【正文】 O14— COM L H H H H I/O15— COM H X X X X 關(guān) 斷 電路中選用了一個多路模擬開關(guān)，有一個 A/D 轉(zhuǎn)化器即可，簡化了硬件電路，節(jié)約成本。為保證采樣精度 ， 將 MAX187與單片機分開供電。低電平為待機模式；高電平或懸空為正常操作，其中高電平時使用內(nèi)部參考電源，懸空時，禁止內(nèi)部參考電源且允許使用外部參考電源。 ? SCLK （ 8 腳）：串行時 鐘信號輸入端最高頻率為 5MHz。 SPI 總線主要特性： ? SPI 總線是全雙工同步串行通信標準，可以同時同步傳送和接收 8 位數(shù) 據(jù)； ? SPI 串行接口設(shè)備可以配置為主或從操作模式； 接口設(shè)備工作于主機模式時，要提供同步時鐘信號，并決定要選中的從機，發(fā)出從機片選信號。 圖 31 是 SPI 總線系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)示意圖： 圖 31 SPI 總線系統(tǒng)連接圖 SPI 總線包括三條信號線： 時鐘線 SCK、數(shù)據(jù)線 MOSI 和 MISO。但是，對于不同的芯片，有的是采用 SCK 的上升沿起作用，有的是北京交通大學畢業(yè)設(shè)計 18 采用 SCK 的下降沿起作用，使用時應(yīng)加注意。上述字符格式通常作為一個串行幀，如無奇偶校驗位，即為常見的 幀格式 。這里我們采用軟件合成的方式模擬 SPI 接口將單片機與 MAX187連接，從而完成串行數(shù)據(jù)的 A/ D 轉(zhuǎn)換。 A/D 轉(zhuǎn)換器： MAX187（ 12 位串行接口 A/D 轉(zhuǎn)換器）。 電源： DC+5V、 DC+12V。 ⑵ .狀態(tài)周期（時鐘周期）：是振蕩周期的兩倍。哈佛結(jié)構(gòu)把程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分開單獨編址。 圖 43 89C51 的存儲器空間配置 單片機有三種工作方式：復(fù)位方式、程序執(zhí)行方式、節(jié)電工作方式。 程序執(zhí)行方式是單片機基本工作方式，可以分為連續(xù)執(zhí)行方式和單步執(zhí)行方式。模擬輸入和 A/D 轉(zhuǎn)換控制電路如圖 45所示。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，經(jīng)過傳感器和放大器轉(zhuǎn)換和處理的模擬信號通過 4067 多路選擇，分時將其中一路信號傳送到 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 中，選擇通道的控制信號由 89C51 的 P1 端口輸出。 （ 4）讀出轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。 模擬開關(guān)電路 4067 的工作原理 4067相當于一個單刀十六擲開關(guān)，具體接通哪一通道，由輸入地址碼 A、 B、C、 D來決定，是一個可以用數(shù)字信號控制的 16選 1的模擬開關(guān)，它的引腳封裝見圖25所示。禁止端 INH為高電平 時，全部開關(guān)都關(guān)斷。在第一個 SCLK 的下降沿時， DOUT()端產(chǎn)生數(shù)據(jù)的最高位。由 輸出所通道編碼。信號通過傳感器轉(zhuǎn)換成連續(xù)變化 的電信號。 89C51CHMOS 工藝 , 耗電少 , 還提供兩種節(jié)電工作方式：等待工作方式；掉電工作方式。復(fù)位是單片機的初始化操作， 89C51單片機復(fù)位后，各部件的初始值是一定的。有各自的訪問指令，不同的尋址方式，不同的控制信號。 ⑶ . 機器周期： CPU 完成一個基本的操作所需的時間。 北京交通大學畢業(yè)設(shè)計 21 基于 89C51 單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示： 圖 41 89C51 單片機 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能框圖 89C51 單片機的硬件電路設(shè)計 89C51 內(nèi)部有一個振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，完成時序信號的產(chǎn)生。 看門狗定時器： X5045（帶 EEPROM、上電復(fù)位、降壓管理的看門狗定時器電路）。由于 MAX187 內(nèi)部有 參考電源，所以只需在 REF 引腳上接 F 電容，用參考電源提供工作電壓。如數(shù)據(jù)傳送的波特率為 1200 波特，采用 幀格式（ 10 位），則每秒傳送字節(jié)為 120 個，而字節(jié)中每一位傳送時間即為波特率的倒數(shù)： T=I/1200=。單片機在通過 SPI 總線接口工作時，輸出的數(shù)據(jù)逐位從輸出引腳（ MOSI）輸出（高位在前），同時從輸入引腳（ MISO）逐位接收（高位在前）數(shù)據(jù)。外部接口器件有片選端 CS。 ? 接口共使用 4 條信號線： 主機輸出的低電平有效的從機選擇線 CS (SS) 主機輸出 /從機輸入的數(shù)據(jù)線 MOSI 主機輸入 /從機輸出的數(shù)據(jù)線 MISO 主機輸出用于同步的串行時鐘信號線 SCK ? SPI 有較高的數(shù)據(jù)傳送速度，主機方式最高速率可達 Mb/s； ? SPI 串行接口設(shè)備可以提供頻率可編程的時鐘信號和發(fā)送結(jié)束的中斷標志；并北京交通大學畢業(yè)設(shè)計 17 具有寫沖突保護、總線競爭保護等功能。89C51 這類的單片機雖然沒有專門的同步串行總線接口，但是，它們可以利用自己的少數(shù)幾根 I/O 口線，通過軟件模擬通信協(xié)議，進行同步串行總線外設(shè)接口芯片擴展，更具有靈活方便的特點。使用內(nèi)部參考電源電壓為 ，需要 F電容接地。