【文章內(nèi)容簡介】 外殼，安全地線2發(fā)送數(shù)據(jù)TXDDCEDTE發(fā)送串行數(shù)據(jù)3接收數(shù)據(jù)RXDDTEDTE接收串行數(shù)據(jù)4請求發(fā)送RTSDCEDTE請求切換到發(fā)送方式5清除發(fā)送CTSDTEDCE清除發(fā)送6數(shù)據(jù)設(shè)備就緒DSRDTEDCE準(zhǔn)備就緒7信號地————信號地8載波檢測（RLSD）DCDDTEDCE已接收到遠(yuǎn)程信號20數(shù)據(jù)終端就緒DTRDCEDTE準(zhǔn)備就緒22振鈴指示RIDTE通知DTE，通信線路已妥通常使用25芯的接插件（DB25插頭和插座）來實(shí)現(xiàn)RS—232C標(biāo)準(zhǔn)接口的連接。RS一232C標(biāo)準(zhǔn)接口（DB25）連接器的機(jī)械性能與信號線的排列如圖29所示。圖29 DB25連接器的機(jī)械性能與信號線的排列⑵ 電氣特性RS232C采用負(fù)邏輯，即：邏輯“1”為5～15V，邏輯“0”為+5～+15V。表22為RS232C接口的主要電氣特性。表22 RS232C接口的主要電氣特性不帶負(fù)載時(shí)驅(qū)動器輸出電平Vo25V(25~+25V)負(fù)載電阻R0 3~7k?負(fù)載電容（包括線間電容）CL2 500pF空號（SPACE）或邏輯“0”時(shí)驅(qū)動器輸出電平+5～+15V在負(fù)載端傳號（MARK）或邏輯“1”時(shí)+3V驅(qū)動器輸出電平5~15在負(fù)載端3V輸出短路電流驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率30V驅(qū)動器輸出電阻R300? 串口通信基本接線方法目前較為常用的串口有9針串口（DB9）和25針串口（DB25），通信距離較近時(shí)(12m)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口(RS422,RS485較遠(yuǎn))，若距離較遠(yuǎn)，需附加調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。最為簡單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連，本文只涉及到最為基本的接法，且直接用RS232相連。⑴ DB9和DB25的常用信號腳說明。如下表23所示。表23 DB9和DB25的常用信號腳說明9針串口（DB9）25針串口（DB25）針號功能說明縮寫針號功能說明縮寫1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELL⑵ RS232C串口通信接線方法（三線制）首先，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實(shí)現(xiàn)：同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個(gè)串口相連或一個(gè)串口和多個(gè)串口相連，同一個(gè)串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連 對9針串口和25針串口，均是2與3直接相連；兩個(gè)不同串口（不論是同一臺計(jì)算機(jī)的兩個(gè)串口或分別是不同計(jì)算機(jī)的串口）。上面表格是對微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤數(shù)據(jù)，只要記住一個(gè)原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號地對應(yīng)相接，就能百戰(zhàn)百勝。⑶ 串口調(diào)試中要注意的幾點(diǎn)：串口調(diào)試時(shí)，準(zhǔn)備一個(gè)好用的調(diào)試工具，如串口調(diào)試助手、串口精靈等，有事半功倍之效果； 強(qiáng)烈建議不要帶電插撥串口，插撥時(shí)至少有一端是斷電的，否則串口易損壞。⑷ 串口通訊流控制 我們在串行通訊處理中，常常看到RTS/CTS和XON/XOFF這兩個(gè)選項(xiàng)，這就是兩個(gè)流控制的選項(xiàng)，目前流控制主要應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通訊中，但對普通RS232編程，了解一點(diǎn)這方面的知識是有好處的。這里講到的“流”，當(dāng)然指的是數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)在兩個(gè)串口之間傳輸時(shí)，常常會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，或者兩臺計(jì)算機(jī)的處理速度不同，如臺式機(jī)與單片機(jī)之間的通訊，接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，則此時(shí)繼續(xù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)就會丟失?，F(xiàn)在我們在網(wǎng)絡(luò)上通過MODEM進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這個(gè)問題就尤為突出。流控制能解決這個(gè)問題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理不過來時(shí)，就發(fā)出“不再接收”的信號，發(fā)送端就停止發(fā)送，直到收到“可以繼續(xù)發(fā)送”的信號再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此流控制可以控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M(jìn)程，防止數(shù)據(jù)的丟失。 PC機(jī)中常用的兩種流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟件流控制XON/XOFF（繼續(xù)/停止），下面分別說明。 ① 硬件流控制硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）流控制。