【正文】 單片機(jī)的基本組成 .......................................................................... 7 89C51 單片機(jī)的引腳 ...................................................................... 8 模擬開(kāi)關(guān)電路 4067................................................................................11 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 ........................................................................... 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。 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。數(shù)據(jù)采集是從一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對(duì)象信息的過(guò)程。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)?？梢圆捎密浖袒瘜?shí)現(xiàn)部分硬件功能，也可以采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)某些軟件的功能。 圖 22 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的流程圖 89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 89C51 單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 ? PSEN（ 29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通輸出信號(hào)訪問(wèn)片外 ROM 時(shí)，輸出負(fù)脈沖作為讀 ROM 選通。 ? P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流。 MAX187電源需要加去耦合電容 ， 方法是用一個(gè) 聯(lián)。低電平啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換；高電平時(shí)， DOUT 輸出端高阻抗?fàn)顟B(tài)。 SPI 總線系統(tǒng)的組成 在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合中，使用 1 個(gè) MCU 作為主機(jī)，控制數(shù)據(jù)向 1 個(gè)或多個(gè)從外部接口器件的傳送。最后為停 止位（高電平）用來(lái)表示字符傳送結(jié)束。 多路選擇器： 4067（ 16 選 1 模擬開(kāi)關(guān)電路）。即晶體振蕩器頻率的倒數(shù) , 是最原始的信號(hào)周期。如圖 43 所示為 89C51 的存儲(chǔ)器空間配置。由 輸出 CS 信號(hào)并由 MAX187的 DOUT 端相連，輸入 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。檢查 DOUT 信號(hào)，當(dāng)讀出 DOUT（ ）為上升沿時(shí)表示完成。工作條件： 電源電壓范圍 …………3V ～ 15V 輸入電壓范圍 …………0V ～ VDD 工作溫度范圍 M類(lèi) ………… － 55℃～ 125℃ E 類(lèi) …………. － 40℃～ 85℃ 極限值： 電源電壓 …... － ～ 18V 輸入電壓 …… － ~VDD+ 輸入電流 …………….177。 4067 打開(kāi)該通道，將 0V— 范圍的模擬信號(hào)輸入 到 MAX187 的 AIN 輸入端。 輸入系統(tǒng)的硬件電路的總體設(shè)計(jì) 在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中， 89C51 由 P1 端的 、 、 、 連接到模擬開(kāi)關(guān)電路 4067 的通道選擇端 A、 B、 C 和 D 上，由程序控制分時(shí)選通模擬量輸入信號(hào)。 89C51 中使用哈佛存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，地址空間分為三類(lèi)： 片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的 64KB 程序存儲(chǔ)器空間，用 16 位地址尋址，地址范圍為0000H— FFFFH。當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)， XTAL（ 19 引腳）和 XTAL2（ 18 引腳）用來(lái)連接外部的石英晶體和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，產(chǎn)生原始的振蕩脈沖信號(hào)。為減少 來(lái)自電源的干擾，在 VDD 端 接10μ F 和 F 的濾波電容。 圖 32 SPI 總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)序 3. 3 89C51 和串行串行通信總線的實(shí)現(xiàn)方法 串行接口的基本通信方式 串行接口的有異步和同步兩種基本通信 方式 。 在 SPI 接口中，數(shù)據(jù)的傳輸只需要 1 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和 2 條數(shù)據(jù)線。使用外部參考電壓為 +— VDD。設(shè)計(jì)精巧，工作速度快。 ? P2口： P2口為 一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 ? ALE/PROG（ 30腳）：地址鎖存允許輸出端 /編程脈沖輸入端。按照軟件工程的思想，列出各子系統(tǒng)的任務(wù)書(shū) , 以及軟件、硬件及它們之間的接口標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求。 圖 21 所示為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)總體方案和硬件電路，設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的控制程序。如愛(ài)爾蘭 ACRA 公司 2020 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了2020 年。 20 世紀(jì) 90 年代至今，在國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運(yùn)用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。程序固化后，系統(tǒng)運(yùn)行，投入正常的工作中，開(kāi)發(fā)工作完成。 存在的問(wèn)題： Keil編程軟件不太熟悉； proteus 仿真軟件存在許多問(wèn)題。 （二）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； ； 。 指 導(dǎo)教師簽字： 同意 日期： 年 月 日 系意見(jiàn)： 簽字： 系（蓋章） 日期： 年 月 日 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 姓名 趙 佳 學(xué)號(hào) 09142202 專(zhuān)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 設(shè) 計(jì) 題 目 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) — A/D 轉(zhuǎn)換通道設(shè)計(jì) 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的及意義： 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(wèn)題。它是對(duì)傳感器信號(hào)的測(cè)量與處理 , 以微型計(jì)算機(jī)等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門(mén)綜合應(yīng)用技術(shù)。 （三） MAX187 的工作原理 MAX187 中 CS 為有效時(shí) ， 在時(shí)鐘 SCLK 的每一個(gè)上升沿把一個(gè)最 高位為 1的控制字節(jié)的各位送入輸入移位寄存器，控制器收到控制字節(jié)后，選擇控制字中給定的模擬通道并在 SCLK 的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。現(xiàn)在正在優(yōu)化和進(jìn)一步學(xué)習(xí)中。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 89C51；多路模擬開(kāi)關(guān) 4067； A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 ii ABSTRACT The design process of SCM application system includes the design of overall scheme, the hardware system design, software system design, system simulation and debugging system operation and maintenance etc... This topic is the design of alarm system of a practical data acquisition and overrun, the