輸入模擬信號的電壓范圍為 0～ V，如模擬輸入電壓不在這個范圍要外加電路進行電壓范圍的變換 。三線串行接口，兼容 SPI， QSPI， MicroWire總線。在實際應(yīng)用中，大多數(shù)情況下都使用 P3口的第二功能。在 FLASH 編程和校驗時， P1口作為第八位地址接收。平常，接“ 1”時， CPU 訪問片內(nèi) 4KB 的 ROM，當?shù)刂烦?4KB 時，自動轉(zhuǎn)向片外 ROM中的程序。保持兩個機器周期高電平時 ,完成復(fù)位操作。它有兩種不同封裝形式： PLCC 形式和 PDIP 形式。 5) 確定總體方案，擬定設(shè)計任務(wù)書。看門狗監(jiān)視電路就是其中一種。 （ 3）人機對話通道，即人機交互部分： 鍵盤、顯示器、打印機、看門狗 (監(jiān)視 )電路等。 8位單片機由于功能強大，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領(lǐng)域。硬件系統(tǒng)設(shè)計包括原理圖設(shè)計、 PCB（印制電路板）設(shè)計、制版和組裝、硬件調(diào)試等工作。 盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展，并且適于通用微機 (如 IBM PC 系列 ) 使用 的板卡級數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品也已大量出現(xiàn)，組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單到只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡，把它插在微機的擴展槽內(nèi)，并輔以應(yīng)用軟件，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會對基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因為單片機功能強大、抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點，使得基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 受需求牽引，新一代機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應(yīng)用也在快速地發(fā)展。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。 20 世紀 80 年代后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計算機、單片機和大 規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，是系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強。大概在 60 年代后期，國內(nèi)外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。系統(tǒng)的測試包括功能測評、技術(shù)指標的測量、系統(tǒng)的優(yōu)化等工作。在論文答辯過程中， 敘述正確充分，對答辯小組提出的問題能夠正確回答，答辯情況良好。 下一步的工作： 軟件設(shè)計、編程；軟硬件集成、仿真、調(diào)試、運行、維護。在內(nèi)部時鐘方式時 ,MAX186 在內(nèi)部產(chǎn)生它們自己的轉(zhuǎn)換時鐘，并允許微處理器以 10MHZ 以下的任何時鐘頻率讀回轉(zhuǎn)換結(jié)果。要求完成同步串行總線的 A/D 轉(zhuǎn)換通道設(shè)計，包括硬件電路和軟件程序，進而掌握單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的方法。這就使得以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 進度安排： 2020 年 12 月 — 2020 年 1 月 項目審批 、 任務(wù)書下達 、 查閱資料 、 撰寫開題報告 ； 2020 年 2 月 — 2020 年 3 月 系統(tǒng) 總體 設(shè)計 、 硬件設(shè)計 、 軟件設(shè)計 ； 2020 年 4 月 — 2020 年 5 月 模塊功能測試 、系統(tǒng) 集成 、 整機 聯(lián) 調(diào) ； 2020 年 5 月 中旬 論文寫作 、 論文定稿 、 答辯準備 。本課題是設(shè)計一個實用的數(shù)據(jù)采集和超限報警系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集也是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。在國際上技術(shù)先進的國家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。在啟動轉(zhuǎn)換后 MAX187 可使用外部串行時鐘或內(nèi)部時鐘來完成逐次逼近轉(zhuǎn)換。在 SSTRB 變?yōu)楦唠娖街蟮南乱粋€時鐘下降沿轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高有效位將出現(xiàn)在 DOUT 端。 指導(dǎo)教師建議與意見： 按時完成了進度計劃中的要求。 本人簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計使用授權(quán)書 本人完全了解北京交通大學海濱學院有關(guān)保管、使用論文的規(guī)定，其中包括：①學校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學位論文的原件與復(fù)印件；②學?？