【導讀】隨著計算機技術的飛速發(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用。在冶金、化工、醫(yī)療。等應用場合，需要對很多信號進行采集，預處理，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，應用具有良好的前景和使用價值。

　　

【正文】 圖 MAX232 原理圖 內(nèi)部結構基本可分三個部分： 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)轉換通道。由 1 1 1 14 腳構成兩個數(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 輸入轉換成 RS232 數(shù)據(jù)從 T1OUT、 T2OUT 送沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（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 本設計的電源通過計算機的 USB 口供給，使用套件提供的 USB,A 轉 B 口電纜連接計算機 USB 口與設計板即可。其次選擇 USB 是考慮到它的一下有點： （ 1） USB 為所有的 USB 外設提供了單一的、易于使用的標準的連接類型。這樣一來就簡化了 USB 外設的設計，同時也簡化了用戶在判斷哪個插頭對應哪個插槽的任務，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，也就是說在不關閉 PC 的情況下可以安 全的插上的斷開 USB 設備，計算機系統(tǒng)動態(tài)地檢測外設的插拔，并且動態(tài)地加載驅動程序。其他普通的外圍連接標準，如 SCSI 設備等必須在關掉主機的情況下才能插拔外圍設沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 26 備。 （ 4） USB 在設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 的速度來適應各種不同類型的外設。 （ 6）為了適應各種不同類型外圍設備的要求， 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 設備選型 綜上所述，模擬信號采集 系統(tǒng)具體的設備選型如表 所示。 表 模擬信號采集 系統(tǒng)設備選型表 ： 器件選型 器件名稱 型號 1 單片機 AT89C52 2 AD 轉換 器 ADC0808 3 MAX232 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 27 4 系統(tǒng) 軟件設計與實現(xiàn) 軟件設計一般按下列步驟進行：先分析系統(tǒng)對軟件的要 求；然后在此基礎上進行軟件總體設計，包括程序整體結構設計和對程序進行模塊化設計，模塊化設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流程圖，并選擇合適的語言編寫程序；最后按照軟件總體設計時給出的結構框圖，將各模塊連接成一個完整的程序。在主程序的設計 中要合理地調用各模塊程序，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 模塊分別進行設計和調試，然后把它們連接起來，進行總調。 在劃分模塊時應注意：每個模塊 不宜太長，冗長復雜的設計不宜調用與運行；應使模塊之間相互獨立，盡可能限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調試；應盡量利用已有并且熟悉的模塊。模塊化設計的優(yōu)點是：無論是硬件還是軟件，每一個模塊都相對獨立，故能獨立地進行設計、研制、調試和修改，從而使復雜的工作得以簡化。模塊之間的相互獨立也有助于研制任務的分解和設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 軟件設計是技術 的關鍵，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，做到標準化、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北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 28 行單片機程序設計是單片機開發(fā)與應用的必然趨勢。單片機的程序設計應該以 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構有很深入的了解，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用軟件部分的設計，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構有初步了解； 寄存器的分配、不同存儲器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細節(jié)可有編譯器管理； 程序有規(guī)范的結構，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結構化； 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； 編程及程序調試時間顯著縮短，從而提高效率； 提供的庫包含許多標準子程序，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。 因此用 C 語言作為主語言，調用匯編語言編寫子模塊，二者相互結合，可以提高程序執(zhí)行速度和效率，達到事半功倍的效果。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，一種在計算技術發(fā)展史上應用得最為廣泛的語言。 Visual Basic 在原有 BASIC 語言的基礎上進一步發(fā)展，至今包含了數(shù)百條語句、函數(shù)及關鍵詞，其中很多和 Windows GUI 有直接關系。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，而初學者只要掌握幾個關鍵詞就可以建立實用的應用程序。 Visual Basic 不 僅 是 Visual Basic 編 程 語 言 。 Visual Basic 編程系沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 29 統(tǒng) ,MicrosoftExcel 的 Applications Edition,Microsoft Access 和 Windows 的許多其他應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，在學習 Visual Basic 中得到的經(jīng)驗可應用到所有這些領域中。 從開發(fā)個人使用或小組使用的小工具，到大型企 業(yè)應用系統(tǒng)，甚至通過 Inter 的遍及全球分布式應用程序，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、轉換、處理，然后發(fā)送給上位機。 上位機 設計部分 上位機運用 VB 編程，設計界面 。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。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（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 結束 界面 選擇通道 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 31 圖 上位機人機界面 人機界面，可以通過鼠標，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)，多路可以通過鼠標將通道選通。八路轉換則是八路同時轉換。 通過程序，可以將選擇的通道采集的數(shù)在轉換結果輸出里顯示出來。 下位機 設計部分 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。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（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 ？ 相應變量賦值 啟動相應的轉換過程 向上位機發(fā)送轉換結果 N Y 開始 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 33 轉換過程是 A/D 轉換，其程序圖如下。 圖 A/D 轉換程序 流程圖 選擇通道，允許A/D 轉換 讀寄存器 轉換是否結束 讀取轉換結果 結束 N Y 開始 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 34 5 系統(tǒng)集成與 調 試 調試的任務主要包括硬件調試、軟件調試和整體聯(lián)調。由于硬件和軟件的研制是相對獨立進行的，因此軟件調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試的。在調試中找出缺陷，判斷故障源，對硬、軟件做出修改，反 復進行這一過程，直至確信沒有錯誤之后，接入單片機進行整機聯(lián)調。 Keil 軟件開發(fā)平臺介紹 隨著單片機開發(fā)技術的不斷發(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試器。這樣在開發(fā)應用軟件的過程中，編輯、編譯、匯編、連接、調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，調試后又要調用編輯器的重復過程，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計的高效率 C語言編譯器，符合 ANSI 標準，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 硬件目標調試器 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。 沈陽航空航天大學北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 35 調試分析 由于整體調試必須要在軟件調試成功的基礎上進行，所以首先進行軟件調試。 軟件部分包括 主 程序、 初始化 程序、 中斷 程序 等 。 調試方法按照先主后次的原