【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 支持 Visual Basic、 C、 C++和 J語(yǔ)言。 開(kāi)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、Smart Phone 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(cè)試 Web 應(yīng)用程序的內(nèi)置 Web 服務(wù)器，無(wú)需 IIS。 支持母板頁(yè)，用于跨 Web 應(yīng)用程序維護(hù)一致的外觀。 用于簡(jiǎn)單、直觀地進(jìn)行調(diào)試的“編輯并繼續(xù)”功能 。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 8 頁(yè) 共 51 頁(yè) 3 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域。 70 年代初，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。原來(lái)由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)被微處理器控制的采集系統(tǒng)所代替。由微處理器去完成程序控制，數(shù)據(jù)處理及大部分邏輯操作，使系統(tǒng)的靈活性和可靠性大大地提高，系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)的重建費(fèi)用大大地降低 [18]。 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)所需要的系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)框圖 在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量，而 A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，需要考慮的指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換誤差等等。而單 片機(jī)是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。在該系統(tǒng)中采用的是 STC89C52 單片機(jī)。雙機(jī)通信有兩種方式： RS232標(biāo)準(zhǔn)接口串行通信和 PL2303USB— UART 通信，由芯片 RS232 實(shí)現(xiàn)雙機(jī)的通信。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是 LED 數(shù)碼管，該器件比較簡(jiǎn)單，在生活中接觸也較多。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路，多路切換電路，采樣保持電路， A/D,單片采集信號(hào) A / D轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) 滑動(dòng)變阻器調(diào)節(jié)按鍵 RS232 或PL2303 LED 顯示器 單片機(jī) 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 9 頁(yè) 共 51 頁(yè) 機(jī)等組成 。 方案論證 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計(jì)算機(jī)中的一個(gè)重要的 分支。此系統(tǒng)是由 CPU、隨即存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、只讀程序存儲(chǔ)器、輸入輸出電路（ I/O口），還有可能包括定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口、 USB 接口、顯示驅(qū)動(dòng)電路（ LCD 和LED 驅(qū)動(dòng)電路）、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一個(gè)單塊芯片上，構(gòu)成了一個(gè)最小但完善的計(jì)算機(jī)任務(wù)。單片機(jī)要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序，再用 Keil Uvision3 把程序下載到單片機(jī)內(nèi)。 而本設(shè)計(jì)選用的是 STC89C52。 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來(lái)說(shuō)，可以分為 8位、 10 位、 12位和 16位等。位數(shù)越高其分辨率就越高，價(jià)格也就越貴。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號(hào)很多，而其轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾微秒到幾百微秒之間。 (2)雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的 A/D轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，精度比較高，缺點(diǎn)是數(shù)度很慢，適用于對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。 (3)并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換數(shù)度很高，但她采用了很多個(gè)比較器，而 n 位的轉(zhuǎn)換就需要 2n1 個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極 大，價(jià)格也很貴，只適用于視頻 A/D轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域 [19]。 鑒于上面三種方案，在價(jià)格、轉(zhuǎn)換速度及應(yīng)用程度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計(jì)選用的是逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 —— PCF8591。 串行口的選擇 串行口我選用了標(biāo)準(zhǔn) RS232C 接口，它是電平與 TTL電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路。常用的芯片是 MAX232， MAX232 的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1）一片芯片可以完成發(fā)送轉(zhuǎn)換和接收轉(zhuǎn)換的雙重功能。 （ 2）單一電源 +5V 供電 。 （ 3）它的電路設(shè)計(jì)與連接比較簡(jiǎn)單而且功能齊全。 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 10 頁(yè) 共 51 頁(yè) 我們還采用了 USBUART 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行 通行， USB 接口既可以為單片機(jī)提供電源也可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC機(jī)的的連接從而實(shí)現(xiàn)電壓值的接受與轉(zhuǎn)換。 LED 顯示部分 LED 數(shù)碼顯示管是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8 個(gè) LED 顯示管，其中 7個(gè)用于顯示字符， 1個(gè)用來(lái)顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。對(duì) LED 數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時(shí)間向它提供具有一定驅(qū)動(dòng)能力的位選和段選信號(hào)。 LED數(shù)碼顯示有動(dòng)態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。在單片機(jī)中，為了節(jié)省硬件資源，多采用動(dòng)態(tài)掃描顯示法 [20]。 按鍵 單片機(jī)中的復(fù) 位方式有三種：手動(dòng)按鈕復(fù)位、上電復(fù)位、積分型上電復(fù)位。我們采用的是手動(dòng)復(fù)位，把單片機(jī)內(nèi)部電路設(shè)置成為一個(gè)確定的狀態(tài)，所有的寄存器初始化。通過(guò)復(fù)位可以瞬間讓單片機(jī)處于初始狀態(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)變阻器后按復(fù)位鍵，電壓值會(huì)相應(yīng)的變?yōu)檎_的電壓值。 通信方式 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn) 行通訊。 RS232C 接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。 