硬件流控制必須將相應(yīng)的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時(shí)，應(yīng)將通訊兩端的RTS、CTS線對應(yīng)相連，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（如計(jì)算機(jī)）使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來起動和暫停來自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過程為：我們在編程時(shí)根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設(shè)置一個(gè)高位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的75％）和一個(gè)低位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的25％），當(dāng)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量達(dá)到高位時(shí)，我們在接收端將CTS線置低電平（送邏輯0），當(dāng)發(fā)送端的程序檢測到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而將CTS置高電平。RTS則用來標(biāo)明接收設(shè)備有沒有準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。② 軟件流控制由于電纜線的限制，我們在普通的控制通訊中一般不用硬件流控制，而用軟件流控制。一般通過XON/XOFF來實(shí)現(xiàn)軟件流控制。常用方法是：當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量超過設(shè)定的高位時(shí)，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XOFF字符（十進(jìn)制的19或ControlS，設(shè)備編程說明書應(yīng)該有詳細(xì)闡述），發(fā)送端收到XOFF字符后就立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)量低于設(shè)定的低位時(shí)，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XON字符（十進(jìn)制的17或ControlQ），發(fā)送端收到XON字符后就立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)。一般可以從設(shè)備配套源程序中找到發(fā)送的是什么字符。應(yīng)該注意，若傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制數(shù)據(jù)，標(biāo)志字符也有可能在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)而引起誤操作，這是軟件流控制的缺陷，而硬件流控制不會有這個(gè)問題。 本章小結(jié)本章主要作用是確定設(shè)計(jì)方案，通過對采樣定理、數(shù)據(jù)傳輸方式、RS232串口通信的研究最終確定了本次論文設(shè)計(jì)的方案。傳感器負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)、ADC0809負(fù)責(zé)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量、單片機(jī)負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)、LCD電路負(fù)責(zé)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、RS232負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)上傳給電腦。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括：①數(shù)據(jù)采集模塊；②A/D轉(zhuǎn)換模塊；③單片機(jī)控制部分；④數(shù)據(jù)傳輸模塊；⑤數(shù)據(jù)顯示部分五大模塊。 系統(tǒng)硬件框圖傳感器放大濾波電路A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)AT89S51PC機(jī)顯示電路圖31 系統(tǒng)硬件框圖圖31為本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖。首先傳感器負(fù)責(zé)采集信號的模擬量交給放大濾波電路進(jìn)行放大、濾波后，由AD0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；然后送到單片機(jī)進(jìn)行處理；最后在顯示電路中顯示，并通過RS232模塊傳送到PC機(jī)上。 傳感器本設(shè)計(jì)為數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，根據(jù)不同需要，采集的數(shù)據(jù)類型也有不同，如：溫度、壓力、流量等。在這里主要介紹2種用于數(shù)據(jù)采集的傳感器。 電壓型溫度傳感器LM35DLM35D輸出電壓與攝氏溫度成正比，其靈敏度為10mV/℃；溫度范圍為0℃－100℃；電壓為430V，可直接用溫控電路的電源，但要加一個(gè)隔離二極管及平滑電容C；精度為土1℃；℃；靜態(tài)電流為80181。A；輸出電壓接數(shù)字萬用表2V直流電壓擋，℃的溫度讀數(shù)。如表上讀數(shù)為287mV，℃。該傳感器最大的特點(diǎn)是使用時(shí)無需外圍元件，也無需調(diào)試和校正（標(biāo)定），把測溫傳感器與放大電路做在一個(gè)硅片上，形成一個(gè)集成溫度傳感器。電路設(shè)計(jì)如圖32所示。圖32 LM35D相關(guān)電路 氣壓傳感器MPX4115MPX4115系列壓電電阻傳感器是一個(gè)硅壓力傳感器。這個(gè)傳感器結(jié)合了高級的微電機(jī)技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號提供一個(gè)均衡壓力。在0℃85℃%，溫度補(bǔ)償是40℃125℃。其電路設(shè)計(jì)如圖33所示。