【導讀】本系統(tǒng)應用ADC0809作為高速數(shù)據(jù)轉換電路使其能夠進行8路數(shù)據(jù)實時。通過RS232傳輸?shù)缴衔籔C機上。有效的結合，實現(xiàn)了高速的通信和數(shù)據(jù)交換。軟件部分應用VC++編寫控制。軟件，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進行了設計。

　　

【正文】 A/D 轉換電路 在我們所測控的信號中 均是 連續(xù)變化的物理量，而要對這些信號進行處理 ,則需要將其轉換為數(shù)字量， A/D 轉換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉換成計算機能接受的數(shù)字量。 按模擬量轉換成數(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 轉換器。由單一的 5V電源供電， 馬良堯：基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設計 22 片內帶有鎖存功能的 8 選 1 的模擬開關。由 C、 B、 A 的編碼來決定所選的模擬通 道。轉換時間為 100us。轉換誤差為 1/2LSB。 它的引腳的排列及其功能，其引腳圖 及相關電路 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 及相關電路 ADC0809 各引腳功能如下： IN7~IN0 ：八個通道的模擬輸入量。 ADDA、 ADDB、 ADDC：模擬通道地址線。當 CBA=000 時， IN0 輸入，當CBA=111 時， IN7 輸入。 ALE：地址鎖存信號。輸入高電平有效。 START：轉換啟動信號，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：時鐘信號，最高頻率為 640KHZ。 EOC：轉換結束狀態(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 A/D 轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 四川理工學院本科畢業(yè)設計 23 Vcc： +5V電源。 GND：接地。 Vref：參考電壓。 ADC0809 時序圖 ADC0809 的時序圖如圖 35 所示： 圖 35 ADC0809 的時序圖 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轉換器的輸入端。 START 的下降 沿 啟動 8 位 A/D 轉換器進行轉換。 A/D 轉換開始使 EOC 端輸出低電平。 A/D 轉換結束， EOC 輸出高電平。該信號通?？勺鳛橹袛嗌暾埿盘枴?OE 為讀出數(shù)據(jù)允許信號。 OE 端為高電平時，可以讀出轉換的數(shù)字量。硬件電路 設計時，需根據(jù)時序關系及軟件進行設計。 單片機電路 單片機是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術把具有運算能力（如算術運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU） ,隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），只讀程序存儲器（ ROM），輸入輸出電路（ I/O 口），可能還包括定時計 數(shù)器，串行通信口（ SCI），顯示驅動電路（ LCD 或 LED 驅動電路），脈寬調制電路 (PWM)，模擬多路轉換及 A/D 轉換器等電路集成到一塊單片機上，構成一個最小然 而很完善的計算機系統(tǒng)。單片機的特點可以歸納為以下幾個方面：集成度高 、存ADDA~ADDC ALE/START EOC OE OUT1~OUT8 馬良堯：基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設計 24 儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這幾個方面 [8]。 在本設計中我們需要對數(shù)據(jù)進行采集和傳輸。所以選擇了在市場上應用比較廣泛的 51 系列單片機。 MCS51 單片機是典型的 8 位高性能單片機，模塊式結構。因此，本設計選用了 AT89S51。 AT89S51 說明 AT89S51單片機是美國 ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS 8位單片機，片內含 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，非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準 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 及相關電路 它一共有 40個引腳，引腳又分為四類。其中有四個電源引腳，用來接入單片機的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個時鐘引腳XTAL XTAL2。還有由 P0口、 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳構成的單片機的輸入 /四川理工學院本科畢業(yè)設計 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)時鐘的反相放大器輸入端。 XTAL2： 系統(tǒng)時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。 RST：重置引腳，高電平動作，當要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得內 部特殊功能寄存器之 內容均被設成已知狀態(tài)，并且至地址 0000H 處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序。 