【導讀】在醫(yī)療、航空、交通、軍事技術(shù)、工業(yè)控制、科學研究等領(lǐng)域，單片機往。結(jié)合具體的硬件結(jié)構(gòu)以及應(yīng)用對象的軟件特點來設(shè)計系統(tǒng)。本論文的目的就是。它的主要功能是完成數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、控制以及與PC機之間的通信。基于對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及功能要求的分析，本文設(shè)計并實現(xiàn)的采集。路以及監(jiān)控電路等，并配有標準RS-232及RS-422串行通信接口。用匯編語言編寫，為了便于擴展和更改，軟件的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)。采集儀的一般功能，也要保證它的可靠性和安全性。本文論述了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　

【正文】 的 Snaptogether 結(jié)構(gòu)導致了多樣化的測量孔形式 ? 最低價格的帶溫度補償和校整的小型封裝壓力傳 感器 ? 不同的引腳可選（ 1x4 或 2x2） xx 大學學士學位論文 19 ? 可以測量負壓和正壓 ? 激光刻蝕電阻保證極好的器件一致性 ， 芯片引腳如圖 310 所示 。 引腳 1：電源（ VDD）； 引腳 2：輸出（ +）； 引腳 3：輸出（ ）； 引腳 4：接地（ VDD） + 2 4V C C1GND3 圖 310 26PC 引腳圖 鍵盤接口設(shè)計 鍵盤是單片機系統(tǒng)中進行人機對話的基本接口，是單片機系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸入的重要方式。鍵盤的接法靈活多樣，最簡單的方式為獨立式接法，即利用單片機讀取 I/O 口的電平高低來判斷是否有鍵按下。 這里所說的按鍵采用金屬接觸方式，開 關(guān)的原理是觸電導通或斷開，通常采用銅片彈簧作為彈性材料。在外型上有圓形、方形等形狀。 R61KR81KR71KKEY1 KEY2 KEY3V C CP B 0P B 1P B 2 圖 311 鍵盤接口圖 在本采集系統(tǒng)中，單片機 3 個 I/O 口外接 3 個按鍵，可以實現(xiàn) 3 個 按鍵 的輸入。 xx 大學學士學位論文 20 獨立式按鍵的接法是在單片機的 I/O 口上接一個按鍵，每個按鍵對應(yīng)單片機的一個輸入端口，按鍵的另一端接電源或者數(shù)字地。為了保證電平的有效性，按照圖 311 的接線方式，對每一路的按鍵都需要加一個上拉電阻。ATmega64 單片機的端口 PB0， PB1， PB2 分別連接按鍵 KEY1~KEY3。 顯示接口 設(shè)計 LCD1602簡介 1602 是典型的字符點陣 LCD，可以顯示 16 位 2 行共 32 個字符。驅(qū)動電壓為 +。背光燈有黃綠色、白色等。如圖 312 所示為 1602 引腳圖： D07D18D29D310D411D512D613D714RS4RW5EN6VDD2B L K15V03B L A16V S S1 312 1602 引腳圖 1602 采用標準的 16 腳接口。接口定義及功能如表 38 表 38 1602 引腳定義表 引腳編號 符 號 含 義 功 能 1 VSS 接地 電源地 2 VDD 接電源 電源正極 3 Vo 液晶驅(qū)動電壓 對比度調(diào)整端 4 RS 寄存器選擇 高電平：選擇數(shù)據(jù)寄存器 低電平：選擇指令寄存器 5 R/W 讀 /寫信號 高電平：讀 低電平：寫 6 EN 片選使能 EN 端電平下降沿觸發(fā)模塊工作 7~14 D0~D7 雙向數(shù)據(jù)線 傳輸數(shù)據(jù) 15 BLK 背光燈引腳 接陰極 16 BLA 背光燈引腳 接陽極 1602 的顯示原理是：在其內(nèi)部存儲器中保存字符圖形，通過控制器向 1602寫入指定的顯示存儲地址，相應(yīng)地址對應(yīng)的字符即被顯示到液晶屏幕上。 xx 大學學士學位論文 21 在 1602 內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（ CGROM）中已經(jīng)儲存了 160 個不同的點陣字符圖形。這些字符包括：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等。每個字符都有一個 固定的代碼。 硬件設(shè)計 1602 與 ATmega64 單片機如圖 313 所示。 1602 的 D0~D7 與 ATmega64 單片機的端口 A 相連，控制端口 RS、 RS、 EN 分別與端口 C 的 PC0、 PC PC2相連。 