【正文】 A0，其值由用戶選擇，因此 I2C 系統(tǒng)中最多可接 8個(gè)具有 I2C 總線接口的 A/D 器件。 (～ 6V) SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、時(shí)鐘線。這就是說，它既可以作 A/D 轉(zhuǎn)換也可以作 D/A 轉(zhuǎn)換。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時(shí)公共陽極接 +5V，每個(gè)發(fā)光二 極管的陰極通過電阻與輸入端相連。編程一個(gè)字節(jié)的周期是內(nèi)部自定時(shí)的，典型時(shí)間不會(huì)超過 。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。在 FLASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復(fù)位功能。在應(yīng)用中可直接替換。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 [8] 單片機(jī)按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為 4 位、 8 位、 16 位及 32 位單片機(jī)。元件布局可以由系統(tǒng)自動(dòng)完成，然后進(jìn)行手工調(diào)整布局，布局合理后才能進(jìn)行下一步的布線工作。 STC89C52 的 P0 端的 8 個(gè)端口與 74HC245 的 A1— A8 端口相連，以及與74HC138 的 A0、 A A E3 端口相連，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) 4 個(gè)數(shù)碼管的控制。 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(hào)； 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(hào)。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(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。它使用了 8個(gè) LED 顯示管，其中 7 個(gè)用于顯示字符 ， 1 個(gè)用來顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 鑒于上面三種方案，在價(jià)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(jì)選用的是逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 —— PCF8591 單片機(jī)的選擇 A/D轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) 單片機(jī) LED 顯示器 滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)按鍵 RS232 或 PL2303 采集信號(hào) 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是 LED 數(shù)碼管，該器件比較簡(jiǎn)單，在生活中接觸也較多。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域。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(gè)配置向?qū)Чδ埽铀倭藛?dòng)代碼和配置文件的生成。 Microsoft Visual Studio 2021 開發(fā)系統(tǒng)是一個(gè)完整的開發(fā)工具系列，旨在為Microsoft Windows 操作系統(tǒng)、 Web 和移動(dòng)設(shè)備快速構(gòu)建和部署各種應(yīng)用程序。 （ 2）可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ Advanced PLD 99）：可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)包含一個(gè)有語法功能的文本編輯器和一個(gè)波形編輯器（ Waveform）。 Protel99se 介紹 Protel99SE 是應(yīng)用于 Windows9X/2021/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設(shè)計(jì)軟件，采用設(shè)計(jì)庫管理模式，可以進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)，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(gè) 32 位的設(shè)計(jì)軟件，可以完成電路原理圖設(shè)計(jì)，印制電路板設(shè)計(jì)和可編程邏輯器件設(shè)計(jì)等工作，可以設(shè)計(jì) 32 個(gè)信號(hào)層， 16 個(gè)電源 地層和 16個(gè)機(jī)加工層。 預(yù)期成果 分析階段：?jiǎn)纹瑱C(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求分析。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(jì)要求。 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(chǔ)、處理以及控制等問題。 我國(guó)的數(shù)字地震觀測(cè)系統(tǒng)主要采用 TDE124C 型 TDE224C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得 到了廣泛的應(yīng)用。從 70 年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一類是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 PCF8591 ....................................... 19 第 五 章 軟件部分 .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了單片機(jī) STC89C52 來實(shí)現(xiàn)，硬件部分是以單片機(jī)為核心，還包括 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊， USB 接口和串行接口部分。軟件部分應(yīng)用 Keil uvision3 編寫控制軟件，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年代， 1956 年美國(guó)首先研究了用在軍事上的測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是測(cè)試中不依靠相關(guān)的測(cè)試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測(cè)試任務(wù)是由測(cè)試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室， 在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也有一定的應(yīng)用。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，而雙單片機(jī)又具有精度 較高、轉(zhuǎn)換速度快、石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備 24 位 A/D 轉(zhuǎn)化位數(shù)，采樣率有 50HZ、 100HZ、 200HZ。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及 ,數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)已成為日益重要的檢測(cè)技術(shù) ,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場(chǎng)合。 實(shí)現(xiàn)步驟 用 Protel99se作圖軟 件畫出電路的 PCB圖和 SCH圖。包括功能設(shè)計(jì)和電路布線設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的各個(gè)功能 模塊：按鍵、 LED顯示、 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能，并設(shè)計(jì)各模塊間的接口，完成數(shù)據(jù)傳輸及采集工作。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。 （ 3）高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（ Advanced Integrity 99）：信號(hào)完整性分析系統(tǒng) 提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來分析 PCB 設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等。 開發(fā)和部署基于客戶端服務(wù)器結(jié)構(gòu)的 Windows 應(yīng)用程序、 Web 應(yīng)用程序、 SmartPhone 和 Pocket PC 應(yīng)用程序。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ UVISION）將這些組合在一起。由微處理器去完成程序控制，數(shù)據(jù)處理及大部分邏輯操作，使系統(tǒng)的靈活性和可靠性大大地提高，系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)的重 建費(fèi)用大大地降低。位數(shù)越高其分辨率就越高，價(jià)格也就越貴。 而本設(shè)計(jì)選用的是 STC89C52. 串行口的選擇 串行口我選用了標(biāo)準(zhǔn) RS232C 接口，它是電平與 TTL 電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路。在單片機(jī)中，為了節(jié)省硬件資源，多采用動(dòng)態(tài)掃描顯示法。 常用的串行通信方式有： UART 異步串行通信、 I2C 總線串行同步通信、 SPI串行總線同步通信。它由 STC89C5 PL230 LED 數(shù)碼顯示器組成。 24C01 是串行接口的 EEPROM 存儲(chǔ)器，常用于存儲(chǔ)需要掉電保存的數(shù)據(jù)。 4． 手工調(diào)整： 自動(dòng)布線雖然成功率很高，但往往存在不滿意的地方，這時(shí)就需石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 要進(jìn)行手工調(diào)整，以滿足設(shè)計(jì)要求。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭， 32 位單片機(jī)應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： ? 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； ? 片內(nèi)集成 4KB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，可反復(fù)編程 /擦除 1000 次； ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年； ? 全靜態(tài)設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率范圍為 0～ 24MHz、 33MHz； ? 三個(gè)程序存儲(chǔ)器保密位； ? 128 8 字節(jié)的內(nèi)部 RAM； ? 32 條可編程的 I/O 口線； ? 2 個(gè)可工作于 4 種模式的 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ? 5 個(gè)中斷源 /2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； ? 可編程串行通道； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式； ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式； ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 其引腳圖，如圖 圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 它一共有 40個(gè)引腳，引腳又分為四類。 STC89C52 單片機(jī)的管腳說明 VCC：供電電壓。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 EA /VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。在閑置模式下， CPU 停止工作，但 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 表 段位碼對(duì)應(yīng)關(guān)系 段位碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位碼段 dp g f e d c b a 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 PCF8591 在我們所采集的數(shù)據(jù)電壓值是隨著滑動(dòng)變阻器的旋轉(zhuǎn)而不斷改變的，而要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， A/D 轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。 AGND:模擬信號(hào)地。 控制字節(jié)： 控制字節(jié)用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號(hào)由哪幾個(gè)通道輸入等。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，首先是主控器發(fā)出起始信號(hào)，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答，主控器從被控器讀出第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答?一直到主控器從被控器中讀出第 n 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號(hào)，最后主控器發(fā)出停止信號(hào)。 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(hào)為低電平期間， SDA 狀態(tài)才允許變化。如圖所示： 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 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 3） I2C 通信的應(yīng)答 i2c_ACK()與非應(yīng) i2c_waitACK()答操作 該子程序部分在主機(jī)寫數(shù)據(jù)時(shí)，每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，接收機(jī)需要回復(fù)一個(gè)應(yīng)答位“ 0”，通過應(yīng)答位來判斷從機(jī)是否接收成功。 D D4 模擬量輸入選擇： 00 為四路單數(shù)入、 01 為三路差分輸入、 10 為單端與差分配合輸入、 11 為模擬輸出允許有效。飛利蒲公司規(guī)定 A/D 器件地址為 1001。 VDD、 Vss:電源端。有 4 路 A/D 轉(zhuǎn)換輸入， 1路 D/A 模擬 輸出。如圖 （ 2）共陽極接法。 （ 1）地址線上輸入欲編程的存儲(chǔ)單元地址；（ 2）在數(shù)據(jù)線上輸入編程數(shù)據(jù)；（ 3）加正確的控制信號(hào)組合；（ 4）在 高壓 模式下使 VPP 為 12V；（ 5）在 ALE 引腳上加一次負(fù)脈沖，可對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器的一個(gè)字節(jié)或保密位進(jìn)行編程。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在給出地址 1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 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。還有由 P0口、 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的輸入 /輸出（ I\O）引腳。它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與 Intel 80C3X 單片機(jī)完全相同。 （ 2） 簡(jiǎn)介 STC89C52 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器?？偟亩詥纹瑱C(jī)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾個(gè)方面：集成度高、存儲(chǔ)容量大、外部擴(kuò)展能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗、性能價(jià)格比高、可靠性高這幾個(gè)方面。 2 2． ．元件布局： 規(guī)劃電路板并導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后，通過執(zhí)行命令，系統(tǒng)將自動(dòng)裝入元件并將元件布置在電路板邊框內(nèi)。