EA/Vpp：低電平動作，也就是說當此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部 EPROM 中）來執(zhí)行程序。因此在 8031 及 8032 中， EA引腳必須接低電平，因為其內部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 內部程序空間時， 此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至 8751 內部 EPROM 時，可以利用此引腳來輸入 21V 的燒錄高壓（ Vpp）。 ALE：表示地址鎖存器啟用信號。 AT89S51 可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的 8位鎖存器（ 如 74LS373），將端口 0的地址總線（ A0～ A7）鎖進鎖存器中，因為AT89S51 是以多工的方式送出地址及數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時 ALE 引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的 1/6，因此可以用來驅動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄 8751 程序代碼時，此引腳會被當成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。 PSEN：其意為程序儲存啟用，當 8051 被設成為讀取外部程序代碼工作模式時（ EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，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)存儲器與程序存儲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 8位寬的開路汲極（ Open Drain）雙向輸出入端口，共有 8個位， 表示位 0， 表示位 1，依此類推。其他三個 I/O 端口（ PP P3）則不具有此電路組態(tài)，而是內部有一提升電路， P0 在當做 I/O 用時可以馬良堯：基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設計 26 推動 8 個 LS 的 TTL負載。如果當 EA 引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器）， P0 就以多工方式提供地址總線（ A0～ A7）及數(shù)據(jù)總線（ D0～ D7）。設計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 的外部存儲器空間。 P1 口 ：端口 1也是具有內部提升電路的雙向 I/O端口，其輸出緩沖器可以推動 4個 LS TTL 負載，同樣地若將端口 1的輸出設為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用 8052 或是 8032 的話， 又當做定時器 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是具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，每一個引腳可以推動 4個 LS 的 TTL 負載，若將端口 2 的輸出設為 高電平時，此端口便能當成輸入端口來使用。 P2 除了當做一般 I/O 端口使用外，若是在 AT89S51 擴充外接程序存儲器或 數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié) A8～ A15，這個時候 P2 便不能當做 I/O來使用了。 P3 口 ：端口 3也具有內部提升電路的雙向 I/O 端口，其輸出緩沖器可以推動4 個 TTL 負載，同時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、計時計數(shù)控制及外部數(shù)據(jù)存儲器內容的讀取或寫入控制等功能。其引腳分配如下： ： 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，計時計數(shù)器 0 輸入。 ： T1，計時計數(shù)器 1 輸入。 ： WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。 ： RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)由時鐘電路、復位電路構成。 ⑴ 時鐘電路 XTAL1（ 19 腳）：芯片內部振蕩電路輸入端。 四川理工學院本科畢業(yè)設計 27 XTAL2（ 18 腳） ：芯片內部振蕩電路輸出端。 XTAL1 和 XTAL2 是獨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振蕩器，或者是器件直接由外部時鐘驅動。 圖 37 中采用的是內時鐘模式，即采用利用芯片內部的振蕩電路，在 XTAL XTAL2 的引腳上外接定時元件（一個石英晶體和兩個電容），內部振蕩器便能產(chǎn)生自激振蕩。一般來說晶振可以在 ～ 12MHz 之間任選，甚至可以達到 24MHz 或者更高，但是頻率越高功耗也就越大。在本實驗套件中采用的 的石英晶振。和晶振并聯(lián)的兩個電容的大小對振蕩頻率有微小影響，可以起到頻率微調作用。當采用石英晶振時，電容可以在 20 ～ 40pF 之 間選擇；當采用陶瓷諧振器件時，電容要適當?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 內部的振蕩電路 ⑵ 復位電路 在單片機系統(tǒng)中，復位電路是非常關鍵的，當程序跑飛（運行不正常）或死 機（停止運行）時，就需要進行復位。 MCS5l 系列單片機的復位引腳 RST（ 第 9 管腳） 出現(xiàn) 2個機器周期以上的高電平時，單片機就執(zhí)行復位操作。如果 RST 持續(xù)為高電平，單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)。