D0D1D2D3D4D5D6D7W11 0 KD07D18D29D310D411D512D613D714RS4RW5EN6VDD2B L K15V03B L A16V S S1U7L C D 1 6 0 2RSRWENV C C 圖 313 1602 與單片機連接電路 圖 本章小結(jié) 本章詳細介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各硬件模塊的設(shè)計思路及過程，包括單片機最小系統(tǒng) 設(shè)計 ， 其中電源電路采用 LM7805CK 穩(wěn)壓芯片，時鐘電路采用內(nèi)部時鐘，復位電路采用手動復位方式； 數(shù)據(jù)采集模塊， 其中溫濕度傳感器采用SHT75 芯片，壓力傳感器采用 26PCB 壓力傳感器； 系統(tǒng)輸入輸出模塊及系統(tǒng)與PC 機通信模塊等相關(guān)模塊的各芯片電路連接。 xx 大學學士學位論文 22 第 4章 軟件設(shè)計 軟件總體設(shè)計框架 圖 41 總體流程圖 采集系統(tǒng)軟件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，用 C 語言編寫，總體設(shè)計流程圖如圖系統(tǒng)啟動 系統(tǒng)初始化 是否接到采集命 令？ 執(zhí)行采集命令 進行數(shù)據(jù)采集處理 現(xiàn)場顯示并存儲數(shù)據(jù) 傳送數(shù)據(jù)到 上位機 是否接到傳輸命令 xx 大學學士學位論文 23 41 所示： 系統(tǒng)上電后首先進行自檢，檢查各功能模塊電子器件是否正常工作，檢查完畢后進行各功能模塊初始化，掃描鍵盤，當有 “按鍵 1”按下時，系統(tǒng)可讀到PB0 口為低電平，此時系統(tǒng)開始執(zhí)行測量數(shù)據(jù)的工作，將采集到的溫濕度及壓力儲存到特定寄存器，當有 “按鍵 2”按下時，系統(tǒng)將儲存在寄存器中的溫濕度及壓力數(shù)據(jù)組送 LCD 顯示，同時將該組數(shù)據(jù)通過 I2C 總線傳送至片外 E2PROM，當 “按鍵 3”按下時，系統(tǒng)檢查是否與上位機已經(jīng)建立連接，若連接成功則通過RS232 接口進行數(shù)據(jù)傳送。系統(tǒng)主程序及頭文件 “include”完整代碼見附錄 D。 溫濕度及壓力數(shù)據(jù)采集模塊軟件設(shè)計 SHT75 傳感器共有 5 條用戶命令具體命令格式如表 41 所示： 表 41 SHT75 傳感器命令列表 命令 代碼 功能 測量溫度 01111 測量溫度 測量濕度 00101 測量濕度 讀狀態(tài)寄存器 00111 讀狀態(tài)寄存器的內(nèi)容 寫狀態(tài)寄存器 00110 向狀態(tài)寄存器寫入命令 軟啟動 11110 重啟芯片 SHT75 的具體命令順序如下： 傳輸開始。 ，首先發(fā)出 “傳輸開始 ”命令，命令包括 SCK 為高時， DATA由高電平變?yōu)榈碗娖?，并在下一個 SCK 為高時將 DATA 置為高。后一個命令順序包含 3 個地址位（目前只支持 100 創(chuàng)）和 5 個命令位，通過 DATA 引腳的ACK 位處于低電位來表示 SHT75 正確收到命令。 。 如果與 SHT75 傳感器的通信中斷，下列信號順序 會使串口復位，當使DATA 線處于高電平時，觸發(fā) SCK9 次以上（含 9 次），并隨后發(fā)出一個 “傳輸開始 ”命令。 。 當發(fā)出了溫濕度測量命令后，控制器需要等到測量完成，方可讀取結(jié)果。使用 8/12/14 位的分辨率測量分別需要大約 11/55/210ms。為表明測量完成，SHT75 會使數(shù)據(jù)線為低電平，此時控制器必須重新啟動 SCK。然后傳送兩字節(jié)測量數(shù)據(jù)和一字節(jié) CRC 校驗和?？刂破鞅仨毻ㄟ^使 DATA 為低來確認每一字節(jié)，所有的矢量中從右算 MSB（最高位）列于第一位。通信在確認 CRC 數(shù)據(jù)位后停止。如果沒有用 CRC8 的校驗和，則控制器就會自動返回休眠模式。 需要注意的是，為使 SHT75 溫升低于 ℃ ，工作頻率不能大于 15%（如： 12 位精確度時每秒最多進行 3 次測量），即對 SHT75 的操作不能過于頻 xx 大學學士學位論文 24 繁，如果傳感器本身溫度升高，將會使測量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差。 程序中，通過 PC PC3 模擬進行 I2C 協(xié)議進行通信。首先設(shè)置溫度啟動命令，等待轉(zhuǎn)換完成，然后讀取溫度測量值，并進行溫度轉(zhuǎn)換。隨后設(shè)置濕度啟動命令，轉(zhuǎn)換完成后，進行濕度變換和濕度的補償計算。設(shè)置 SHT75 為 +5V電源下， 14 位精度的溫度測量和 12 位精度的濕度采集 。程序清單見附錄 2。 壓力采集端采用 26PCB 壓力傳感， 26PC 壓力傳感器輸出的模擬信號可通過單片機的 ADC 接口直接輸入單片機進行轉(zhuǎn)化，并進行相應(yīng)的控制操作，溫濕度及壓力采集程序流程圖 42 所示 圖 42 采集程序流程圖 標準 RS232及 RS422接口擴展軟件設(shè)計 RS232接口擴展軟件設(shè)計 在 PC 內(nèi)接有 PC16550（和 8250 兼容）串行接口、 EIATTL 的電平轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)啟動 系統(tǒng)初始化 啟動溫濕度及壓力采集 是否接到采集命令？ 