1） UART 是單片機(jī)與 PC 之間的最簡(jiǎn)單的通信方式之一，也是單片機(jī)之間常用通信。 2） I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時(shí)鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 I2C總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種特殊類型信號(hào)， 它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信單片機(jī) 1 (5V) TXD RXD GND 單片機(jī) 2 (5V) RXD TXD GND 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 11 頁(yè) 共 51 頁(yè) 號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。 SCL 線為高電平期間， SDA 線由高電平向低電平的變化表示起始信號(hào)； SCL 線為高電平期間， SDA線由低電平向高電平的變化表示終止信號(hào)。 SCL 為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有 SCL 信號(hào)為低電平期間， SDA 狀態(tài)才允許變化。如下圖所示： 3） 該設(shè)計(jì)采用的是 I2C 通信的方式 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 12 頁(yè) 共 51 頁(yè) 4 硬件部分 硬件芯片選擇及功能簡(jiǎn)介 單片機(jī)的概述 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)數(shù)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)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì) 80年代，由當(dāng)時(shí)的 4位、 8位 單片機(jī) ，發(fā)展到現(xiàn)在的 300M的高速單片機(jī)。 總的而言單片機(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 [21]。 本設(shè)計(jì)采用 89C51作為系統(tǒng)的主控芯片，芯片結(jié)構(gòu)框圖如下： 外部事件計(jì)數(shù)輸入 DBUS 內(nèi)中斷 外中斷 控 制 P0 P2 P1 P3 串行通信 地址 /數(shù)據(jù) 圖 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 振蕩器和時(shí)序 OSC 程序存儲(chǔ)器4KB ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器256B RAM/SFR 2x16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 89C51 CPU 可編程全雙工 串行口 可編程 I/O 口 64KB 總線擴(kuò)展控制器 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 13 頁(yè) 共 51 頁(yè) 89C51單片機(jī)包含： （ 1）一個(gè) 8位的 80C51微處理器。 （ 2）片內(nèi) 256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM/SFR，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果，最終結(jié)果以及欲顯示的數(shù)據(jù)等。 （ 3）片內(nèi) 4KB 程序存儲(chǔ)器 FLASH ROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù)和表格。 （ 4） 4個(gè) 8位并行 I/O 端口 P0P3，每個(gè)端口既可用作輸入也可用作輸出。 （ 5）兩個(gè) 16位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，每個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器都可設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，用以對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，也可以設(shè)置成定時(shí)方式。 （ 6）具有 5個(gè)中斷源、兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)和中斷控制系統(tǒng)。 （ 7）一個(gè)全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與 PC 機(jī)之間的串行通信。 （ 8）片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接，最高允許振蕩頻率為 24MHz。 （ 9） 89C51單片機(jī)與 8051相比，具有節(jié)電工作方式，即休閑方式及掉電方式。 STC89C52 的概述 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可 擦除 只讀存儲(chǔ)器（ FPEROMFlash Programmability And Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 COMOS8 的微處理器，俗稱單片機(jī) [22]。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 在 STC89C52 內(nèi)部有 FLASH 程序存儲(chǔ)器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可用在線使之處于編程狀態(tài)對(duì)其編程。編程速度很快，擦除時(shí)也無(wú)需紫外線，非常方便。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： ① 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 12 時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇， 指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051； ② 工作電壓： ～ （ 5V單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)）； ③ 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz； ④ 用戶應(yīng)用程序空間為 8K 字節(jié)； ⑤ 片上集成 512 字節(jié) RAM； 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 14 頁(yè) 共 51 頁(yè) ⑥ 通用 I/O口（ 32 個(gè)），復(fù)位后為： P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻； ⑦ ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器，無(wú)需專用仿真器，可通過(guò)串口（ RXD/,TXD/）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片； ⑧ 具有 EEPROM 功能； ⑨ 具有看門狗功能； ⑩ 外部中斷 4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā) 電路， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒； 11 通用異步串行口（ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART； 圖 STC89C52的引腳圖 STC89C52RC 單片機(jī)的工作模式 ： 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院 2020 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 第 15 頁(yè) 共 51 頁(yè) ? 掉電模式：典型功耗 A,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續(xù)執(zhí)行原程序； ? 空閑模式：典型功耗 2mA； ? 正常工作模式：典型功耗 4Ma～ 7mA； ? 掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統(tǒng)及便攜設(shè)備 其引腳圖，如圖 。 它一共有 40個(gè)引腳，引腳又分為四類。其中有四個(gè)電源引腳，用來(lái)接入單片機(jī)的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個(gè)時(shí)鐘引腳 XTALXTAL2。還有由 P0口、