【導(dǎo)讀】隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。在通用自動化、信息處理、信息系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。在冶金、化工、醫(yī)療。等應(yīng)用場合，需要對很多信號進行采集，預(yù)處理，暫存和對上位機的傳輸。位機對數(shù)據(jù)進行分析處理。本文設(shè)計的模擬量采集系統(tǒng)采用上位機、下位機通信方式運行。該設(shè)計方法可行，實現(xiàn)了離散量采集系統(tǒng)的自動化，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的弊端，應(yīng)用具有良好的前景和使用價值。

　　

【正文】 圖 MAX232 原理圖 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分： 第一部分是電荷泵電路。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。 第二部分是數(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 送沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 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。 第三部分是供電。 15 腳 GND、 16 腳 VCC（ +5V） 。 其串口通信 模塊電路圖如 圖 所示 。 圖 串口 通信 模塊 電路 圖 電源 模塊 本設(shè)計的電源通過計算機的 USB 口供給，使用套件提供的 USB,A 轉(zhuǎn) B 口電纜連接計算機 USB 口與設(shè)計板即可。其次選擇 USB 是考慮到它的一下有點： （ 1） USB 為所有的 USB 外設(shè)提供了單一的、易于使用的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。這樣一來就簡化了 USB 外設(shè)的設(shè)計，同時也簡化了用戶在判斷哪個插頭對應(yīng)哪個插槽的任務(wù)，實現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。 （ 2）整個的 USB 的系統(tǒng)只有一個端口和一個中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。 （ 3） USB 支持熱插拔和 PNP，也就是說在不關(guān)閉 PC 的情況下可以安 全的插上的斷開 USB 設(shè)備，計算機系統(tǒng)動態(tài)地檢測外設(shè)的插拔，并且動態(tài)地加載驅(qū)動程序。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如 SCSI 設(shè)備等必須在關(guān)掉主機的情況下才能插拔外圍設(shè)沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 備。 （ 4） USB 在設(shè)備供電方面提供了靈活性。 USB 直接連接到 Hub 或者是連接到Host 的設(shè)備可以通過 USB 電纜供電，也可以通過電池或者其他的電力設(shè)備來供電，或者用兩種供電方式的組合，并且支持節(jié)約能源的掛機和喚醒模式。 （ 5） USB 提供全速 12Mbps 的速度和低速 的速度來適應(yīng)各種不同類型的外設(shè)。 （ 6）為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求， USB 提供了四種不同的數(shù)據(jù)傳輸類型：控制傳輸、中斷數(shù)據(jù)傳輸和同步傳輸?shù)取? 電源電路如圖 所示。 圖 電源 電路圖 設(shè)備選型 綜上所述，模擬信號采集 系統(tǒng)具體的設(shè)備選型如表 所示。 表 模擬信號采集 系統(tǒng)設(shè)備選型表 ： 器件選型 器件名稱 型號 1 單片機 AT89C52 2 AD 轉(zhuǎn)換 器 ADC0808 3 MAX232 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 4 系統(tǒng) 軟件設(shè)計與實現(xiàn) 軟件設(shè)計一般按下列步驟進行：先分析系統(tǒng)對軟件的要 求；然后在此基礎(chǔ)上進行軟件總體設(shè)計，包括程序整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和對程序進行模塊化設(shè)計，模塊化設(shè)計即將程序劃分為若干個相對獨立的模塊；接著畫出每一個專用模塊的詳細(xì)流程圖，并選擇合適的語言編寫程序；最后按照軟件總體設(shè)計時給出的結(jié)構(gòu)框圖，將各模塊連接成一個完整的程序。在主程序的設(shè)計 中要合理地調(diào)用各模塊程序，特別注意各模塊的入口、出口及對硬件的 資源占用情況。 采用模塊化設(shè)計方法以后 ， 依據(jù)系統(tǒng)的功能要求將軟件的初始化模塊、 中斷模塊、主程序 模塊分別進行設(shè)計和調(diào)試，然后把它們連接起來，進行總調(diào)。 在劃分模塊時應(yīng)注意：每個模塊 不宜太長，冗長復(fù)雜的設(shè)計不宜調(diào)用與運行；應(yīng)使模塊之間相互獨立，盡可能限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調(diào)試；應(yīng)盡量利用已有并且熟悉的模塊。模塊化設(shè)計的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每一個模塊都相對獨立，故能獨立地進行設(shè)計、研制、調(diào)試和修改，從而使復(fù)雜的工作得以簡化。