【正文】 電壓表 .................................................................................................. 11 小結(jié) .................................................................................................................. 11 3 硬件部分 ................................................................................................................ 12 硬件電路概況 ................................................................................................ 12 單片機 ............................................................................................................ 13 單片機 的最小系統(tǒng) .......................................................................................... 14 LCD 顯示電路 ................................................................................................. 16 串行口通信 ..................................................................................................... 18 A/D 轉(zhuǎn)換電路 ................................................................................................. 21 小結(jié) .................................................................................................................. 24 4 軟件部分 ................................................................................................................ 24 單片機程序設(shè)計 ............................................................................................ 24 上位機程序設(shè)計 ............................................................................................ 26 登陸系統(tǒng)和主界面 ............................................................................... 26 實時曲線 ............................................................................................... 30 5 調(diào)試與結(jié)果 .............................................................................................................. 33 總結(jié)與體會 .................................................................................................................. 34 IV 致 謝 ............................................................................................................................ 34 參考文獻 ...................................................................................................................... 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，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(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。 在分析了不同類型的單片機的特點及單片機與 PC機通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了單片機控制的采集系統(tǒng)，并通過串口通信實現(xiàn)單片機與 PC機之間的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送并將數(shù)據(jù)在 PC機上顯示，完成單機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動檢測儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因 而獲得了驚人的發(fā)展。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) （ DAS） 。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學(xué)實驗、飛機飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。本系統(tǒng)采用 16 位（ A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達 500K/S,同步時間為 +/250ns，可以利用方式組成高達 1000 通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。該項工作是研究了PC杌與多單片機通信的分布式結(jié)構(gòu)的通信方式及總線特點，設(shè)計了基于 RS232總線的多機多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并給出了該系統(tǒng)硬件、軟件實現(xiàn)的方法及該系統(tǒng)的性能測試及分析。在該系統(tǒng)中采用的是 MCS51 系列 的單片機。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種速度 快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器， 其轉(zhuǎn)換時間在幾微秒到幾百微秒之間。積分型 AD 的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速 AD，逐次比較型 AD 是微秒 級屬中速 AD，全并行 /串并行型 AD 可達到納秒級。 （ 4）偏移誤差（ Offset Error）。2LSB，轉(zhuǎn)換時間取決于時鐘頻率，單一電源，具有可控三態(tài)輸出緩存器，使用時不需要進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。