【文章內(nèi)容簡介】 顯示界面代碼 ..................................................................................... 附錄 C 單片機(jī)元件清單 .................................................................................. 第一章 緒論 研究背 景及其目的意義 近年來，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(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。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年代， 1956 年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標(biāo)是測試中不依靠相關(guān)的測試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測試任務(wù)是由測試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務(wù)，因而得到了初步的認(rèn)可。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)。 20世 紀(jì) 70 年代后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因而獲得了驚人的發(fā)展。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)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 [11] 20世紀(jì) 80 年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)測試系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)組成。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)場也有一定的應(yīng)用。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，這一類在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用較多。 20 世紀(jì) 80 年代后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)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(qiáng)。 20世紀(jì) 90 年代至今，在國際上技術(shù)先進(jìn)的國家，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。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。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。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速組成一個(gè)新的系統(tǒng)。 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)對基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。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)。這就使得以單片機(jī)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。 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(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并進(jìn)行分析、處理、傳輸、顯示、存儲(chǔ)和顯示。它起始于 20 世紀(jì)中期，在過去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會(huì)的發(fā)展主流方向。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、飛機(jī) 飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(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)。近年來，又成功研制了動(dòng)態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強(qiáng)、低功耗可靠性的TDE324C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集對拾震計(jì)輸出的電信號(hào)模擬放大后送至A/D 數(shù)字化， A/D 采用同時(shí)采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng) DSP 數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字地震信號(hào)。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。 [11] 由美國 PASCO 公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理 實(shí)驗(yàn)的嶄新系統(tǒng)，它由 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)采集技術(shù)可實(shí)時(shí)采集物理實(shí)驗(yàn)中各物理量的數(shù)據(jù)；（ 2）計(jì)算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為 25 萬次 /S；（ 3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。 [11] 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。如愛爾蘭 ACRA 公司 2021 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 2021 年。本系統(tǒng)采用 16 位（ A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達(dá) 500K/S,同步時(shí)間為 +/250ns，可以利用方式組成高達(dá) 1000 通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。 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。它是對傳感器信號(hào)的測量與處理 , 以微型計(jì)算機(jī)等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。數(shù)據(jù)采集也是從一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對象信息的過程。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)測已成為日益重要的檢測技術(shù) ,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié) ,通常采用一些功能相對獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) ,作為測控系統(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)。 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(jī) (如 IBM PC 系列 ) 使用的板卡級(jí)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品也已大量出現(xiàn) ,組成一個(gè)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(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)對基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響 ,因?yàn)閱纹瑱C(jī)功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點(diǎn) ,使得基于單片機(jī)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 . 傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機(jī)的支持 ,不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ,它的存儲(chǔ)容量都是有限的 ,所以不得不對存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋刷新 ,這樣不利于用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析 ,因而也不能對生產(chǎn)過程的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。 