【導(dǎo)讀】本系統(tǒng)應(yīng)用ADC0809作為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路使其能夠進(jìn)行8路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)。通過(guò)RS232傳輸?shù)缴衔籔C機(jī)上。有效的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了高速的通信和數(shù)據(jù)交換。軟件部分應(yīng)用VC++編寫控制。軟件，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 A/D 轉(zhuǎn)換電路 在我們所測(cè)控的信號(hào)中 均是 連續(xù)變化的物理量，而要對(duì)這些信號(hào)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， 馬良堯：基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 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(lái)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。 O1O2O3O4O5O6O7O8OEE O CSTCL KDADBDCA L EI N1I N2O UT 121A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT6O UT 58E O C7OE9CLO C K10O UT 220O UT 714O UT 615O UT 817O UT 418O UT 319I N228I N127I N026A L E22U3A DC 0 8 0 9 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(hào)。輸入高電平有效。 START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，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(hào)，高電平有效。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)，最高頻率為 640KHZ。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。上升沿后高電平有效。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，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。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 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： 圖 35 ADC0809 的時(shí)序圖 其工作過(guò)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(dòng) 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(hào)通?？勺鳛橹袛嗌暾?qǐng)信號(hào)。 OE 為讀出數(shù)據(jù)允許信號(hào)。 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(chǔ)器（ RAM），只讀程序存儲(chǔ)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(dòng)電路（ LCD 或 LED 驅(qū)動(dòng)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ADDA~ADDC ALE/START EOC OE OUT1~OUT8 馬良堯：基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 儲(chǔ)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸。所以選擇了在市場(chǎng)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(shuō)明 AT89S51單片機(jī)是美國(guó) 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(chǔ)器，器件采用 ATMEL公司的高密度，非易失性存儲(chǔ)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(chǔ)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。 RX DT X DO1O2O3O4O5O6O7O8ABCDEFGHS1S2S3S4OEE O CSTCL KA L EDADBDCX1X2RS TX T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U4A T 8 9 S 5 1234567891R P 1RE S P A C K 8 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(lái)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XTAL XTAL2。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 /四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 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(dòng)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：重置引腳，高電平動(dòng)作，當(dāng)要對(duì)晶片重置時(shí)，只要對(duì)此引腳電平提升至高電平并保持兩個(gè)機(jī)器周期以上的時(shí)間，便能完成系統(tǒng)重置的各項(xiàng)動(dòng)作，使得內(nèi) 部特殊功能寄存器之 內(nèi)容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 EA/Vpp：低電平動(dòng)作，也就是說(shuō)當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會(huì)取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來(lái)執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA引腳必須接低電平，因?yàn)槠鋬?nèi)部無(wú)程序存儲(chǔ)器空間。如果是使用 8751 內(nèi)部程序空間時(shí)， 此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內(nèi)部 EPROM 時(shí)，可以利用此引腳來(lái)輸入 21V 的燒錄高壓（ Vpp）。 ALE：表示地址鎖存器啟用信號(hào)。 AT89S51 可以利用這支引腳來(lái)觸發(fā)外部的 8位鎖存器（ 如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖進(jìn)鎖存器中，因?yàn)锳T89S51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時(shí)在程序執(zhí)行時(shí) ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)其他周邊晶片的時(shí)基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時(shí)，此引腳會(huì)被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來(lái)使用。 PSEN：其意為程序儲(chǔ)存啟用，當(dāng) 8051 被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時(shí)（ EA=0），會(huì)送出此信號(hào)以便取得程序代碼，通常這支腳是接到 EPROM 的 OE腳。 AT89S51 可以利用 PSEN 及 RD引腳分別啟用存在外部的 RAM 與 EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與程序存儲(chǔ)器可以合并在一起而共用 64K 的定址范圍。 P0 口 ：端口 0是一個(gè) 8位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8個(gè)位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個(gè) I/O 端口（ PP P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內(nèi)部有一提升電路， P0 在當(dāng)做 I/O 用時(shí)可以馬良堯：基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 推動(dòng) 8 個(gè) LS 的 TTL負(fù)載。如果當(dāng) EA 引腳為低電平時(shí)（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）， P0 就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。設(shè)計(jì)者必須外加一鎖存器將端口 0 送出的地址栓鎖 住成為 A0～ A7，再配合端口 2所送出的 A8～ A15 合成一完整的 16 位地址總線，而定址到 64K 的外部存儲(chǔ)器空間。 P1 口 ：端口 1也是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng) 4個(gè) LS TTL 負(fù)載，同樣地若將端口 1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來(lái)輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當(dāng)做定時(shí)器 2的外部脈沖輸入腳，而 可以有 T2EX 功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)腳位。 P2 口 ：端口 2是具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個(gè)引腳可以推動(dòng) 4個(gè) LS 的 TTL 負(fù)載，若將端口 2 的輸出設(shè)為 高電平時(shí)，此端口便能當(dāng)成輸入端口來(lái)使用。 P2 除了當(dāng)做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 擴(kuò)充外接程序存儲(chǔ)器或 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個(gè)時(shí)候 P2 便不能當(dāng)做 I/O來(lái)使用了。 P3 口 ：端口 3也具有內(nèi)部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動(dòng)4 個(gè) TTL 負(fù)載，同時(shí)還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控 制、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ堋Ｆ湟_分配如下： ： RXD，串行通信輸入。 ： TXD，串行通信輸出。 ： INT0，外部中斷 0 輸入。 ： INT1，外部中斷 1 輸入。 ： T0，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 0 輸入。 ： T1，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器 1 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的寫入信號(hào)。 ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的讀取信號(hào)。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)由時(shí)鐘電路、復(fù)位電路構(gòu)成。 ⑴ 時(shí)鐘電路 XTAL1（ 19 腳）：芯片內(nèi)部振蕩電路輸入端。 四川理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 XTAL2（ 18 腳） ：芯片內(nèi)部振蕩電路輸出端。 XTAL1 和 XTAL2 是獨(dú)立的輸入和輸出反相放大器，它們 可以被配置為使用石英晶振的片內(nèi)振蕩器，或者是器件直接由外部時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)。 圖 37 中采用的是內(nèi)時(shí)鐘模式，即采用利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 的引腳上外接定時(shí)元件（一個(gè)石英晶體和兩個(gè)電容），內(nèi)部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來(lái)說(shuō)晶振可以在 ～ 12MHz 之間任選，甚至可以達(dá)到 24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實(shí)驗(yàn)套件中采用的 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個(gè)電容的大小對(duì)振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調(diào)作用。當(dāng)采用石英晶振時(shí)，電容可以在 20 ～ 40pF 之 間選擇；當(dāng)采用陶瓷諧振器件時(shí)，電容要適當(dāng)?shù)卦龃笠? 些，在 30 ～ 50pF 之間。通常選取 33pF 的陶瓷電容就可以了。 X1X2X1CRY S T A LC23 0 pC33 0 p 圖 37 內(nèi)部的振蕩電路 ⑵ 復(fù)位電路 在單片機(jī)系統(tǒng)中，復(fù)位電路是非常關(guān)鍵的，當(dāng)程序跑飛（運(yùn)行不正常）或死 機(jī)（停止運(yùn)行）時(shí)，就需要進(jìn)行復(fù)位。 MCS5l 系列單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST（ 第 9 管腳） 出現(xiàn) 2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，單片機(jī)就執(zhí)行復(fù)位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。