【正文】 ............................................................ 13 MAX187 簡(jiǎn)介 ............................................................................... 13 MAX187 特點(diǎn)及引腳 ................................................................... 14 3 串行通 信總線 ...................................................................................................... 16 SPI 串行外設(shè)接口總線 ............................................................................ 16 SPI 總線系統(tǒng)的組成 ................................................................................ 17 3. 3 89C51 和串行串行通信總線的實(shí)現(xiàn)方法 .............................................. 18 89C51 和 MAX187 的連接 ........................................................... 18 4 模擬量輸入系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) ...................................................................... 20 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ........................................................... 20 iv 89C51 單片機(jī)的硬件電路設(shè)計(jì) ............................................................... 21 單片機(jī)的時(shí)鐘電路和時(shí)序 ............................................................ 21 單片機(jī)的存儲(chǔ)器 ............................................................................ 22 單片機(jī)的工作方式 ........................................................................ 23 輸入系統(tǒng)的硬件電路的總體設(shè)計(jì) ........................................................... 24 模擬開(kāi)關(guān)電路 4067 的工作原理 ............................................................ 26 MAX187 的硬件設(shè)計(jì) .............................................................................. 27 MAX187 工作過(guò)程 ....................................................................... 27 5 模擬量輸入系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) .............................................................................. 29 簡(jiǎn)介 KeilUvision2 ................................................................................... 29 數(shù)據(jù)采集的程序 ...................................................................................... 35 MAX187 的 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 ................................................................. 38 結(jié) 論 ..................................................................................................................... 40 致 謝 ..................................................................................................................... 41 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 42 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 研究背景及其目的意義 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。 本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警系統(tǒng) 中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ， 系統(tǒng)以單片機(jī) 89C51 為核心 ，主要應(yīng)用 12 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 和多路選擇器 4067 完成同步串行總線的A/D 轉(zhuǎn)換通道設(shè)計(jì)， 可以采集最多 16 路模擬量輸入信號(hào)，并設(shè)置了 8 個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出通道，對(duì)外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警處理。完成硬件、軟件的設(shè)計(jì)。 3. 畢業(yè)設(shè)計(jì)主要參考資料： [1] 代啟化 .基于 Proteus 的電路設(shè)計(jì)與仿真 [J].天津：現(xiàn)代電子技術(shù) .2020,第 19期 . [2] 張曉鄉(xiāng) .89C51 單片機(jī)實(shí)用教程 [Z]. 天津：電子工業(yè)出版社 2020 [3] 李朝青 .單片機(jī)原理及串行外設(shè)接口技術(shù) [Z].北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 2020 [4] 李剛 . 新概念單片機(jī)教程 [Z].天津： 天津大學(xué)出版社 2020 [5] 康一梅 . 嵌入式軟件設(shè)計(jì) [Z].天津 ：機(jī)械工業(yè)出版社 2020 [6] 劉文秀 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)仿真的研究 [J].北京：現(xiàn)代電子技術(shù) .2020, 第 286 期 [7] 張友德 .單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn) [M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社， ～ 256. [8] 李光飛 .單片機(jī)設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo) [M].北京 ： 北京航空航天大學(xué)出版社 ,96～100. [9] 胡漢才 .