻只限于一個(gè)方向傳送，如圖 42（ b）所示。 （ 2）數(shù)據(jù)信號(hào)速率?？梢苑譃橐韵?4種方式。一個(gè)字符一般由 8 位組成，低 7 位是信息字符 的 ASCII，最高位是奇偶校驗(yàn)位。 表 51 傳輸介質(zhì)性能比較 傳感器標(biāo)定系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ２０ 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) 串行通信的連接接口與連線電纜是直觀可見的，它們的相互兼容是通信得以保證的第一要求。 PROFIBUS 協(xié)議以 ISO/OSI 參考模型為基礎(chǔ)，第 1 層為物理層，定義了物理的傳輸特性；第 2 層為數(shù)據(jù)鏈路層；第 3～ 6 層PROFIBUS 未使用；第 7 層為應(yīng)用層，定義了應(yīng)用的功能 .這種簡化的結(jié)構(gòu)確保了PROFIBUS DP 的快速、高效的數(shù)據(jù)傳輸。 總線控制方法決定一個(gè)節(jié)點(diǎn)何時(shí)可以發(fā)送數(shù)據(jù)。起引腳功能分述如下： DB0～ DB7：雙向緩沖器總線，與 CPU 總線連接，用于在 CPU 和 8279 之間傳送命令，數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。 IRQ： 中斷請(qǐng)求線，高電平有效。 SHIFT： 字型變換輸入線，在鍵盤方式時(shí)，用于擴(kuò)充鍵的功能，可以用作鍵盤的上下檔功能鍵。 這是兩個(gè) 16*4 顯示刷新寄存器的輸出端。 鍵盤的工作原理 微機(jī)系統(tǒng)中最常用的鍵盤是非編碼鍵盤，非編碼鍵盤又可以分為線性鍵盤和非線性鍵盤。圖中行線為 a0～ a3，列線為b0～ b2。 3． 7． 3 LED 數(shù)碼管顯示器的工作原理 由于 CPU 可向 LED 數(shù)碼管輸出任意二進(jìn)制段碼，故不像一般數(shù)字系統(tǒng)那樣在 LED 前要接譯碼器。 傳感器標(biāo)定系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ２６ 還需注意，在多位 LED 顯示中，既要使每一位的顯示信息有一個(gè)持續(xù)時(shí)間，可用循環(huán)延時(shí)程序?qū)崿F(xiàn)，又要保證一遍一遍地進(jìn)行循環(huán)時(shí)不出現(xiàn)閃爍，在軟，硬件設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮LED 的位數(shù)不能太多，顯示的延時(shí)要適中。同時(shí)，主處理器將相應(yīng)的總線隔離器打開，使它與該接收器建立并行數(shù)據(jù)通信通道，待傳送完畢后，同時(shí)主處理器關(guān)閉通信通道，解除與該接收器的連接，數(shù)據(jù)接收器的數(shù)據(jù)傳送過程如圖 32 所示。接收數(shù)據(jù)放 50H～ 56H MOV R7 ,7 ；接收 7 個(gè)字節(jié) JBC RI ,$ ；等待接收， RI=1，則結(jié)束等待 NEXT: MOV A ,SBUF 。在中斷處理程序中，通過查詢 ～ 的狀態(tài)便可確定是哪一路申請(qǐng)發(fā)送數(shù)據(jù)。主處理器與數(shù)據(jù)接收器的信息交換是通過中斷方式進(jìn)行的。允許 T1 工作 MOV SCON , 40H 。 根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長度確定輸出緩沖區(qū) ， 輸入緩沖區(qū)及指針 。 要想使哪位顯示，就應(yīng)給其公共端提供有效電平（共陽極為“ 1”，共陰極為“ 0”），而給其它位的公共端提供無效電平。若列線全為“ 1”，則無鍵按下；若列線不全為“ 1”，則將剛讀回的列線狀態(tài)從列線輸出，并讀取行線狀態(tài)，那么，說明為“ 0”的行列相交的鍵被按下。把若干個(gè)按鍵排列成矩陣形式，每一行和每一列都占用 I/O 端口的一位。 ，可將鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤 編碼鍵盤： 主要用硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)按鍵的定義和識(shí)別。 OUTA0～ OUTA3： A組顯示輸出線（顯示 RAM 高 4 位）。 RL0～ RL7：回送線，內(nèi)部有有源提升電路，以保持高電平，有鍵閉和為低電平。 A0=1 時(shí)，選擇命令 或狀態(tài)寄存器， A0=0 時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器。 