【文章內容簡介】 潔、直觀性強、人機交互界面友好、數(shù)據(jù)可視化分析與設備控制能力優(yōu)等特點。而其自帶的VISA子模塊，則可更方便、快捷地實現(xiàn)串口編程，完成控制機與儀器之間的連接與控制的功能。我們可以利用LabVIEW的VISA函數(shù)庫中的串口VI對串口進行編程，完成對電壓的實時采集，并對采集到的電壓進行頻譜分析。小結：經簡單的理論分析，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分核心采用ADC0809，單片機系統(tǒng)選用8051構成的最小系統(tǒng)，用LED動態(tài)顯示采集到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸則選用RS232標準，實現(xiàn)單片機與PC機的通信，采集到的數(shù)據(jù)在PC上利用LabVIEW進行頻譜分析。第2章 系統(tǒng)硬件設計 信號調理電路信號調理的任務是將被測對象的輸出信號變換成計算機要求的輸入信號。對于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入通道，設置多路選擇開關，可降低硬件開銷。，為避免小信號通過模擬開關造成較大的附加誤差，在傳感器輸出信號過小時，每個通道應設前置放大環(huán)節(jié)（本文可不加以考慮）。 數(shù)據(jù)采集電路把連續(xù)變化量變成離散量的過程稱為量化，也可理解為信號的采樣。 把以一定時間間隔T逐點采集連續(xù)的模擬信號，并保持一個時間t，使被采集的信號變成時間上離散、幅值等于采樣時刻該信號瞬時值的一組方波序列信號，即采樣信號。 A/D轉換的一般步驟為了能不失真的恢復原模擬信號，采樣頻率應不小于輸入模擬信號的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即 由于A/D轉換需要一定的時間，所以在每次采樣結束后，應保持采樣電壓在一段時間內不變，直到下一次采樣的開始。實際中采樣保持是做成一個電路。模擬信號經采樣保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號在給定時刻上的瞬時值，并不是數(shù)字信號。還要把每個樣值脈沖轉換成與它幅值成正比的數(shù)字量。以上為A/D轉換的一般步驟，在本電路中由ADC0809芯片完成。 ADC0809內部功能與引腳介紹分辨率和精度在第一章中已作了相應的計算和分析。ADC0809八位逐次逼近式A／D轉換器是一種單片CMOS器件，包括8位模擬轉換器、8通道轉換開關和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉換開關能直接連通8個單端模擬信號中的任何一個。 ADC0809內部結構u 逐次比較型u CMOS工藝制造u 單電源供電u 無需零點和滿刻度調整u 具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與TTL兼容u 易與各種微控制器接口u 具有鎖存控制的8路模擬開關u 分辨率：8位u 功耗：15mWu 最大不可調誤差小于177。1LSB（最低有效位）u 轉換時間（）128us ADC0809引腳u 轉換精度：u ADC0809沒有內部時鐘，必須由外部提供，其范 圍為10～1280kHz。典型時鐘頻率為640kHz。各引腳的功能如下：IN0～IN7：8個通道的模擬量輸入端?？奢斎?～5V待轉換的模擬電壓。D0～D7：8位轉換結果輸出端。三態(tài)輸出，D7是最高位，D0是最低位。A、B、C：通道選擇端。當CBA=000時，IN0輸入；當CBA=111時，IN7輸入。ALE：地址鎖存信號輸入端。該信號在上升沿處把A、B、C的狀態(tài)鎖存到內部的多路開關的地址鎖存器中，從而選通8路模擬信號中的某一路。START：啟動轉換信號輸入端。從START端輸入一個正脈沖，其下降沿啟動ADC0809開始轉換。脈沖寬度應不小于100～200ns。EOC：轉換結束信號輸出端。啟動A/D轉換時它自動變?yōu)榈碗娖?。OE：輸出允許端。CLK：時鐘輸入端。ADC0809的典型時鐘頻率為640kHz，轉換時間約為100μs。REF()、REF(+)：參考電壓輸入端。ADC0809的參考電壓為＋5V。V、GND：供電電源端。ADC0809使用＋5V單一電源供電。當ALE為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START上升沿時，所有的內部寄存器清零，在下降沿時，開始進行A/D轉換，此期間START應保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉換結束信號變?yōu)榈碗娖剑珽OC為低電平時，表示正在轉換，為高電平時，表示轉換結束。OE為低電平時，D0～D7為高阻狀態(tài)，OE為高電平時，允許轉換結果輸出。 ADC0809與MCS51系列單片機的接口方法ADC0809與8051單片機的硬件接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時等待方式，本題中選用中斷接口方式。由于ADC0809無片內時鐘，時鐘信號可由單片機的ALE信號經D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳得脈沖頻率是8051時鐘頻率的1/6。該題目中單片機時鐘頻率采用6MHz,則ALE輸出的頻率是1MHz，二分頻后為500Hz,符合ADC0809對頻率的要求。