【文章內容簡介】 支持 Visual Basic、 C、 C++和 J語言。 開發(fā)和部署基于客戶端服務器結構的 Windows 應用程序、 Web 應用程序、Smart Phone 和 Pocket PC 應用程序。 幾乎適用于任何類型應用程序的“拖放式”用戶界面設計器。 包含一個用于測試 Web 應用程序的內置 Web 服務器，無需 IIS。 支持母板頁，用于跨 Web 應用程序維護一致的外觀。 用于簡單、直觀地進行調試的“編輯并繼續(xù)”功能 。 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 8 頁 共 51 頁 3 數(shù)據采集 數(shù)據采集系統(tǒng) 數(shù)據采集，又稱數(shù)據獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據并輸入到系統(tǒng)內部的一個接口。數(shù)據采集技術廣泛引用在各個領域。 70 年代初，隨著計算機技術及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速 A/D轉換器的 出現(xiàn)，數(shù)據采集系統(tǒng)結構發(fā)生了重大變革。原來由小規(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)的重建費用大大地降低 [18]。 完成畢業(yè)設計所需要的系統(tǒng)框圖如圖 所示： 圖 系統(tǒng)框圖 在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉換為數(shù)據量，而 A/D是將模擬量轉換為數(shù)字量的器件，需要考慮的指標有：分辨率、轉換時間、轉換誤差等等。而單 片機是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?。在該系統(tǒng)中采用的是 STC89C52 單片機。雙機通信有兩種方式： RS232標準接口串行通信和 PL2303USB— UART 通信，由芯片 RS232 實現(xiàn)雙機的通信。而數(shù)據的顯示則采用的是 LED 數(shù)碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。 數(shù)據采集系統(tǒng)一般由信號調理電路，多路切換電路，采樣保持電路， A/D,單片采集信號 A / D轉換器 單片機 滑動變阻器調節(jié)按鍵 RS232 或PL2303 LED 顯示器 單片機 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 9 頁 共 51 頁 機等組成 。 方案論證 單片機的選擇 單片機是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計算機中的一個重要的 分支。此系統(tǒng)是由 CPU、隨即存取數(shù)據存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路（ I/O口），還有可能包括定時 /計數(shù)器、串行通信口、 USB 接口、顯示驅動電路（ LCD 和LED 驅動電路）、脈寬調制電路、模擬多路轉換器及 A/D 轉換器等電路集成到一個單塊芯片上，構成了一個最小但完善的計算機任務。單片機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內。 而本設計選用的是 STC89C52。 A/D 模數(shù)轉換的選擇 A/D 轉換器的種類很多，就位數(shù)來說，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，價格也就越貴。 A/D 轉換器型號很多，而其轉換時間和轉換誤差也各不相同。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉換器，其轉換時間在幾微秒到幾百微秒之間。 (2)雙積分 A/D轉換器：它是一種間接式的 A/D轉換器，優(yōu)點是抗干擾能力強，精度比較高，缺點是數(shù)度很慢，適用于對轉換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。 (3)并行式 A/D 轉換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉換數(shù)度很高，但她采用了很多個比較器，而 n 位的轉換就需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極 大，價格也很貴，只適用于視頻 A/D轉換器等數(shù)度特別高的領域 [19]。 鑒于上面三種方案，在價格、轉換速度及應用程度等多種標準考量下，在本設計選用的是逐漸逼近式 A/D 轉換器 —— PCF8591。 串行口的選擇 串行口我選用了標準 RS232C 接口，它是電平與 TTL電平轉換驅動電路。常用的芯片是 MAX232， MAX232 的優(yōu)點是： （ 1）一片芯片可以完成發(fā)送轉換和接收轉換的雙重功能。 （ 2）單一電源 +5V 供電 。 （ 3）它的電路設計與連接比較簡單而且功能齊全。 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 10 頁 共 51 頁 我們還采用了 USBUART 轉換電路進行 通行， USB 接口既可以為單片機提供電源也可以實現(xiàn)單片機與 PC機的的連接從而實現(xiàn)電壓值的接受與轉換。 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 LED 顯示管，其中 7個用于顯示字符， 1個用來顯示小數(shù)點，故通常稱之為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。對 LED 數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時間向它提供具有一定驅動能力的位選和段選信號。 LED數(shù)碼顯示有動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。在單片機中，為了節(jié)省硬件資源，多采用動態(tài)掃描顯示法 [20]。 按鍵 單片機中的復 位方式有三種：手動按鈕復位、上電復位、積分型上電復位。我們采用的是手動復位，把單片機內部電路設置成為一個確定的狀態(tài)，所有的寄存器初始化。通過復位可以瞬間讓單片機處于初始狀態(tài)，轉動滑動變阻器后按復位鍵，電壓值會相應的變?yōu)檎_的電壓值。 