送顯示并存儲 送顯示并存儲？ xx 大學學士學位論文 25 和 RS232C 連接器，除鼠標占用一個串行口以外，還留有兩個串行口給用 戶，這就是 COM1(地址 3F8H～ 3FFH)和 COM2(地址 2F8H～ 2FFH)，通過這兩個口，可以連接 Modem 和電話線進入互聯(lián)網(wǎng)，也可以連接其他的串行通訊設(shè)備，如單片機、仿真器等。由于單片機的串行發(fā)送和接收線 TXD 和 RXD 是 TTL 電平，而 PC 的 COM1 或 COM2 的 RS232C 連接器（ D 型 9 針插座）是 EIA 電平，因此單片機需加接 MAX232 芯片，通過串行電纜和 PC 相連接。 串口通訊過程的順利完成，通訊雙方不但要在硬件接口標準上共同遵守某種約定，而且還必須對數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、糾錯方式以及控制字符定義等問題作出統(tǒng)一的規(guī)定，即通訊協(xié)議，而這些工作是通過軟件編程實現(xiàn)。 要實現(xiàn)單片機與 PC 際之間順利的通訊，首先要對 PC 機串行接口由簡單的了解， PC 的串行通訊接口使用的是 8 8250 的可編程串行接口，內(nèi)部有 10個寄存器，共占用 7 個地址，其 COM1 通信口的端口地址見下表 41。 表 41 可編程串行接口 DLAB 選擇寄存器 地址 0 發(fā)送緩沖器 THR（寫） 3F8H 0 接收緩沖器 RDR（讀） 3F8H 1 除數(shù)鎖存器 BRDL（低 8 位） 3F8H 1 除數(shù)鎖存器 BRDH（高 8 位） 3F9H 0 中斷允許寄存器 3F9H X 中斷識別寄存器 IIR 3FAH X 線路控制寄存器 LCR 3FBH X Modem 控制寄存器 MCR 3FCH X 傳輸線狀態(tài)寄存器 LSR 3FDH X Modem 狀態(tài)寄存器 MSR 3FEH 由于地址 3F8H 和 3F9H 為兩個寄存器共用，由線路控制寄存器最高位DLAB 進行選擇。 8250 通訊編程的步驟： ，即寫波特率除數(shù)鎖存器 BRD 先使用線路控制寄存器 LCR的最高位 D7（ DLAB）為 “1”，以選中除數(shù)鎖存器，然后分別將波特率除數(shù)的高8 位和低 8 位 寫入 BRDH 和 BRDL。 LCR，同時使其最高位DLAB 為 “0”，選中發(fā)送緩沖器和接受緩沖器，以便后面進行發(fā)送和接收。 ，先查狀態(tài)寄存器 LSR 的 D5 位（ THRE 位），發(fā)送保存寄存器為空（ THRE=1）才能發(fā)送。對發(fā)送緩沖器寫，即啟動發(fā)送過程。接收數(shù)據(jù)時，先查狀態(tài)寄存器 LSR 的 D1 位（ OE 位），接受數(shù)據(jù)準備好（ OE=1），即說明已接收到一個數(shù)據(jù)，這時可以從接受緩沖器讀入數(shù)據(jù)。 xx 大學學士學位論文 26 圖 43 RS232 傳輸程序歷程圖 針對上述步驟作如下說明： (1)波特率除數(shù)鎖存器（ BRD） T1 初始化，啟動 T1 工作 設(shè)定串行通信方式 設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)塊首地址 發(fā)送數(shù)據(jù) T1=1? 清 T1 修改數(shù)據(jù)指針和數(shù)據(jù)塊長度計數(shù)器 全部數(shù)據(jù)發(fā)送完 ？ 結(jié)束 xx 大學學士學位論文 27 8250 使用內(nèi)部時鐘的頻率為 ，波特率除數(shù)（ BRD）和波特率（ Baud）的關(guān)系為： BRD=時鐘頻率 /（ 16Baud） (41) 如： Baud=1200bps,則 BRD=106/（ 161200） =0060H。 (2)控制字（ LCR） 進行串行通訊之前，應(yīng)將通訊的數(shù)據(jù)格式寫入線路控制寄存器（ LCR），即填寫控制 字。 (3)狀態(tài)字（ LSR） 狀態(tài)寄存器 LSR 用來向 CPU 提供接收和發(fā)送過程中產(chǎn)生的狀態(tài)，這些狀態(tài)可用于 CPU 查詢，如果允許中斷，也可引起中斷。 完成 PC 和單片機的串行雙工通信，要求單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)能顯示在 PC 的屏幕上，采用查詢方式，波特率為 1200，具體發(fā)送流程圖如圖 43 所示。 PC 的接收程序用 TURBO C 完成，利用庫函數(shù) inportb()完成對 8250 端口的寫操作，其具體接收子程序詳見附錄 D。 單片機采用方式 雙工通訊，波特率 12