由于ADC0809內部設有地址鎖存器，所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。通道基本地址為7FF8H～7FFFH。地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7控制信號：，在啟動A/D轉換時。由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時也啟動轉換。在讀取轉換結果時，產生正脈沖作為OE信號，用一打開三態(tài)輸出鎖存器。圖 ADC0809與MCS51的接口電路START信號和OE信號的邏輯表達式為 ADC0809時序圖當8051通過對7FF8H～7FFFH（基本地址）中的某個口地址進行一次寫操作，即可啟動相應通道的A／D轉換；當轉換結束后,ADC0809的EOC端向8051發(fā)出中斷申請信號；8051通過對7FF8H～7FFFH中的某個口地址進行一次讀操作，即可得到轉換結果。注：ADC0809的基準電壓可通過基準電壓芯片供給，如MAX875,可供給5V基準電壓 控制器、振蕩源和復位電路復位即回到初始狀態(tài)，是單片機經常進入的工作狀態(tài)。單片機振蕩電路的振蕩周期和時鐘電路的時鐘周期決定了CPU的時序。1．復位電路 單片機的復位是靠外部電路實現(xiàn)的。無論是HMOS還是CHMOS型，在振蕩器正運行的情況下，RST引腳保持二個機器周期以上時間的高電平，系統(tǒng)復位。在RST端出現(xiàn)高電平的第二個周期，執(zhí)行內部復位，以后每個周期復位一次，直至RST端變低。本文采用上電外部復位電路，相關參數(shù)為典型值。 內部振蕩器方式。外接晶體以及電容、構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，內部振蕩器產生自激振蕩，～12MHz之間任選。對外接電容值雖然沒有嚴格的要求，但電容的大小多少會影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。外接晶體時，和通常選30pF左右；外接陶瓷諧振器時，和的典型值為47pF。 鍵盤與顯示電路鍵盤由一組常開按鍵開關組成。鍵盤系統(tǒng)的主要工作包括及時發(fā)現(xiàn)有鍵閉合，并作相應的處理。 鍵盤硬件邏輯本系統(tǒng)中采用中斷方式的開關代替鍵盤，完成采集通道的選擇。顯示部分為8個共陰極的七段LED顯示器，8個七段LED的a～dp字段的引腳分別由8個OC門同相驅動器驅動。OC門驅動器用7407，當7407輸出低電平時，沒有電流流過LED，當7407輸出為開路狀態(tài)時，電流經100限流電阻流入LED顯示器，每個七段LED的公共端都接一個反相驅動器，反相驅動器使用75452，當某一字段需要亮時，該LED公共端的反相驅動器必須是低電平輸出，并且這一字段的同相驅動器必須是高電平輸出。單片機通過8155接口芯片的A口位選，經B口確定那些字段LED發(fā)光。LED發(fā)光時，驅動電流計算如下，每一字段脈沖電流—LED正向壓降—晶體管的飽和壓降公共端最大電流 顯示電路原理圖 通信電路51單片機有一個全雙工的串行口，所以單片機和PC之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通信時要滿足一定的條件，如PC的串口是RS232電平的，而單片機的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，這里用專用芯片MAX232進行轉換，用專用芯片更簡單可靠。它包含兩路接收器和驅動器，內部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電壓變換位RS232輸出電平所需的+10V電壓。所以，用該芯片接口的串行通信只需單一的+5V電源就可以了。其應用性更強。（b）中上半部電容、及，是電源變換部分。實際應用中，器件對電源噪聲很敏感。因此，對地需要加去耦電容。電容、取同樣數(shù)值的電解電容，以提高抗干擾能力。(a)(b) MAX232引腳圖和電容典型參數(shù)（b）下半部分為發(fā)送和接收部分，可直接接TTL/CMOS電平的MCS51型單片機的串行發(fā)送端TXD；,可直接接TTL/CMOS電平的MCS51型單片機的串行接受端RXD；，可直接接PC機的RS232串口接受端RXD；,可直接接PC機的RS232串口發(fā)送端TXD。 通信接口電路串口通信的硬件連接采用三線制連接串口，就是說和PC的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡單的連接方法，但是對本題來說已經足夠了，MAX232的第11腳和單片機的11號引腳連接，第12腳和單片機的10腳連接，第15腳和單片機的20腳連接。MAX232的第14腳和PC機串口的2號引腳連接，第13腳和PC機串口的3號引腳連接，第15腳和PC機串口的5號引腳連接。第3章 軟件設計整個系統(tǒng)軟件設計分為兩個部分，作為主控的PC端的軟件設計及作為數(shù)據(jù)采集器的單片機終端節(jié)點的軟件設計。系統(tǒng)采用模塊化編程，將各部分功能分別實現(xiàn)，主要的功能子程序有：數(shù)據(jù)采集、標度變換、數(shù)值顯示、發(fā)送、接收和部分中斷子程序。開始系統(tǒng)初始化調用數(shù)據(jù)采集子程序取相應通道數(shù)據(jù)調用數(shù)據(jù)顯示子程序調用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序 主程序流