8279 的主要功能如下： （ 1） 鍵盤與顯示器能同時(shí)工作； （ 2） 掃描式鍵盤工作方式； （ 3） 掃描式傳感器工作方式； （ 4） 用選通方式送入輸入信號(hào)； （ 5） 帶有 8字符的鍵盤先入先出存儲(chǔ)器（ FIFO） （ 6） 觸點(diǎn)回彈時(shí)兩鍵封鎖或 N鍵巡回； （ 7） 雙排 8字或 16 字節(jié)顯示器； （ 8） 可右入或左出的 16 字節(jié)顯示 RAM； （ 9） 工作方式可由 CPU 編程； （ 10） 可編程掃描定時(shí)，鍵盤送入時(shí)有中斷輸出。 傳感器標(biāo)定系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ２１ 圖 39 西門子 PLC 構(gòu)成的 DP 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) PROFIBUS DP 系統(tǒng)組態(tài)可分為帶 DP 口的主站系統(tǒng)，采用通信模板 CP 的主站系統(tǒng)傳感器標(biāo)定系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ２２ 以及帶智能從站的 DP 系統(tǒng)。當(dāng) 主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，從站回送給主站相應(yīng)的信息。 其中雙絞線（帶屏蔽）成本低，安裝簡單；光纜尺寸小，重量輕，傳輸距離遠(yuǎn)，但成本高，安裝維修需專用儀器。 ① 奇偶校驗(yàn)碼。 （ 1） 差錯(cuò)控制方式。 （ 1）調(diào)制速率。單工通信是指信息的傳送始終保持同一個(gè)方向，而不能進(jìn)行反向傳送，如圖 42（ a）所示。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由傳送設(shè)備、傳送控制設(shè)備和傳送協(xié)議、通信軟件等組成。 8 個(gè)數(shù)據(jù)輸出端1Y1～ 1Y4， 2Y1～ 2Y4 與微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連， 8個(gè)數(shù)據(jù)輸入端 1A1～ 1A4， 2A1～ 2A4與外設(shè) 相連。 6. 共模抑制比：共模抑制比 CMRR 可用下式計(jì)算： 測量放大器集成芯片 AD521 是集成測量放大器，采用 14 腳雙列直插式封裝。這個(gè)數(shù)字相當(dāng)于 12 位 A／ D 轉(zhuǎn)換器在滿量程為 10V的 8 個(gè) LSB 值。 抗共模干擾能力：⑴ 對(duì)直流共模信號(hào)，其抑制比為無窮大。 低功耗空閑和掉電模式 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 2． Vss：接地端。前面介紹的RD， WR 是用于讀 /寫數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的，而 PSEN 是用于讀程序代碼的，它在應(yīng)用系統(tǒng)中接程序存儲(chǔ)器的讀控制端。 3．控制引腳 8031 單片機(jī)的控制引腳有一部分占用 P3 口線，前面已經(jīng)介紹，另一部分是單獨(dú)的引腳，介紹如下。在震蕩信號(hào)正常運(yùn)行情況下，只要 RST 引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，系統(tǒng)就能復(fù)位。在EPROM 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收底 8位地址。 3． 2． 1 8031 處理器 數(shù)據(jù)處理器采用 8031 單片機(jī)。經(jīng)過預(yù)處理的數(shù)據(jù)，由串行口發(fā)送端 TXD 發(fā)出，在硬件上要用 A/D 轉(zhuǎn)換器 輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換成 profibusdp總線信號(hào)規(guī)則進(jìn)行傳送。 3． 1． 1 主從式結(jié)構(gòu) 分散采樣，集中處理 該方案較好地解決了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性問題 即主從式結(jié)構(gòu) 從機(jī)：工作在現(xiàn)場狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集單元仍然是以 CPU 為核 心的智能單元，以串行方式發(fā)給數(shù)據(jù)處理單元；主機(jī)：主機(jī)的任務(wù)是系統(tǒng)管理，初值設(shè)定，通過串行通訊接口向從機(jī)發(fā)送各種命令和初值，接收從機(jī)發(fā)送來來的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出最終結(jié)果。