【文章內(nèi)容簡介】 。 16 程序流程圖 17 利用仿真進(jìn)行上位機(jī)程序調(diào)試 17 第 5 章 結(jié)論 19 參考文獻(xiàn) 20 附錄 21 吉林化工學(xué)院課程設(shè)計說明書 1 第 1 章 概述 數(shù)據(jù)采集是對一個或多個信號獲取對象信息的過程，數(shù)據(jù)采集器是一種具有實驗室或現(xiàn)場進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集、自動存儲記錄、信號預(yù)處理、即時顯示、即時狀態(tài)分析 、自動傳輸?shù)裙δ艿淖詣踊O(shè)備。 數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品等領(lǐng)域生產(chǎn)過程中，往往需要隨時檢測各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量及壓力等參數(shù)。 同時，還要對某一檢測點任意參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查詢，將其在某一時間段內(nèi)檢測到的數(shù)據(jù) 經(jīng)過轉(zhuǎn)換提取出來，以便進(jìn)行比較，做出策略。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從嚴(yán)格 意義來說， 應(yīng)該使用計算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動檢測或巡回檢測，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實行存儲、處理、分析計算以及從檢測的數(shù)據(jù)中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。 由于 RS232 在微機(jī)通信接口中廣泛應(yīng)用，技術(shù)已相當(dāng)成熟。在近端與遠(yuǎn)端通信過程中，采用串行 RS232 標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn) PC 機(jī)與單片機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設(shè)計，數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了單片機(jī) 8051 來實現(xiàn)，硬件部分是以單片機(jī)為核心，還包括 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊，和串行接口部分。該系統(tǒng)從機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集并應(yīng)答主機(jī)的命令。 8 路 被測電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0832 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過串行口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，并用LED 數(shù)碼顯示管來顯示所采集的結(jié)果。 基于 RS232 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 2 第 2 章 單元電路原理 本硬件電路包括的單元電路有 X5045 看門狗電路、 MAX232 電平轉(zhuǎn)換芯片、時鐘電路、指示電路、開關(guān)量采集電路、模擬量采集電路以及 ADC0832A/D 轉(zhuǎn)換電路。 X4051 看門狗電路 X5045 具有上電復(fù)位、看門狗定時器、電源電壓監(jiān)控和 512 字節(jié)的塊鎖串行 E2 PROM 存儲器四種常用功能，為 SPI 總線 、雙列直插 DIP8 封裝， 引腳 如圖 21 所示： 圖 21 X4051 引腳說明 CS —— 片選引腳 ：當(dāng) CS 芯片使能信號 ,當(dāng)其為高電平時 ,芯片不被選擇 , SO 腳為高阻態(tài) ,除非一個內(nèi)部的寫操作正在進(jìn)行 ,否則芯片處于待機(jī)模式 。當(dāng)引腳為低電平時 ,芯片處于活動模式 ,在上電后 ,在任何操作之前需要 CS 引腳的一個從高電平到低電平的跳變。 SO —— 串行數(shù)據(jù)輸出 引腳： 在一個讀操作的過程 中 ,數(shù)據(jù)從 SO 腳移位輸出。在時鐘的下降沿時 數(shù)據(jù)改變。 SI —— 串行數(shù)據(jù)輸入引腳：所有的操作碼、字節(jié)地址和數(shù)據(jù)從 SI腳寫入 ,在時鐘的上升沿時數(shù)據(jù)被鎖定。 SCK —— 串行時鐘引腳 ：控制總線上數(shù)據(jù)輸入和輸出路 ,從而使 RESET 引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)的時序。 WP —— 寫保護(hù)引腳：當(dāng) WP 引腳為低時 ,芯片禁止寫入 ,但是其他的功能正常。當(dāng) WP 引腳為高電平時 ,所有的功能都正常。當(dāng) CS 為低時 ,WP 變?yōu)榈涂梢灾袛鄬π酒膶懖僮鳌５侨绻麅?nèi)部的寫周期已經(jīng)被初始化后 ,WP 變?yōu)榈筒粫懖僮髟斐捎绊憽? RESET—— 復(fù)位輸出端 VCC—— 電源端。 VSS—— 接地端。 吉林化工學(xué)院課程設(shè)計說明書 3 X4051 工作原理 X5045 是一種集上電復(fù)位、看門狗、電壓監(jiān)控和串行 EEPROM 四種功能于一身的可編程控制電路 ,它有助于簡化應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計 ,減少電路板的占用面積 ,提高可靠性。 上電復(fù)位 X5045 加電時會激 活其內(nèi)部的上電復(fù)位電路 ,從而使 RESET 引腳有效。該信號可避免系統(tǒng)微處理器在電壓不足或振蕩器未穩(wěn)定的情況下工作。當(dāng) VCC 超過器件的 Vtrip 門限值時 ,電路將在 200ms（典型）延時后釋放 RESET 以允許系統(tǒng)開始工作。 低電壓檢測 工作時 , X5045對 VCC電平進(jìn)行監(jiān)測 ,若電 源電壓跌落至預(yù)置的最小 Vtrip以下時 ,系統(tǒng)即確認(rèn) RESET,從而避免微處理器在電源失效或斷開的情況下工作。當(dāng) RESET 被確認(rèn)后 ,該 RESET信號將一直保持有效 ,直到電壓跌到低于 1V 。而當(dāng) VCC 返回并超過 Vtrip 達(dá) 200ms 時 ,系統(tǒng)重 新開始工作。 看門狗電路 看門狗定時器的作用是通過監(jiān)視 WDI 輸入來監(jiān)視微處理器是否激活。