而八位乘八位的 乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。 PIC 系列 優(yōu)點： CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，而 51 系列有 111 條指令， AVR 單片機有118 條指令，都比前者復(fù)雜。 具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動能力強等特點。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業(yè)。 ARM 系列 隨著電子設(shè)備智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度的不斷提高， ARM 單片機以其低功耗和高性價比逐漸占領(lǐng)了市場成為市場的主流產(chǎn)品。同時，根據(jù)價格，資料，知識方面，選擇 51 單片機比較合適。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2v至 3v左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約 15米，最高速率為20kb/s。這樣可有效防止雜訊的干擾，傳輸距離和速度也得到提高。 由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比 RS232更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可按 lO個節(jié)點。 在此串行通信方式選擇中，由于本設(shè)計對采集的模擬速率低，且對周圍環(huán)境要求 不嚴格， 從設(shè)計的簡單實用，利于維護，并考慮成本方面的因素，對以上串行傳輸方式選擇，優(yōu)選 RS232 通信方式。 9針串口在實際生活中漸漸取代了 25針串口，由于 9針串口比較方便，使用簡單等特點， 9針串口和 25針串口的 引腳信號 對照 說明如表 。 小結(jié) 本章首先整體分析了 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)首先將采集到的信號傳輸給 A/D 轉(zhuǎn)換器，通過 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。由于電路中采用的是直流電流，故，本設(shè)計選用的是直流電壓表測量電壓。 主要特性：與 MCS51 兼容 ； 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ； 壽命 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時間 10年 ； 全靜態(tài)工作 0Hz24Hz； 三級程序存儲器鎖定 ；128*8位內(nèi)部 RAM； 32可編程 I/O線 ； 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 ； 5個中斷源 ； 可編程串行通道 ； 低功耗的閑置和掉電模式 ； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。最簡單的上電復(fù)位電路是用一個電容與一個電阻串聯(lián)組成，電容接 VCC，電阻接地， RESET 腳接在它們中間，當上電時，電容相當于短路，此時電阻上的電壓等于 VCC，經(jīng)過一段時間后電阻電壓逐漸變小直至為 0，只要 RC 時間選擇合適，就可以用來上電復(fù)位。這個振蕩電路和單片機內(nèi)部的時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘電路。內(nèi)部振蕩方式所得到的時鐘信號比較穩(wěn)定，應(yīng)用較多。 LM016L與單片機 MCU（ Microcontroller Unit）通訊可采用 8位或者 4位并行傳輸兩種方式。 AC可以存儲 DDRAM和 CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR，則 IR自動把地址碼裝入 AC，同時選擇 DDRAM或者 CGRAM單元。加之，如果輸出電流比較大，輸出的電平就會降低（電路中已經(jīng)有了一個上拉電阻，但是電阻太大，壓降太高），此時 上拉 電阻提供電流分量，把電平“拉高”。 串行口通信 MAX232簡介 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的 RS232標準串口設(shè)計的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電 ，可以實現(xiàn) TTL 電平與 RS232C 電平相互轉(zhuǎn)換的 IC芯片。 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DB9 插頭； DB9 插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。同時， R1OUT 接單片機的接受端 RXD 引腳，則 PC 機的 RS— 232 的發(fā)送端 TD 一定要對應(yīng)接 R1IN。 MAX232所采用的方法是利用電荷泵抬升電壓，因此需要 4個儲能電容。 ADC0808 內(nèi) 部節(jié) 構(gòu) 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器，它有 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關(guān)樹型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 CLK：時鐘信號，最高頻率為 640KHZ。 START 的下降驗啟動 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。 23 圖 ADC0809 與單片機的連接圖 由于 ADC0808 具有輸出 3 態(tài)鎖存器，其八位數(shù)據(jù)輸出引腳可直接與數(shù)據(jù)總線相連。當 P1^0 輸入低電平， P1^2 輸入高電平時， ADC0808 采集 IN2引腳所傳輸?shù)哪M電壓。 小結(jié) 本節(jié)分析了硬件電路總的概況，同時對每個小的電路模塊分別進行了分析。主函數(shù)模塊主要是通過將采集到的電壓值在 LCD 上面顯示，并將數(shù)據(jù)通過串 25 口發(fā)送到上位機上面，程序中最主要的是主函數(shù)模塊和串口通信模塊， 主函數(shù)流程 如圖 所示 圖 主 程序 首先設(shè)置定時器方式為 1，給 計數(shù)器 賦初值，由于選取的是方式 1， TH0 和TL0 組成了 16 為加法計數(shù)器 ， TH0 為高 8 位， TL0 為低 8 位，當 TL0 低 8 位計數(shù)溢出時自動向 TH0 進位，而 TH0 溢出時向中斷位 TF0 進位，并申請中斷。 圖 串口程序 TI 串行口發(fā) 送標志位， CPU 將發(fā)送數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 時，就啟動發(fā)送，沒發(fā)送完一個串行幀，硬件 TI自動置位。程序初始密碼為“ admin” ,將密碼保存在一個數(shù)據(jù)庫中。 登陸界面的賬號數(shù)據(jù)存儲在 中，密碼數(shù)據(jù)存放在 中，當輸入的賬號 、 密碼和 、 中的數(shù)據(jù)匹配上后才能進入系統(tǒng)，修改密碼是通過修改密碼界面改變 中的數(shù)據(jù)并保持，從而到達更改密碼的目的。 當點擊“采集數(shù)據(jù)”按鈕時，通過 timer()語句作為時間控制以一定的時間頻率從數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)。 （ 3)PortOpen設(shè)置 并返回通信 13的狀態(tài)，同時用來打開和關(guān)閉通信口。 實時曲線 ，是由 7 條線簡單的坐標變化而成的。 通路 1 實時曲線如圖 所示。達到曲線動態(tài)顯示的目的。 在整個