【正文】 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31 致 謝 本文從選題到完成的整個(gè)過程，得到指導(dǎo)老師 的悉心指導(dǎo)。因此 ,PC 機(jī)和單片機(jī)之間就有著大量的數(shù)據(jù)交換。下位機(jī)負(fù)責(zé)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般為模擬量），轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之后反饋給上位機(jī)。先將單片機(jī)的 口選通進(jìn)行位選 ,然后將位選的值發(fā)送給單片機(jī) P1 口。 下位機(jī)部分程序設(shè)計(jì) 該部分的程序包括一個(gè)主程序、五個(gè)子程序，五個(gè)子程序分別為下位 機(jī)串口接收中斷函數(shù)、向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序 、模數(shù)轉(zhuǎn)換子程序 、鍵盤掃描子程序、數(shù)據(jù)顯示子程序 。 通信模塊電路連接圖如圖 313所示 C1+1VDD2C13C2+4C25VEE6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U7 MAX232MJER01RE2DE3DI4GND5A6B7VCC8U8 MAX485VCC GND100ΩR4R01RE2DE3DI4GND5A6B7VCC8U9 MAX485100ΩR5VCC GNDRXD TXDGNDC6VCCGNDVCC1 2 3 4 56 7 8 911 10J1 D Connector 9GND 圖 313 通信模塊電路連接圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 4 軟件部分 簡介 KeilUvision2 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。MAX485具有不受限制的驅(qū)動(dòng)器擺率，可以實(shí)現(xiàn)最高 的傳輸速率的數(shù)據(jù)傳輸。 傳輸速率 比 較低，在異步傳輸時(shí)，波特率 僅 為 20Kbps。輸出控制影響不到鎖存器的內(nèi)部工作，就是以前的數(shù)據(jù)可以保持不變，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以存入鎖存器。 LED 的伏安特性類似于普通二極管，正向壓降為 2V左右，工作電流一般在 10mA~20mA 之間較為合適一個(gè) 8 段 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 391 所示。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 S?SWPBS?SWPBS?SWPBS?SWPBGND 圖 37 獨(dú)立按鍵接口圖 在單片機(jī)中需要的按鍵較多時(shí)，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。通過硬件識別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識別的鍵盤稱為非編碼鍵盤。地址譯碼引腳 C、 B、 A 分別與地址總線低三位 、 、 相連，用來選通 IN0~IN7 中的一個(gè)通道。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 Vref：參考電壓 [11]。 START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，高電 平有效。由單一的 5V電源供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 選 1 的模擬開關(guān)。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。一旦處理器“死機(jī)”或程序跑飛，處理器就不能向看門狗定時(shí)器發(fā)出清除脈沖。 復(fù)位電路是完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)下開始運(yùn)行。 AT89C52 單片機(jī) 主要 特性 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) FLASH 閃速存儲器， 256 字節(jié)片內(nèi)RAM， 32 個(gè) I/O 口線，一個(gè) 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信口，時(shí)鐘電路及片內(nèi)振蕩器。 系統(tǒng)框圖如圖 21 所示： 信號采集電路A / D轉(zhuǎn)換單片機(jī)R S 4 8 5P C鍵 盤顯 示 圖 21 系統(tǒng)框圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 3 硬件部分 信號采集過程中，被測量一般由傳感器供給， 常為微弱信號，需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。而數(shù)據(jù)的顯示則采江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 用的是 LED 數(shù)碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。 （ 3） 能夠控制信號的采集、處理、顯示等。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié) ,大多 采用一些功能相對獨(dú)立的專用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其控制功能。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 [5]. 美國 PASCO 公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的嶄新系統(tǒng)，它主要由 3 部分組成： （ 1） 傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實(shí)時(shí)采集物理實(shí)驗(yàn)中各種物理量； （ 2） 計(jì)算機(jī)接口：將傳感器采集到的數(shù)據(jù)信號輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為 25 萬次 /S； （ 3） 軟件：英文及中文的應(yīng)用 軟件 [6]。相較于數(shù)據(jù)采集板卡功能和成本的限制，單片機(jī)具高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格、多功能等優(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，因此能夠開發(fā)出能滿足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這類系統(tǒng)不僅在實(shí)驗(yàn)室獲得了較多的應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)中也有一定程度的應(yīng)用。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年代， 1956 年美國最先在軍事上研究的數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)，目標(biāo)是測試過程中不依靠相關(guān)的測試文件，由非熟練人員進(jìn)行操作，并且是由測試設(shè) 備自動(dòng)控制高速完成測試任務(wù)。 存檔日期： 存檔編號： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論 文 題 目： 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級 、 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 江 I 摘 要 本文介紹了基于單片機(jī)的 數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是模擬域與數(shù)字域之間必不可少的紐帶，它的存在具有著非常重要的作用。由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)具有高速和靈活等特性，可以滿足許多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務(wù)，因而得到了人們的初步認(rèn)可。第二類以標(biāo)準(zhǔn)總線、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，這一類主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場。