【導(dǎo)讀】研究工作及取得的研究成果；包含為獲得其他教育機構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；月日-月日撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。月日-月日指導(dǎo)教師評閱畢業(yè)論文。月日-月日畢業(yè)設(shè)計答辯。月日-月日畢業(yè)設(shè)計資料歸檔。

　　

【正文】 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。此外，該引腳 會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。 PSEN——程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN有效，即輸出兩個脈沖，在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次PSEN 信號。 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 21 EA/VPP——外部訪問允許，欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000HFFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器的指令。 FLASH存儲器編程時，該引腳加上 +12V的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V編程電壓 Vpp。 XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。 XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。 多通道 A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，模擬量輸入通道的任務(wù)是把系統(tǒng)中檢測到的模擬信號變成二進制數(shù)字信號，經(jīng)接口送至上位機，而模擬量與數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換則是通過A/D轉(zhuǎn)換器來 實現(xiàn)。 A/D 轉(zhuǎn)換器工作過程 A/D轉(zhuǎn)換器實際上是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 的裝置，其轉(zhuǎn)換過程主要包括采樣、 量化、編碼三個步驟。 （ 1）采樣、保持部分 采樣就是周期性地測量一種連續(xù)信號或連續(xù)過程信號，測量的周期稱為采樣周期 Ts， 采樣周期的倒數(shù)稱為采樣頻率 fs=1/Ts () 在對模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換時， A/D轉(zhuǎn)換器從啟動變換到轉(zhuǎn)換完成需要一定的轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入信號頻率較高時，由于轉(zhuǎn)換時間的存在，會造成較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了防 止這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，必須在 A/D 轉(zhuǎn)換開始時將信號電平保持住，而在 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號的 變化，即將輸入信號采樣保持，能實現(xiàn)這種功能的器件叫做采樣 /保持器。采樣 1保持器在保持階段相當(dāng)于一個“模擬信號存儲器”。 A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的大小只能是某個規(guī)定的最小單位的整數(shù)倍，即必須把采樣電壓轉(zhuǎn)化為這個最小數(shù)值 單位的整數(shù)倍。這個轉(zhuǎn)化過程叫做量化，所取的最小數(shù)量單位叫做量化單位，其大小等 于輸出的數(shù)字信號最低有效位 1所代表的數(shù)量大小。把量化的結(jié)果用代碼表示出來稱為 編碼。采樣保持電路能將采樣后的模擬信號暫時存儲起來，保持一個采樣周期。 （ 2）量化編碼部分 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 22 量化編碼部分是 A/D轉(zhuǎn)換器的核心組成部分。所謂量化，就 是采用一組數(shù)碼來逼近 離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。將采樣信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程稱為量 化過程。執(zhí)行量化動作的裝置為 A/D 轉(zhuǎn)換器。 A/D 轉(zhuǎn)換單元電路設(shè)計 在實際應(yīng)用中，因串行 A/D轉(zhuǎn)換芯片具有占用單片機的引腳資源少，可以簡化單片 機系統(tǒng)，降低成本的優(yōu)點，所以串行工作方式的 A/D轉(zhuǎn)換器在單片機系統(tǒng)中有著廣泛的 應(yīng)用。信號采集單元選用串行多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器 TLC0838來實現(xiàn)。 TLC0838為美國德州儀器公司推出的八通道 8位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器。它具有與單 片機接口連接簡單，占用線路板體積較小，性 價比較高的優(yōu)點。 其采用取樣一數(shù)據(jù)一比較器的結(jié)構(gòu)，使用逐次逼近流程轉(zhuǎn)換輸入信號。要轉(zhuǎn)換的模 擬通道的輸入電壓連到一個輸入端與地比較 (單端輸入 )或與另一個輸入比較 (差分輸入 )。