模塊之間的相互獨立也有助于研制任務(wù)的分解和設(shè)計人員之間的分工合作，這樣可提高工作效率和儀表的研制速度。上述各種研制調(diào)試完成之后，還需要將它們按一定的方法連接起來，以實現(xiàn)數(shù)據(jù) 輸入 、傳輸、處理和輸出等各種功能。 軟件 編程介紹 軟件設(shè)計是技術(shù) 的關(guān)鍵，簡潔的硬件配置是靠軟件來支撐的，軟件編制一般按功能來劃分，做到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并便于功能的擴充。對現(xiàn)場的信息參數(shù)宜編制獨立的參數(shù)模塊，以便于在運行中修改。 匯編語言可以直接對硬件進行操作，例如，對內(nèi)存地址的操作、位操作等，編程需要對單片機硬件資源相當(dāng)了解熟悉。由于單片機各方面資源有限，所以程序規(guī)模較小，資源使用應(yīng)該緊湊，其編程就較困難，周期長，同時程序的可讀性和可移植性、維護性都比較差，其優(yōu)點是實時性強。 C 語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。用 C語言來編 寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，以研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。用 C語言進沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 行單片機程序設(shè)計是單片機開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。單片機的程序設(shè)計應(yīng)該以 C語言為主，以匯編語言為輔。匯編語言掌握到只要可以讀懂程序，在時間要求比較嚴(yán)格的模塊中進行程序的優(yōu)化即可。采用 C語言也不必對單片機和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動完成變量的存儲單元的分配，編譯者就可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計，大大加快軟件的開發(fā)速度。采用 C 語言可以很容易地進行單片機的程序移植工作，有利于產(chǎn) 品中單片機的重新選型。 C語言有如下優(yōu)點： 對單片機的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對單片機的存儲器結(jié)構(gòu)有初步了解； 寄存器的分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可有編譯器管理； 程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化； 具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性； 關(guān)鍵字及運算函數(shù)可用近似人的思維過程方式使用； 編程及程序調(diào)試時間顯著縮短，從而提高效率； 提供的庫包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力； 已編號的程序可容易地植入新程 序，因為 C語言 具有方便的模塊化編程技術(shù)。 因此用 C 語言作為主語言，調(diào)用匯編語言編寫子模塊，二者相互結(jié)合，可以提高程序執(zhí)行速度和效率，達(dá)到事半功倍的效果。如需快速控制時，可用匯編語言，如采樣， A/D 轉(zhuǎn)換等；而用 C語言編寫數(shù)據(jù)處理程序及人機界面程序，可以充分利用 C 語言的庫函數(shù)。 VB介紹： Visual” 指的是開發(fā)圖形用戶界面 (GUI) 的方法。不需編寫大量代碼去描述界面元素的外觀和位置，而只要把預(yù)先建立的對象 add 到屏幕上的一點即可。如果已使用過諸如 Paint 之類的繪圖程序，則實際上已掌握了創(chuàng)建用戶界面 的必要技巧。 “Basic” 指的是 BASIC (Beginners AllPurpose Symbolit Instruction Code) 語言，一種在計算技術(shù)發(fā)展史上應(yīng)用得最為廣泛的語言。 Visual Basic 在原有 BASIC 語言的基礎(chǔ)上進一步發(fā)展，至今包含了數(shù)百條語句、函數(shù)及關(guān)鍵詞，其中很多和 Windows GUI 有直接關(guān)系。專業(yè)人員可以用 Visual Basic 實現(xiàn)其它任何 Windows 編程語言的功能，而初學(xué)者只要掌握幾個關(guān)鍵詞就可以建立實用的應(yīng)用程序。 Visual Basic 不 僅 是 Visual Basic 編 程 語 言 。 Visual Basic 編程系沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 統(tǒng) ,MicrosoftExcel 的 Applications Edition,Microsoft Access 和 Windows 的許多其他應(yīng)用程序都使用這一語言。 Visual Basic Scripting Edition (VBScript) 是廣泛使用的腳本語言，它是 Visual Basic 語言的子集。這樣，在學(xué)習(xí) Visual Basic 中得到的經(jīng)驗可應(yīng)用到所有這些領(lǐng)域中。 從開發(fā)個人使用或小組使用的小工具，到大型企 業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)，甚至通過 Inter 的遍及全球分布式應(yīng)用程序，都可在 Visual Basic 提供的工具中各取所需。 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計 根據(jù)系統(tǒng)功能，將整體程序劃分為上位機和下位機兩部分。