圖33 壓力傳感器相關(guān)電路氣壓傳感器MPX4115的管腳說明如表31所示：表31 氣壓傳感器MPX4115的管腳說明123456VOUTGNDVSNSNSNS氣壓傳感器MPX4115的特性參數(shù)如表32所示表32 氣壓傳感器MPX4115的特性參數(shù)參數(shù)符號典型最小最大單位壓力范圍Pop15115Kpa供電電壓VSVdc供電電流LO10mAdc最大壓力偏置VPSSVdc滿量程輸出VOFFVdc滿量程比例VFSSVdc精度177。%VPSS靈敏度V/PMv/Kpa響應(yīng)時(shí)間tRms上升報(bào)警時(shí)間20ms偏執(zhí)穩(wěn)定性177。%VFSS A/D轉(zhuǎn)換電路在我們所測控的信號中均是連續(xù)變化的物理量，而要對這些信號進(jìn)行處理,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為3種：雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D轉(zhuǎn)換器。而該系統(tǒng)選用的是ADC0809，下面就具體的介紹一下ADC0809的工作原理。 ADC0809的介紹ADC0809是八通道的八位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。由單一的5V電源供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8選1的模擬開關(guān)。由C、B、A的編碼來決定所選的模擬通道。轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us。轉(zhuǎn)換誤差為1/2LSB。它的引腳的排列及其功能，其引腳圖及相關(guān)電路見圖34。圖34 AD0809引腳圖及相關(guān)電路ADC0809各引腳功能如下：IN7~IN0 ：八個(gè)通道的模擬輸入量。ADDA、ADDB、ADDC：模擬通道地址線。當(dāng)CBA=000時(shí)，IN0輸入，當(dāng)CBA=111時(shí)，IN7輸入。ALE：地址鎖存信號。輸入高電平有效。START：轉(zhuǎn)換啟動信號，高電平有效。OUT8~OUT1：數(shù)據(jù)輸出線。三態(tài)輸出，OUT8是最高位，OUT1是最低位。OE：輸出允許信號，高電平有效。CLK：時(shí)鐘信號，最高頻率為 640KHZ。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號。上升沿后高電平有效。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。Vcc：+5V電源。GND：接地。Vref：參考電壓。 ADC0809時(shí)序圖ADC0809的時(shí)序圖如圖35所示：ADDA~ADDCALE/STARTEOCOEOUT1~OUT8圖35 ADC0809的時(shí)序圖其工作過程是：ALE的上升沿將A、B、C端選擇的通道地址鎖存到8位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。START的下降沿啟動8位A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換開始使EOC端輸出低電平。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平。該信號通?？勺鳛橹袛嗌暾埿盘?。OE為讀出數(shù)據(jù)允許信號。OE端為高電平時(shí)，可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)，需根據(jù)時(shí)序關(guān)系及軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。 單片機(jī)電路單片機(jī)是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運(yùn)算能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）,隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），只讀程序存儲器（ROM），輸入輸出電路（I/O口），可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動電路（LCD或LED驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機(jī)上，構(gòu)成一個(gè)最小然而很完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。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[8]。在本設(shè)計(jì)中我們需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸。所以選擇了在市場上應(yīng)用比較廣泛的51系列單片機(jī)。MCS51單片機(jī)是典型的8位高性能單片機(jī)，模塊式結(jié)構(gòu)。因此，本設(shè)計(jì)選用了AT89S51。 AT89S51說明AT89S51單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4KB的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲器，既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中。其引腳圖及相關(guān)電路圖，如圖36所示。圖36 AT89S51芯片引腳圖及相關(guān)電路它一共有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、P1口、P2口、P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的輸入/輸出（I\O）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復(fù)位功能。AT89S51芯片各引腳功能如下： VCC：電源正端輸入，接+5V。 GND：電源地端。XTAL1：單片系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時(shí)鐘的反相放大器輸出端。在XTAL1與XTAL2之間接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一20pF的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機(jī)。RST：重置引