通信方式 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據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，特別是在遠程傳輸時，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，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進 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 是單片機與 PC 之間的最簡單的通信方式之一，也是單片機之間常用通信。 2） I2C 總線是由數(shù)據線 SDA 和時鐘 SCL 構成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據。 I2C總線在傳送數(shù)據過程中共有三種特殊類型信號， 它們分別是：開始信號、結束信單片機 1 (5V) TXD RXD GND 單片機 2 (5V) RXD TXD GND 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 11 頁 共 51 頁 號和應答信號。 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； 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。 SCL 為高電平期間，數(shù)據線上的數(shù)據必須保持穩(wěn)定，只有 SCL 信號為低電平期間， SDA 狀態(tài)才允許變化。如下圖所示： 3） 該設計采用的是 I2C 通信的方式 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 12 頁 共 51 頁 4 硬件部分 硬件芯片選擇及功能簡介 單片機的概述 單片機 是一種集成 電路 芯片 ，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術把具有數(shù)據處理能力的 中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和 中斷系統(tǒng) 、定時器 /計數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅動電路、 脈寬調制 電路、模擬多路 轉換器 、 A/D 轉換器 等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的 微型計算機系統(tǒng) ，在工業(yè)控制領域廣泛應用。從上世紀 80年代，由當時的 4位、 8位 單片機 ，發(fā)展到現(xiàn)在的 300M的高速單片機。 總的而言單片機的特點可以歸納為以下幾個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這幾個方面 [21]。 本設計采用 89C51作為系統(tǒng)的主控芯片，芯片結構框圖如下： 外部事件計數(shù)輸入 DBUS 內中斷 外中斷 控 制 P0 P2 P1 P3 串行通信 地址 /數(shù)據 圖 89C51 單片機結構框圖 振蕩器和時序 OSC 程序存儲器4KB ROM 數(shù)據存儲器256B RAM/SFR 2x16位定時器 /計數(shù)器 89C51 CPU 可編程全雙工 串行口 可編程 I/O 口 64KB 總線擴展控制器 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 13 頁 共 51 頁 89C51單片機包含： （ 1）一個 8位的 80C51微處理器。 （ 2）片內 256字節(jié)數(shù)據存儲器 RAM/SFR，用以存放可以讀寫的數(shù)據，如運算的中間結果，最終結果以及欲顯示的數(shù)據等。 （ 3）片內 4KB 程序存儲器 FLASH ROM，用以存放程序、一些原始數(shù)據和表格。 （ 4） 4個 8位并行 I/O 端口 P0P3，每個端口既可用作輸入也可用作輸出。 （ 5）兩個 16位的定時器 /計數(shù)器，每個定時器 /計數(shù)器都可設置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設置成定時方式。 （ 6）具有 5個中斷源、兩個中斷優(yōu)先級和中斷控制系統(tǒng)。 （ 7）一個全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于 實現(xiàn)單片機之間或單片機與 PC 機之間的串行通信。 （ 8）片內振蕩器和時鐘產生電路，但石英晶體和微調電容需要外接，最高允許振蕩頻率為 24MHz。 （ 9） 89C51單片機與 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 [22]。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 在 STC89C52 內部有 FLASH 程序存儲器，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)對其編程。編程速度很快，擦除時也無需紫外線，非常方便。 STC89C52具有以下標準功能： ① 增強型 8051 單片機， 6 時鐘 /機器周期和 12 時鐘 /機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） /～ （ 3V 單片機）； ③ 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工作頻率可達48MHz； ④ 用戶應用程序空間為 8K 字節(jié)； ⑤ 片上集成 512 字節(jié) RAM； 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 14 頁 共 51 頁 ⑥ 通用 I/O口（ 32 個），復位后為： P1/P2/P3/P4 是準雙向口 /弱上拉， P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻； ⑦ ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（ 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），還可用定時器軟件實現(xiàn)多個 UART； 圖 STC89C52的引腳圖 STC89C52RC 單片機的工作模式 ： 中北大學信息商務學院 2020 屆畢業(yè)設計說明書 第 15 頁 共 51 頁 ? 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)及便攜設備 其引腳圖，如圖 。 它一共有 40個引腳，引腳又分為四類。其中有四個電源引腳，用來接入單片機的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個時鐘引腳 XTALXTAL2。還有由 P0口、