上位機是完成編寫界面，將執(zhí)行命令通過串口發(fā)送給下位機，下位機將采集處理的信號發(fā)送給上位機，進行顯示。下位機是將上位機發(fā)送來的信號進行處理，選擇通道對信號進行采集、轉(zhuǎn)換、處理，然后發(fā)送給上位機。 上位機 設(shè)計部分 上位機運用 VB 編程，設(shè)計界面 。選擇通道口，發(fā)送執(zhí)行指令。將指令發(fā)送給下位機，下位機將處理完的數(shù)據(jù)傳送給 上位機，進行顯示。程序圖如下。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 上位機程序圖 上位機人機界面如圖所示 。 單路 多路 八路 下位機 結(jié)束 界面 選擇通道 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 圖 上位機人機界面 人機界面，可以通過鼠標(biāo)，選擇單路、多路和八路。選擇單路時，通過下拉菜單選擇通道數(shù)，多路可以通過鼠標(biāo)將通道選通。八路轉(zhuǎn)換則是八路同時轉(zhuǎn)換。 通過程序，可以將選擇的通道采集的數(shù)在轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出里顯示出來。 下位機 設(shè)計部分 下位機的部分主要是將上位機發(fā)送來的選擇信號進行處理，選擇通道口，進行采集 、 轉(zhuǎn)換 ，通過端口將 采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機進行顯示， 其程序圖如下所示。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 下位機 程序 流程圖 單片機初始化 接收上位機指令 ？ 相應(yīng)變量賦值 啟動相應(yīng)的轉(zhuǎn)換過程 向上位機發(fā)送轉(zhuǎn)換結(jié)果 N Y 開始 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 33 轉(zhuǎn)換過程是 A/D 轉(zhuǎn)換，其程序圖如下。 圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序 流程圖 選擇通道，允許A/D 轉(zhuǎn)換 讀寄存器 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 結(jié)束 N Y 開始 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 34 5 系統(tǒng)集成與 調(diào) 試 調(diào)試的任務(wù)主要包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián)調(diào)。由于硬件和軟件的研制是相對獨立進行的，因此軟件調(diào)試是在硬件完成之前，而硬件也是在無完整軟件情況下進行調(diào)試的。在調(diào)試中找出缺陷，判斷故障源，對硬、軟件做出修改，反 復(fù)進行這一過程，直至確信沒有錯誤之后，接入單片機進行整機聯(lián)調(diào)。 Keil 軟件開發(fā)平臺介紹 隨著單片機開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普通實用匯編語言到逐漸實用高級語言開發(fā)，單片機的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展。 Keil 是目前最流行的 51 單片機開發(fā)軟件 。 Keil 提供了 一個 集成開發(fā)環(huán)境 IDE（ Integrated Development Environment）μ Vision,它包括了 C 編譯器、宏編譯器、連接器、庫管理和以個功能強大的仿真調(diào)試器。這樣在開發(fā)應(yīng)用軟件的過程中，編輯、編譯、匯編、連接、調(diào)試等各階段都集成在一 個環(huán)境中，先用編輯器進行編寫程序，接著調(diào)用編譯器進行編譯，連接后即可直接運行。這樣避免了過去先用編輯器進行編輯，然后退出編輯狀態(tài)進行編譯，調(diào)試后又要調(diào)用編輯器的重復(fù)過程，因此可以縮短開發(fā)周期。 美 國 Keil Software 公司多年來致力于單片機 C 語言編譯器的研究，該公司開發(fā)的 Keil Cx51 是一種專門為單片機設(shè)計的高效率 C語言編譯器，符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運行效率極高，所需要的存儲器空間極小，完全可以和匯編語言相媲美。Keil 公司目前已經(jīng)推出了 以上版本的 Cx51 編譯器，為單片機軟件開發(fā) 提供了全新的 C 語言環(huán)境，同時保留了匯編代碼高效、快速的特點。 Cx51 已被完全集成到一個功能強大的全新集成開發(fā)環(huán)境 μVision2 中，其中包括項目（ project）管理器、Cx51 編譯器、 Ax51 宏匯編器、 BL51/Lx51 連接定位器、 RTX51 實時操作系統(tǒng)、 Simulator軟件模擬器以及 Monitor51 硬件目標(biāo)調(diào)試器 等 ，所有這些功能均可在 μVision2 提供的單一而又靈活的開發(fā)環(huán)境中極為簡便地進行操作。 μVision2 支持軟件模擬仿真 ，并且 不需要任何單片機硬件即可完成程序仿真調(diào)試，極大地提高了開發(fā)效率， 也為 用戶節(jié)省 了 購買昂貴硬件仿真器的費用。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 35 調(diào)試分析 由于整體調(diào)試必須要在軟件調(diào)試成功的基礎(chǔ)上進行，所以首先進行軟件調(diào)試。 軟件部分包括 主 程序、 初始化 程序、 中斷 程序 等 。 調(diào)試方法按照先主后次的原