【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(jī) ............................................................................................................ 13 單片機(jī) 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(jī)程序設(shè)計(jì) ............................................................................................ 24 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) ............................................................................................ 26 登陸系統(tǒng)和主界面 ............................................................................... 26 實(shí)時(shí)曲線 ............................................................................................... 30 5 調(diào)試與結(jié)果 .............................................................................................................. 33 總結(jié)與體會(huì) .................................................................................................................. 34 IV 致 謝 ............................................................................................................................ 34 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 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(lái)，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們?cè)絹?lái)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(jī)的特點(diǎn)及單片機(jī)與 PC機(jī)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的采集系統(tǒng)，并通過(guò)串口通信實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送并將數(shù)據(jù)在 PC機(jī)上顯示，完成單機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過(guò)了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)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(jī)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(shí)驗(yàn)、飛機(jī)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(dá) 500K/S,同步時(shí)間為 +/250ns，可以利用方式組成高達(dá) 1000 通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。該項(xiàng)工作是研究了PC杌與多單片機(jī)通信的分布式結(jié)構(gòu)的通信方式及總線特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于 RS232總線的多機(jī)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(shí)現(xiàn)的方法及該系統(tǒng)的性能測(cè)試及分析。在該系統(tǒng)中采用的是 MCS51 系列 的單片機(jī)。 (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(shí)間在幾微秒到幾百微秒之間。積分型 AD 的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速 AD，逐次比較型 AD 是微秒 級(jí)屬中速 AD，全并行 /串并行型 AD 可達(dá)到納秒級(jí)。 （ 4）偏移誤差（ Offset Error）。2LSB，轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于時(shí)鐘頻率，單一電源，具有可控三態(tài)輸出緩存器，使用時(shí)不需要進(jìn)行零點(diǎn)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(diǎn)： CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，而 51 系列有 111 條指令， AVR 單片機(jī)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(dòng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)。它取消機(jī)器周期，以時(shí)鐘周期為指令周期，實(shí)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(jī)以其低功耗和高性價(jià)比逐漸占領(lǐng)了市場(chǎng)成為市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。同時(shí)，根據(jù)價(jià)格，資料，知識(shí)方面，選擇 51 單片機(jī)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(dòng)器比 RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可按 lO個(gè)節(jié)點(diǎn)。 在此串行通信方式選擇中，由于本設(shè)計(jì)對(duì)采集的模擬速率低，且對(duì)周圍環(huán)境要求 不嚴(yán)格， 從設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單實(shí)用，利于維護(hù)，并考慮成本方面的因素，對(duì)以上串行傳輸方式選擇，優(yōu)選 RS232 通信方式。 9針串口在實(shí)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(jiǎn)單等特點(diǎn)， 9針串口和 25針串口的 引腳信號(hào) 對(duì)照 說(shuō)明如表 。 小結(jié) 本章首先整體分析了 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)首先將采集到的信號(hào)傳輸給 A/D 轉(zhuǎn)換器，通過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。由于電路中采用的是直流電流，故，本設(shè)計(jì)選用的是直流電壓表測(cè)量電壓。 主要特性：與 MCS51 兼容 ； 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ； 壽命 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時(shí)間 10年 ； 全靜態(tài)工作 0Hz24Hz； 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ；128*8位內(nèi)部 RAM； 32可編程 I/O線 ； 兩個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ； 5個(gè)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(shí)鐘電路 。最簡(jiǎn)單的上電復(fù)位電路是用一個(gè)電容與一個(gè)電阻串聯(lián)組成，電容接 VCC，電阻接地， RESET 腳接在它們中間，當(dāng)上電時(shí)，電容相當(dāng)于短路，此時(shí)電阻上的電壓等于 VCC，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后電阻電壓逐漸變小直至為 0，只要 RC 時(shí)間選擇合適，就可以用來(lái)上電復(fù)位。這個(gè)振蕩電路和單片機(jī)內(nèi)部的時(shí)鐘電路一起構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路。內(nèi)部振蕩方式所得到的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，應(yīng)用較多。 LM016L與單片機(jī) 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(chǔ) DDRAM和 CGRAM的地址，如果地址碼隨指令寫入 IR，則 IR自動(dòng)把地址碼裝入 AC，同時(shí)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(huì)降低（電路中已經(jīng)有了一個(gè)上拉電阻，但是電阻太大，壓降太高），此時(shí) 上拉 電阻提供電流分量，把電平“拉高”。 串行口通信 MAX232簡(jiǎn)介 MAX232芯片是美信公司專門為電腦的 RS232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的接口電路 ,使用 +5v 單電源供電 ，可以實(shí)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(shí)， R1OUT 接單片機(jī)的接受端 RXD 引腳，則 PC 機(jī)的 RS— 232 的發(fā)送端 TD 一定要對(duì)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(gè)儲(chǔ)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(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開(kāi)關(guān)樹(shù)型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)，最高頻率為 640KHZ。 START 的下降驗(yàn)啟動(dòng) 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 23 圖 ADC0809 與單片機(jī)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(dāng) P1^0 輸入低電平， P1^2 輸入高電平時(shí)， 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(shí)對(duì)每個(gè)小的電路模塊分別進(jìn)行了分析。主函數(shù)模塊主要是通過(guò)將采集到的電壓值在 LCD 上面顯示，并將數(shù)據(jù)通過(guò)串 25 口發(fā)送到上位機(jī)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(shí)器方式為 1，給 計(jì)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(jì)數(shù)器 ， TH0 為高 8 位， TL0 為低 8 位，當(dāng) TL0 低 8 位計(jì)數(shù)溢出時(shí)自動(dòng)向 TH0 進(jìn)位，而 TH0 溢出時(shí)向中斷位 TF0 進(jìn)位，并申請(qǐng)中斷。 圖 串口程序 TI 串行口發(fā) 送標(biāo)志位， CPU 將發(fā)送數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器 SBUF 時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送，沒(méi)發(fā)送完一個(gè)串行幀，硬件 TI自動(dòng)置位。程序初始密碼為“ admin” ,將密碼保存在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。 登陸界面的賬號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在 中，密碼數(shù)據(jù)存放在 中，當(dāng)輸入的賬號(hào) 、 密碼和 、 中的數(shù)據(jù)匹配上后才能進(jìn)入系統(tǒng)，修改密碼是通過(guò)修改密碼界面改變 中的數(shù)據(jù)并保持，從而到達(dá)更改密碼的目的。 當(dāng)點(diǎn)擊“采集數(shù)據(jù)”按鈕時(shí)，通過(guò) timer()語(yǔ)句作為時(shí)間控制以一定的時(shí)間頻率從數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取數(shù)據(jù)。 （ 3)PortOpen設(shè)置 并返回通信 13的狀態(tài)，同時(shí)用來(lái)打開(kāi)和關(guān)閉通信口。 實(shí)時(shí)曲線 ，是由 7 條線簡(jiǎn)單的坐標(biāo)變化而成的。 通路 1 實(shí)時(shí)曲線如圖 所示。達(dá)到曲線動(dòng)態(tài)顯示的目的。 在整個(gè)