本系統(tǒng)采用下位機(jī)負(fù)責(zé)模擬數(shù)據(jù)的采集 ,從單片機(jī)負(fù)責(zé)采集八路數(shù)據(jù)，并應(yīng)答主機(jī)發(fā)送的命令， 上位機(jī)即主機(jī)是負(fù)責(zé)處理接受過來的數(shù)字量的處理及顯示 ，主機(jī)和從機(jī)之間用 PL2303或 RS232進(jìn)行通信。 這樣用戶可以在上位機(jī)上編寫各種程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效查詢和分析 ,有利于工業(yè)過程的長期正 常運(yùn)行和檢查。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。 采用的方法 實(shí)際 PCF8591是 8路 8位 AD，最大數(shù)位 255，它外部有一個(gè)基準(zhǔn)電壓，調(diào)節(jié)所測電壓范圍，我們所測外部模擬電壓范圍為 05V， 0V對應(yīng)為 0,5V就對應(yīng) 255，外部所測電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換 AD變化為數(shù)字量 0255，數(shù)碼管也就顯示此值十進(jìn)制轉(zhuǎn)化值（（ AD/255）*5）。然后通過 PL2303或 RS232轉(zhuǎn)換送到 PC機(jī)上顯示，顯示界面為我們送的串口調(diào)試界面。 實(shí)現(xiàn)步驟 用 Protel99se作圖軟 件畫出電路的 PCB圖和 SCH圖。 用 Keil uvision3軟件編寫，通過串口調(diào)試助手將編寫程序下載的主芯片中。 用 LED顯示所測電壓值的數(shù)字量。 用 USB接口與電腦相連，實(shí)現(xiàn) PC機(jī)與下位機(jī)相連。從而實(shí)現(xiàn) PC機(jī)與單片機(jī)的同 步顯示。 預(yù)期成果 分析階段：單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求分析。根據(jù)基于 C51單片機(jī)采集系統(tǒng)要完成的數(shù)據(jù)采集工作，明確本系統(tǒng)要做什么，撰寫需求說明書。 設(shè)計(jì)階段：分為概要設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，解決系統(tǒng)怎樣做的問題。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。 實(shí)現(xiàn)階段：采用 C語言及匯編語言編碼，采用 KeiluVision3軟件完成，并用 Protel 99 SE軟件進(jìn)行電路圖的繪制，用數(shù)據(jù)線串行來實(shí)現(xiàn)更為完整的系統(tǒng)功能。 測試階段：基于 C51單片機(jī)采集系統(tǒng)進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集，測試本系統(tǒng)是否能達(dá)到預(yù)期的設(shè)想，是否能完成數(shù)據(jù)采集工作，針對發(fā)現(xiàn)的問題或新的要求及時(shí)完善本系統(tǒng)。 完成階段：撰寫《基于 C51單片機(jī)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)報(bào)告》及畢業(yè)論文。 第二章 開發(fā)環(huán)境及開發(fā)工 具 在本設(shè)計(jì)中用到了 Protel99se 對單片機(jī)板子原理圖元件庫元件圖、單片機(jī)板子原理圖、單片機(jī)板子 PCB 圖元件庫元件圖、單片機(jī)板子 PCB 圖進(jìn)行了畫圖；用到了KeilUvision3 編寫了電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的代碼，進(jìn)行了編譯并產(chǎn)生了一個(gè) HEX文件；用到了 Microsoft Visual Studio 2021 軟件編寫了一個(gè) PC機(jī)電壓數(shù)值顯示界面；同時(shí)還用到了 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件將程序下載到主芯片STC89C52 中和串口調(diào)試助手 選好 COM 口后就會(huì)顯示電壓數(shù)據(jù) 的十六進(jìn)制顯示。 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。 按照系統(tǒng)功能來劃分， Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6個(gè)功能模塊。 電路工程設(shè)計(jì)部分 (1)電路原理設(shè)計(jì)部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設(shè)計(jì)部分包括電路圖 編輯器 （簡稱 SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱 Schlib 編輯器）和各種文本編輯器 。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。 （ 2）印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)（ Advanced PCB 99）：印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱 PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱 PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。 （ 3）自動(dòng)布線系統(tǒng)（ Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個(gè)基于形狀（ Shapebased）的無柵格自動(dòng)布線器，用于印刷電路板的自動(dòng)布線，以實(shí)現(xiàn) PCB 設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。 電路仿真與 PLD 部分 （ 1）電路模擬仿真系統(tǒng)（ Advanced SIM 99）：電路模擬 仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字 /模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對電路原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。 （ 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）。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號(hào)的波形。利用 PLD 系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件，使數(shù)字電路設(shè)計(jì)達(dá)到最簡化。 （ 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。 Protel99SE 的功能特性 開放式集成化的設(shè)計(jì)管理體系 超強(qiáng)功能的、修改與編輯功能 強(qiáng)大的設(shè)計(jì)自動(dòng)化功能 Microsoft Visual Studio 2021 介紹 Microsoft Visual Studio 2021 是基于 . 框架的。它同時(shí)也能開發(fā)跨平臺(tái)的應(yīng)用程序，如開發(fā)使用微軟操作系統(tǒng)的手機(jī)的程序等?？傮w來說是一個(gè)非常龐大的軟件，甚至包含代碼測試 功能。這個(gè)版本的 Visual Studio 包含有眾多版本，分別面向不同的開發(fā)角色。 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。 Microsoft Visual Studio 2021 產(chǎn)品能為各類開發(fā)人員提供更廣闊的開發(fā)空間和更先進(jìn)的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。 其特點(diǎn)有： 支持 Visual Basic、 C、 C++ 和 J 語言。 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。 幾乎適用于任何類型應(yīng)用程序的“拖放式”用戶界面設(shè)計(jì)器。 包含一個(gè)用于測試 Web 應(yīng)用程序的內(nèi)置 Web 服務(wù)器，無需 IIS。 支持母板頁，用于跨 Web 應(yīng)用程序維護(hù)一致的外觀。 用于簡單、直觀地進(jìn)行調(diào)試的“編輯并繼續(xù)”功能