通過同單片機相連的串行數(shù)據(jù)電路傳送控制命令，用軟件進行通道選擇和輸入端 配置。輸入配置在多路器尋址時序中進行。串行輸出可配置為標準移位寄存器或微處理 器接口。以 SPI總線與單片機接口。輸入和輸出均與 TTL和 CMOS兼容，總失調(diào)整誤差177。 1LSB。 A/D轉(zhuǎn)換單元電路見圖 。 TLC0838以 SIP總線與單片機接口。片選信號 CS接 腳，因為數(shù)據(jù)輸入端 Dl和輸出端 DO在同一時間有一個為高阻，所以連在一 起，接 ，串行數(shù)據(jù)時鐘信號輸入端 CLK接 。狀態(tài)轉(zhuǎn)換輸出引腳 SARS連接 ，數(shù)據(jù)輸出方式選擇引腳 SE連接 . TLC0838工作過程如下：輸入配置在多路器尋址時序中進行。置 CS為低，使所有邏輯電路使能，轉(zhuǎn)換器初始化。 CS在整個轉(zhuǎn)換過程中必須置為低。接著CLK從單片機 ，在每個時鐘的上升沿 。由單片機 器地址通過 Dl端 移入多路器地址移位寄存器。在每個時鐘的上升跳變時， Dl端的數(shù) 據(jù)就移入多路器地址移位寄存器。第一位為邏輯高，表示起始位。緊接的 5位是配置位，用來 選擇通道。多路器地址選擇模擬輸入通道，也決定輸入是單端輸入還是差分輸入。 TLC0838多路器控制邏輯表如表 。 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 23 圖 TLC0838接口電路 表 TLC0838多路器控制邏輯表 多路器地址 通道號 SGL/DIF ODD/EVEN SELECT CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 1 0 H L L L + H L L H + H L H L + H L H H + H H L L + H H L H + H H H L + H H H H + 溫度采集電路 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 24 在連續(xù)的每個時鐘的上升跳變，起始位和配置位移入移位寄存器。當(dāng)起始位移入多 路器寄存器之后，輸入通道選通，轉(zhuǎn)換器開始工作。 SARS狀態(tài)輸出變高表示轉(zhuǎn)換過程 正在進行。引腳 DI在轉(zhuǎn)換過程中與多路器的移位寄存器之間是關(guān)斷的。為使選定的通 道穩(wěn)定，在通道配置位輸送完后，要隔一個時鐘周期轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)才在時鐘的下降沿從引 腳 DO輸出數(shù)據(jù)至單片機 。 轉(zhuǎn)換過程為采樣比較器把從電阻梯形網(wǎng)絡(luò)輸出的逐次信號和輸入模擬信號進行比 較。比較器的輸出指出模擬輸入是大于還是小于電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的輸出。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)同時從 DO端輸出，以最高位 (MSB)開頭。經(jīng)過 8個時鐘后，轉(zhuǎn)換完成， SARS變?yōu)榈汀? TLC0838的輸出數(shù)據(jù)可從高位開始，也可從低位開始 。在 SE為高時，數(shù)據(jù)先從最高到最低位輸出，并將最低位保持在數(shù)據(jù)線上 。在 SE為低時，數(shù)據(jù)從低位開始重新輸 出一遍。 在全 8位分辨率下允許任意小的模擬電壓編碼間隔。變換結(jié)果范圍為 00~FF。為滿足低溫下系統(tǒng)正常工作的要求，選用工業(yè)級 TLC0838芯片，工作溫度為 40℃ ~85℃。 顯示電路設(shè)計 本系統(tǒng)采用比高公司生產(chǎn)的具有串行接口，可同時驅(qū)動 8位共陰式數(shù)碼管 (或46只獨立 LED)的智能顯示驅(qū)動芯片 HD7279A。該芯片同時可連接多達 64鍵的鍵盤矩陣，且 64鍵鍵盤控制器內(nèi)含有去抖動電路；無需外圍元件便可直接驅(qū)動 LED，一片芯片即 可完成 LED顯示及鍵盤接口的全部功能。 HD7279A內(nèi)部含譯碼器，可直接接收 BCD碼或是 16進制碼，并同時具有 2種譯碼方式，各位可獨立控制譯碼 1不譯碼、消隱和閃 爍等屬性 。具有 (循環(huán) )左移 /(循環(huán) )右移指令；具有段尋址指令，可方便地用來控制 獨立的 LED顯示管； HD7279A和微處理器之間采用串行接口，其接口和外圍電路比較 簡單，且占用口線少，加之它具有較高的性能價格比，因此，在微型控制器、智能儀表、控制面板和家用電器等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的應(yīng)用。本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不需要按鍵，只 用到 HD7279A的顯 示功能。 HD7279A一共有 28個引腳，引腳連接說明如下 : VDD : 正電源，接系統(tǒng)電源 VCC。 NC : 無連接，必須懸空。 VSS: 接地。 CS : 片選輸入端，與單片機 AT89S52的 。此引腳為低電平時，單油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 25 片機 AT89S52可向芯片發(fā)送指令。 CLK: 同步時鐘輸入端，與單片機 AT89S52的 。向芯片發(fā)送數(shù)據(jù)，此引腳電平上升沿表示數(shù)據(jù)有效。 DATA: 串行數(shù)據(jù)輸入 /輸出端，與單片機 AT89S52的 。當(dāng)HD7279A芯片接收指令時此引腳為輸入端。 KEY: 按鍵有效輸出端。 SG— SA: 段 G— 段 A驅(qū)動輸出。 DP: 小數(shù)點驅(qū)動輸出。 DIG0一 DIG7: 8個 LED管的位驅(qū)動輸出端。本系統(tǒng)只使用 4個 LED管用以現(xiàn)場顯 示， .所以只使用了 DIG0一 DIG3四個端口。 CLK: 振蕩輸出端。 RC: RC振蕩器終接端。