另外，為防止因突然掉電造成信息丟失或損壞，單片機(jī)基本上都設(shè)計(jì)了備用電源引腳，可以很方便地接入備用電源，以利保護(hù)信息。 單片機(jī)特有的結(jié)構(gòu)形式，提高了運(yùn)算速度。它們通常是微控制系統(tǒng)的集成化產(chǎn)品。 5． 64 位單片機(jī) 64 位單片機(jī)的處理能力是任何 32 位單片機(jī)都無法達(dá)到的。在 8位單片機(jī)中，一般把無串行 I/O 接口和只提供小范圍的尋址空間（小于 8KB）的單片機(jī)稱為低檔的 8 位單片機(jī)，如 Intel 公司MCS48 系列和 Faichild 公司的 F8 就屬于此類；把帶有串行 I/O 接口或 A/D 轉(zhuǎn)換以及進(jìn)行 64KB以上尋址的單片機(jī)，稱為高檔的 8位單片機(jī)，如 Intel公司的 MCS51系列， Motorala公司的 MC6810， Zilog 公司的 Z8 等。 1． 4位單片機(jī) 4 位單片機(jī)的主要生產(chǎn)國是日本，如 Sharp 公司的 SM 系列，東芝公司的 TCLS 系列，NEC 公司的 uCOM75**系列等。如：可設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集器，它除了正常的低 通濾波， RC 濾波外，還可用 PHOTOMOS 光繼電器對(duì)每路信 號(hào)進(jìn)行隔離，每路信號(hào)的地線都獨(dú)立開來。 PROFIBUSDP 主要用于現(xiàn)場設(shè)備之間的通信 ,有較高的實(shí)時(shí)性 ,數(shù)據(jù)傳輸速率為 kbit/s12Mbit/s,響應(yīng)時(shí)間為幾百微秒到幾百秒 ,傳輸技術(shù)主要用 RS485,DP 從站能夠接收PLC 或 DCS 等主站 控制數(shù)據(jù) ,構(gòu)成一個(gè)數(shù)字化、智能雙向、多點(diǎn)的現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò) ,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制 。 Profibusdp bus。針對(duì)這一問題 ,用數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 , 提高了數(shù)據(jù)采集的速度和精確度 , 用 的單片機(jī) 對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 , 實(shí)現(xiàn)了測試數(shù)據(jù)的規(guī)范化。 07 計(jì)算及計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力 5 具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理能力；能運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行資料搜集、加工、處理和輔 助設(shè)計(jì)等。 02 科學(xué)實(shí)踐、調(diào)研 7 通過實(shí)驗(yàn)、試驗(yàn)、查閱文獻(xiàn)、深入生產(chǎn)實(shí) 踐等渠道獲取與課程設(shè)計(jì)有關(guān)的材料。 10 設(shè)計(jì)說明書（論文）質(zhì)量 30 綜述簡練完整，有見解；立論正確，論述充分，結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)正確，分析處理科學(xué)。 [關(guān)鍵詞 ] 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；單片機(jī)（ 8031）； profibusdp 總線 ； 靜 動(dòng) 態(tài)特性標(biāo)定 傳感器標(biāo)定系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) II Abstract In the process of the sensor design, manufacture, use, along with the change of time and the surrounding environment, its parameters wi