這就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 受需求牽引，新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用也在快速地發(fā)展。作為測控系統(tǒng)至關(guān)重要的部分 ,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 4） 該系統(tǒng)要具有準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。 70 年代初，隨著大規(guī)模集成電路及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是微處理器及高速 A/D 轉(zhuǎn)換器的誕生，數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大的改變。 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以采集八路模擬信號。由于此處輸入信號 多種多樣 ， 不能一一列舉， 所以本文并 未 詳細(xì)討論。同時(shí)， AT89C52 降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種可選的節(jié)電工作模式。第 9 引腳為復(fù)位輸入端 ,接上電容 ,電阻構(gòu)成上電復(fù)位電路。看門狗定時(shí)器就會產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出信號，該信號和處理器的復(fù)位引腳相連，因此就會自動(dòng)復(fù)位微處理器，應(yīng)用系統(tǒng)重新啟動(dòng)和繼續(xù)工作。 按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為 3 種：雙積分式、逐次逼近式及并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器。由 C、 B、 A 的編碼來決定所選的模擬通道。 D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。 ADC0809 時(shí)序圖及其接口電路 ADC0809 的時(shí)序圖如圖 35 所示： 圖 35 ADC0809 的時(shí)序圖 其工作過程是： ALE 的上升沿將 A、 B、 C 端選擇的通道地址鎖存到 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端， START 的下降驗(yàn)啟動(dòng) 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的 控制A/D 轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)和地址鎖存，因?yàn)?ALE 和 START 連在一起，所以 AD0809在鎖存通道的時(shí)候，同時(shí)也啟動(dòng)了 A/D 轉(zhuǎn)換器。非編碼鍵盤有兩種接口 方法：一種是獨(dú)立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。如對于 20 只按鍵接口，如采用 按鍵獨(dú)立方式，需要 20 個(gè) I/O 口。 ABCEFGDD P 圖 391 8 段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 A B C D E F G DPCOM A B C D E F G DPCOM 圖 392 共陰極結(jié)構(gòu)圖 圖 393 共陽極結(jié)構(gòu)圖 它是由 8 個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成，各段依次記為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp，其中 dp 表示小數(shù)點(diǎn)（不帶小數(shù)點(diǎn)的稱為 7 段 LED）。 這種電路可以驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載或大電容，不需要額外的接口就可以直接與系統(tǒng)總線接口相連并驅(qū)動(dòng)總線。 接口使用一根信號線和一根信號返回線構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸 方式 容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗干擾性弱。 MAX485芯片在單一電源 +5 V 下工作，額定電流為 300μ A，采用半雙工通訊方、模式。 Keil 有 以下幾個(gè)特點(diǎn)： 全功能的源代碼編輯器； 器件庫用來配置開發(fā)工具設(shè)置； 項(xiàng)目管理器用來創(chuàng)建和維護(hù)用戶的項(xiàng)目； 集成的 MAKE 工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應(yīng)用； 所有開發(fā)工具的設(shè)置都是對話框形式的； 真正的源代碼級的對 CPU和外圍器件的調(diào)試器； 高級 GDI(AGDI)接口用來在目標(biāo)硬件上進(jìn)行軟件調(diào)試以及和Monitor51 進(jìn)行通信 其使用的過程為 : 首先打開 KeilUvision2，在 KEIL 系統(tǒng)中，每做個(gè)獨(dú)立的程序，都視為工程。 （ 1） 主程序 主程序?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行初始化，主要是進(jìn)行定時(shí) /計(jì)數(shù)的初始化 ，然后調(diào)用鍵盤掃描程序 Keys_Scan()，再根據(jù)按下的鍵來調(diào)用 向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序putc_to_serialport（）將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送給串行口。接著將單片機(jī)的 口選通進(jìn)行段選，然后將要顯示的數(shù)字的值發(fā)送給 P0 口。上位機(jī)和下位機(jī)都需要編程，它們都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。 單片機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)處理后，通過串行口發(fā)送到 PC 機(jī)， 通過編寫上位機(jī)界面將接收的數(shù)據(jù)顯示出來。 老師 淵博的學(xué)識，謙虛、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、靈活的思維方式、認(rèn)真的工作作風(fēng)和對學(xué)生的關(guān)心都令我佩服不已，諄諄教誨使我受益匪淺，這必將在今后的學(xué)習(xí)和工作中給我鼓勵(lì)和鞭策，為以后步入社會、適應(yīng)工作奠定良好的基礎(chǔ)。 while(x) for(i=0。 smgd=0。 smgk=0。 smgd=1。 smgk=1。i++)。 在論文的完成過程中，還得到其他學(xué)院多位老師和同學(xué)的熱情幫助，在此表示感謝！ 感謝評審論文的各位老師為本文提出的寶貴的意見。 經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決問題的能力得到全面系統(tǒng)的鍛煉。加之單片機(jī)的計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。其流程圖如 45所示。其流程圖見圖 41 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 開 始初 始 化啟 動(dòng) 定 時(shí) 器 1開 中 斷判 斷 是 否 有 按鍵 按 下再 根 據(jù) 掃 描 到 的 鍵 盤 號 ，發(fā) 送 相 應(yīng) 的 數(shù) 據(jù) 給 出 口調(diào) 用 一 個(gè) D i s p l a y（ ） 在 L E D 上 顯 示 FYN 圖 41 主程序流程圖 （ 2） 下位機(jī)串口接收中斷函數(shù) Serial_INT() interrupt 4 因?yàn)榘l(fā)送完成和接收到新字節(jié)都會觸發(fā)串口中斷，因此串口中斷程序里用if(RI)來表示接受中斷，然后將 RI 清 0?！按_定”后工程就算建立好了。 MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都較簡單 ,其內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。 RS485 串行總線接口 進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的方式為 平衡發(fā)送和差分 接收行，這種通信方式接口信號的電平比 RS232 低，不易損壞接口 處 電路的芯片，且電平與TTL 電平兼容，方便與 TTL 電路