其中電阻的值為 。電容的值為 15pF。 RESET: 復(fù)位端。接 +5V電源。當(dāng)該端由低電平變成高電平，并保持 25ms后，復(fù) 位過程結(jié)束。 串行通信電路設(shè)計 本設(shè)計要求 AT89S52單片機在數(shù)據(jù)采集完成后能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)交給上位機， 由上位機進行數(shù)據(jù)的后續(xù)處理。為適應(yīng)上位機處理的需要，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)有與上位機 通信的接口。單片機的通信接口分為并行接口和串行接口，在現(xiàn)代單片機系統(tǒng)中，由于串行通訊方式具有占用資源很少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性 的不一致而被廣泛采用。串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設(shè) 備可以方便地連接起來進行通訊，常常用一兩個端口就可以完成傳輸任務(wù)，所以使用越 來越廣泛。 一條信息的各位數(shù)據(jù)被逐位按順序傳送的通訊方式稱為串行通訊。串行通訊的特點 是數(shù)據(jù)位傳送，傳送按位順序進行，最少只需一根傳輸 線即可完成，成本低但速度慢。 串行通訊的距離可以從幾米到幾千米。根據(jù)信息的傳送方向，串行通訊可以進一步分為 單工、半雙工和全雙工三種。在進行串行通信的線路連接時，通常要解決一個重要問題， 就是上位機與外設(shè)之間要共同遵守的某種約定，這種約定稱為物理接曰標準，包括電纜 的機械特性、電氣特性、信號功能及傳送過程的定義，它屬于 150七層參考模型中的物理層，它規(guī)定了傳送數(shù)據(jù)位的物理硬件規(guī)則、 EIARS—232C， RS— 485標準所包含的接口 電纜及連接器均屬于此類。 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 26 RS— 232C接口 (又稱 EIARS—232C)的全名是“數(shù)據(jù) 終端設(shè)備（ DET）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備 (DCE)之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”，該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器。 由于 RS— 223C接口標準出現(xiàn)較早，難免有不盡之處，主要有以下四個缺點 : （ 1）接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與 _TTL電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與 TLL電路連接。 （ 2）傳輸速率較低，通訊波特率的范圍為。 0~20Kbps。 （ 3）接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸 容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 （ 4）傳輸距離有限 ，最大傳輸距離標準值為 ，實際上也只能用在 15m以內(nèi)。 針對 RS— 232C的不足，于是就不斷出現(xiàn)了一些新的接口標準， RS— 485就是其中之 一。在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用 RS— 485串行總線標準。 RS— 485采用 平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能為二加上總線收發(fā)器具有高靈敏度， 能檢測低至 200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。 RS— 485采用半雙工工 作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)。因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。 RS— 485用于多點互連時非常方便，可以省 掉許多信號線。基于比辣硯本系統(tǒng)采用 RS— 485標準進行通信。 RS— 485 通信總線 RS— 485，工業(yè)標準有許多優(yōu)點，它可以在一個聯(lián)機中連接多達 23個接收及發(fā)送裝置，連接長度更長達 1200m，短距離通信速度可以達到 10Mbi吮，同時 RS— 485收發(fā)芯片的價 格較低，僅要 SV 電源供電，這可以大大簡化系統(tǒng)中電源電路的設(shè)計。其有關(guān)電氣參數(shù) 參見表 。 根據(jù)規(guī)定，標準 RS— 485接口的輸入阻抗 為≥ 12R，相應(yīng)的標準驅(qū)動節(jié)點數(shù)為 32。 為適應(yīng)更多節(jié)點的通信場合， 有些芯片的輸入阻抗設(shè)計成 1/2負載（ 24KΩ ）， 1/4負載 (≥ 48KΩ )甚至 1/8負載（ 96KΩ） ， 相應(yīng)的節(jié)點數(shù)可增加到 6 128和 256。 數(shù)據(jù)在 RS— 485 總線上傳輸，為了保證傳輸質(zhì)量和傳輸距離，通常需要進行總線電 平轉(zhuǎn)換。 AT89S52的輸出高低電平是 5V和 0V，為了滿足 RS— 485的電平要求，需要外 接接口芯片，進行電平之間的轉(zhuǎn)換。接口芯片使用原理如圖 。 油氣田數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計 27 表 RS—485電氣參數(shù) 規(guī) 定 RS—485 工作方式 差分 節(jié)點數(shù) 1發(fā) 32收 最大傳輸電纜長度 1200m 最大傳輸速率 10Mb/s 最大驅(qū)動輸出電壓 7V~ +12V 驅(qū)動器輸出信號電