梢圆捎糜坝　⒖s印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存論文；③學?？稍试S論文被查閱或借閱；④學?？梢詫W術(shù)交流為目的，復(fù)制贈送和交換學位論文；⑤學?？梢怨紝W位論文的 全部或部分內(nèi)容。 89C51。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，一類是實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一類是工業(yè)現(xiàn)場數(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。 我國的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用 TDE124C型 TDE224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 該課題研究的主要內(nèi)容 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學的重要分支之一，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等問題。 這里，主要包括 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計 ，應(yīng)用多路模擬開關(guān) 4067 和 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187。程序固化后，系統(tǒng)運行，投入正常的 工作中，開發(fā)工作完成。 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的組成 單片機本身是綜合了 CPU、儲存器、 I/O 接口，定時器 /計數(shù)器等計算機基本組成的半導(dǎo)體芯片，而且程序可以固化在單片機芯片中，因此對于一般的應(yīng)用，只需要單片機加上少量的器件就可以構(gòu)成一個控制系統(tǒng)的硬件部分，開發(fā)出相應(yīng)的支持程序就可以容易地完成應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計。設(shè)計開發(fā)過程要借助專用的開發(fā)器、仿真器或開發(fā)系統(tǒng)來進行。要在專門的編程器或下載設(shè)備中完成。 北京交通大學畢業(yè)設(shè)計 7 這 5 個部分不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)、相互依靠 、互相制約的。 ? Vss （ 20 腳）：接地端，接 +5V 電源地端。訪問片外存儲器時：作為鎖存 P0口低 8位地址的控制信號。 輸入 /輸出端口引腳 P0、 P P P3 ? P0口： P0口為一個 8位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 CMOS 模擬開關(guān)是一種可控開關(guān)，它不 像 繼電器那樣可以用在大電流、高電壓場合，只適于處理幅度不超過其工作電壓、電流較小的模擬或數(shù)字信號。 MAX187 有 2 種操作模式：正常模式和休眠模式 ， 將置為低電平進入休眠模式 ， 這時的電流消耗降到 10μA以下。 如圖 26 所示為 MAX187 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖： 圖 26 MAX187 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 MAX187 為 8 個引腳雙列直插封裝，其引腳圖見圖 27 所示： 圖 27 MAX187 引腳圖 其中： 北京交通大學畢業(yè)設(shè)計 15 ? VDD（ 1 腳）： +5V 電源。 ? DOUT（ 6 腳）：串行數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)在 SCLK 的下降沿改變。 SPI 串行外設(shè)接口總線 SPI (Serial Peripheral Interface)總線是 Freescale 公司 (原 Motorola 公司半導(dǎo)體部 )推出的同步串行外設(shè)接口總線。 SPI 總線除了可以用來連接一個處理器（系統(tǒng)主機）和多個 SPI 接口外部設(shè)備（ SPI 從機）以外，還可以應(yīng)用于一個主處理器和多個從處理器之間的通信，用于多個處理器和若干個 SPI 接口外部設(shè)備之間的連接。 SPI 串行總線典型的工作時序如圖 32 所示。在異步通信中，起始位占用一位（低電平），用來表示字符開始 。 89C51和 MAX187的連接 MAX187 是具有 SPI 總線接口的 E2PROM 芯片，是一個可以電改寫的只讀存儲 器。 主頻： 。 并行 I/O 接口： 8255A 并行 I/O 接口電路。 北京交通大學畢業(yè)設(shè)計 22 圖 42 為采用內(nèi)部時鐘電路時，外部晶體和微調(diào)電容的連接圖， C C2取 30pF。 89C51 的指令周期由 4 個機器周期組成。 北京交通大學畢業(yè)設(shè)計 23 片內(nèi) 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器空間 ， 用 8 位地址尋址 。上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位都是必需的，圖 44所示為常用的二者組合的電路。通過通用接口的信號線，利用軟件程序來實現(xiàn) MAX187和 89C51之間的通信。這里，主要應(yīng)用了多路選擇器 4067 和 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187。保持 SCLK()為低，將 CS()由高 變低。在經(jīng)過 13個 SCLK 的下降沿后，將 CS 信號變?yōu)楦唠娖?，結(jié)束