由于微處理器必須周期性的觸發(fā) CS/WDI引腳以避免 RESET信號激活而使電路復(fù)位 ,所以 CS/WDI引腳必須在看門狗超時時間終止之前受到由高至低信號的觸發(fā)。 SPI 串行存儲器 該芯片內(nèi)的串行 EEPROM 是具有 Xicor 公司塊保護(hù)的 CMOS 串行 EEPROM,它被組織成 8位的結(jié)構(gòu) ,由一個四線構(gòu)成的 SPI 總線方式進(jìn)行操作 ,其擦寫周期至少 1000000 次 ,并且寫好的數(shù)據(jù)能夠保持 100 年。 X4051 指令寄存器 X5045 主要是通過一個 8 位的指令寄存器來 控制器件的工作 ,其指令代碼通過 SI 輸入端寫入寄存器。當(dāng) CS 變低以后 , SI 線上的輸入數(shù)據(jù)在 SCK 的第一個上升沿時被鎖存。而 SO 線上的數(shù)據(jù)則由 SCK 的下降沿輸出。用戶可以停止時鐘 ,然后再啟動它 , 以便在它停止的地方恢復(fù)操作在整個工作期間 ,CS 必須為低。芯片控制的指令被組織成一個字節(jié) 8bit ,這些命令中有兩條只要將指令代碼寫入芯片即可 ,有兩條讀指令用于初始化輸出 數(shù)據(jù) ,其它的指令還需要一個 8 位的地址以及相關(guān)的數(shù)據(jù) ,所有指令見于表 21。它們都是通過 SPI 總線寫入芯片的 ,所以指令、地址數(shù)據(jù)都是 MSB 先寫。 基于 RS232 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計 4 表 21 X5045 編程指令 指令名稱 指令格式 完成的操作 WREN 0000 0110 寫允許 WRDI 0000 0100 寫禁止 RSDI 0000 0101 讀狀態(tài)寄存器 WRSR 0000 0001 寫狀態(tài)寄存器 看門狗和塊鎖定 READ 0000 As 011 從選定的開始地址單元中讀數(shù)據(jù) WRITE 0000 As 011 向選定的開始單元地址單元寫入數(shù)據(jù) 116字節(jié) X4051 狀態(tài)寄存器 X5045 的狀態(tài)寄存器包含四個非易失性狀態(tài)位和兩個易失性狀態(tài)位?？刂莆挥糜谠O(shè)置看門狗定時器的操作和存儲器的塊鎖保護(hù)。狀態(tài)寄存器 的格式如表 22 缺省值為（ 00H）： 表 22 狀態(tài)寄存器格式 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WIP是一個易失性的只讀位，在片內(nèi)編程，它指示器件“忙”。這一位可以用 RDSR 指令讀出，當(dāng)讀出這一位是“ 1”則表示內(nèi)部正在進(jìn)行寫操 作，如果是“ 0”表示沒有進(jìn)行寫操作。 WEL是一個易失性位，當(dāng)該位為“ 1”時表示芯片處于寫允許狀態(tài)，而該位是“ 0”則代表芯片處于寫禁止?fàn)顟B(tài)。 WEL 也是一個只讀位，指令 WREN 將使 WEL 變?yōu)椤?1”。而指令 WRDI 則是將這位變?yōu)椤?0”。 塊鎖定位 BL0 和 BL1用于設(shè)置塊保護(hù)的層次。這個非易失性的位通過 WRSR指令來編程，通過這兩位的設(shè)置，可以使存儲器的 1/ 1/2 全部都處于寫保護(hù)狀態(tài)，當(dāng)然也可以全部都不出于寫保護(hù)狀態(tài)。 看門狗定時器控制位： WD0和 WD1，用于選擇看門狗定時器的溢出時間。具體情況見表格。這兩個 非易失性位通過 WRSR指令進(jìn)行編程。 MAX232 轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 是一種雙組驅(qū)動器 /接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單 5V 電源供電時提供 EIA/TIA232E 電平。每個接收器將 EIA/TIA232E 電平輸入轉(zhuǎn)換為 5V TTL/CMOS 電平。這些收器具有 的典型門限值及 的典型遲滯，而且可以接收177。 30V 的輸入。每個驅(qū)動器將TTL/CMOS 輸入電平轉(zhuǎn)換為 TMEIA/TIA232E 電平。所有的驅(qū)動器、接收器及電壓發(fā)生器都可在德州儀器公司的 LinASIC 元件庫中得 到標(biāo)準(zhǔn)單元。 MAX232 引腳說明 MAX232 為雙列直插 DIP16 封裝，其引腳如圖 22 所示： 吉林化工學(xué)院課程設(shè)計說明書 5 電荷泵電路。由 6 腳和 4 只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v兩個電源，提供給 RS232串口電平的需要。 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由 1 1 1 14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。 其中 13腳（ R1IN）、 12 腳（ R1OUT）、 11腳（ T1IN）、 14腳（ T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。 8 腳（ R2IN）、 9 腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、 7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS 數(shù)據(jù)從 T1IN、 T2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送到電腦 DP9 插頭；DP9插頭的 RS232 數(shù)據(jù)從 R1IN、 R2IN 輸入轉(zhuǎn)換成 TTL/CMOS 數(shù)據(jù)后從 R1OUT、 R2OUT 輸出。 供電。 15 腳 DNG、 16 腳 VCC（ +5v） MAX232 工作原理 Max232 產(chǎn)品是一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。該器件包含 2 驅(qū)動器、 2 接收器和一個電壓發(fā)生器電路提供 TIA/EIA232F 電平。 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個接收器 將TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成 5V TTL/CMOS 電平。每一個發(fā)送器將 TTL/CMOS 電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA232F 電平。 MAX232 的優(yōu)點是： 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。 單一電源 +5V供電 它的電路設(shè)計與連接比較簡單而且功能齊全。 MAX232 特性 工作溫度（自