單片機(jī)原理及其接口技術(shù) [M]. 北京 ： 清華大學(xué)出版社 , ～ 110. [10] 楊立民 .單片機(jī)技術(shù)及應(yīng)用 [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社 .～ 120. 4. 進(jìn)度安排： 2020年 12月 — 2020年 1月 項(xiàng)目審批 、 任務(wù)書(shū)下達(dá) 、 查閱資料 、 撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告 ； 2020年 2月 — 2020年 3月 系統(tǒng) 總體 設(shè)計(jì) 、 硬件設(shè)計(jì) 、 軟件設(shè)計(jì) ； 2020年 4月 — 2020年 5月 模塊功能測(cè)試 、系統(tǒng) 集成 、 整機(jī) 聯(lián) 調(diào) ； 2020年 5月 中旬 論文寫(xiě)作 、 論文定稿 、 答辯準(zhǔn)備 。在外部時(shí)鐘方式時(shí) ,外部時(shí)鐘不僅移入和輸出數(shù)據(jù) ,而且也驅(qū)動(dòng)每一步模數(shù)轉(zhuǎn)換。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 。因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為測(cè)控系統(tǒng)不可缺少的部分 ,數(shù)據(jù)采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)。要求完成同步串行總線的 A/D 轉(zhuǎn)換通道設(shè)計(jì)，包括硬件電路和軟件程序，進(jìn)而掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法。 設(shè)計(jì)要求： ； ； 89C51 為 CPU； 16 路模擬量信號(hào)； 12 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187； ； 。 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)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 2. 基本內(nèi)容和技術(shù)方案： （一）設(shè)計(jì)內(nèi)容 ： 本課題是設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)用的數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警系統(tǒng)。在控制字節(jié)的最后一位之后 ,SSTRB 有一個(gè)時(shí)鐘周期的脈沖高電平 ,在其后的 12 個(gè) SCLK 的每一個(gè)下降沿決定逐次逼近的各位并出現(xiàn)在 DOUT 端。 5. 指導(dǎo)教師意見(jiàn)： 該課題符合本專(zhuān)業(yè)培養(yǎng)方向，有實(shí)用價(jià)值，同意開(kāi)題。撰寫(xiě)出高質(zhì)量的論文。硬件系 統(tǒng)設(shè)計(jì)包括原理圖設(shè)計(jì)、 PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、制版和組裝、硬件調(diào)試等工作。 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(lèi)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、能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開(kāi)發(fā)出能滿(mǎn)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。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程一般要包括總體方案的設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等幾部分?？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。 典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 除主機(jī)外，還包括有： （ 1） 前向通道 (即輸入部分 )： 數(shù)字量、開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào) (A/D)的輸入。 ? 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)要求可靠性高，特別是工作于無(wú)人值守、不間斷工作的環(huán)境中，必須保證安全可靠。 3) 確定系統(tǒng)功能具體實(shí)現(xiàn)形式 , 選擇出適合該項(xiàng)目，能迅速開(kāi)發(fā)出性能價(jià)格比高的應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖 23 所示： 圖 23 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 89C51 單片機(jī)基本組成包括： 1) 一個(gè) 8 位的微處理器； 2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 有 128B， 21 個(gè)特殊功能寄存器 SFR； 3) 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 Flash ROM 有 4KB； 4) 可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的 64KB 的 ROM；可尋址片外 64KB 的 RAM； 5) 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口（ P0— P3）；一個(gè)全雙工通用異步串行接口 UART； 6) 兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 7) 五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷控制系統(tǒng)； 8) 具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能； 9) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。常連接到片外 ROM 芯片的輸出允許端（ OE）作外部ROM 的讀選通信號(hào)。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)， P0輸出原碼，此時(shí) P0外部必須被拉高。當(dāng) P3口寫(xiě)入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 如圖 25 所示為 模擬開(kāi)關(guān)電路 4067 的引腳圖： 圖 25 4067 引腳圖 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 表 22 多路模 擬開(kāi)關(guān) 4067 功能表： 輸 入 開(kāi) 關(guān) 通 道 INH D C B A L L L L L I/O0— COM L L L L H I/O1— COM L L L H L I/O2— COM L L L H H I/O3— COM L L H L L I/O4— COM L L H L H I/O5— COM L L H H L I/O6— COM L L H H H I/O7— COM L H L L L I/O8— COM L H L L H I/O9— COM L H L H L I/O10— COM L H L H H I/O11— COM L H H L L I/O12— COM L H H L H I/O13— COM 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 續(xù)表 22 輸 入 開(kāi) 關(guān) 通 道 INH D C B A L H H H L I/