【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，暫存和傳輸。本文設計的離散量采集系統(tǒng)采用上位機、下位機通信方式運行。對下位機的控制和數(shù)據(jù)采集的顯示，下位機實現(xiàn)離散量的采集過程。的弊端，應用具有良好的前景和使用價值。

　　

【正文】 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 27 面向對象和采用事件驅動方式的結構化高級程序設計語言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應用程序。它簡單易學、效率高，且功能強大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具 SDK 相媲美。在 Visual Basic 環(huán)境下，利用事件驅動的編程機制、新穎易用的可視化設計工具，使用 Windows 內部的廣泛應用程序接口（ API）函數(shù)，動態(tài)鏈接庫（ DLL）、對象的鏈接與嵌入（ OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ ODBC）等技術，可以高效、快速地開發(fā) Windows 環(huán)境下功能強大、圖形界面豐富的應用軟件系統(tǒng)。 下位機 軟件 方案設計 該課題設計的單片機程序見附錄 II。根據(jù)系統(tǒng)功能，將整體程序劃分為主程序、初始化和中斷三部分。主程序是執(zhí)行單片機的讀寫操作，初始化是設定單片機的初始狀態(tài)以及初始值，中斷主要是根據(jù)通信協(xié)議對輸入值進行判斷，然后去執(zhí)行相關操作。主程序與中斷是通過中間變量 rdBUFF 和 wrBUFF 連接的。 其通信指令格式如表 所示。 表 通信指令格式 指令 功能 舉例 舉例 發(fā)送 返回 備注 0x010x30 按位讀輸入 0x0A 是輸入第 10 通道 0x01 0x00 或0x01 0x310x34 按字節(jié)讀輸入 0x31是讀 18通道組成的字節(jié) 0x31 一個字節(jié) 第一通道對應字節(jié)最低位 0x35 讀所有通道 0x37 讀所有通道 0x37 六個字節(jié) 0x710x80 按位輸出置零 0x71是把輸出通道 1置低 0x71 無 0x810x90 按位輸出置一 0x81是把輸出通道 1置高 0x81 無 0x910x92 按字節(jié)輸出 0x91是輸出 18通道組成的字節(jié) 0x91+一個字節(jié) 無 第一通道對應字節(jié)最低位 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 28 指令 功能 舉例 舉例 發(fā)送 返回 備注 0x93 按字節(jié)輸出所有 0x93 是輸出 116 通道的兩個字節(jié) 0x93+兩個字節(jié) 無 第一通道對應第一字節(jié)最低位，第九通道對應第二字節(jié)最低位 主程序設計部分 主程序主要是實現(xiàn)單片機的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。首先將單片機初始化，選通輸入緩沖芯片 74HC541 ，再將 P1 口采集到的值按位取反后賦給中間變量 rdBUFF，緊接著將選通輸入芯片引腳置高，地址封鎖，存儲數(shù)據(jù)，然后進行寫操作，再選通輸出所存器 74HC574，將所寫數(shù)據(jù)送出，經過鎖存器，從而控制繼電器的吸合。主程序流程圖如圖 所示。 初始化程序設計部分 將單片機先進行初始化，清空 輸入和輸出的緩沖區(qū)，定義初始狀態(tài)為命令狀態(tài)，設置波特率為 9600 的定時器 1 方式 2 和初始值，啟動定時器，設置串行口方式，允許中斷。初始化流程圖如圖 所示。 開 始初 始 化選 通 5 4 1芯 片將 P 1口 的 值 按 位取 反 賦 給 rd B U F F封 鎖 5 4 1 ,并 存 儲寫 數(shù) 據(jù) 操 作選 通 5 7 4芯 片處 理 超 時 圖 主程序設計流程圖 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 29 開始清空輸入輸出緩沖區(qū)初始為命令狀態(tài)設定 T /C定時方式設定波特率啟動定時器設串行口工作方式允許中斷結束 圖 初始化程序設計流程圖 中斷程序設計部分 單片機內的中斷系統(tǒng)主要用于實時監(jiān)控，即要求單片機能及時地響應和處理單片機外部或內部事件所提出的中斷請求。如果沒有中斷技術， CPU 的大量事件可能會浪費在原地踏步的查詢操 作上。采用中斷技術，完全消除了 CPU 在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大提高勒 CPU 的工作效率。本次設計的中斷系統(tǒng)主要執(zhí)行的單片機讀寫數(shù)據(jù)操作準備。 中斷函數(shù)是由單片機自行完成調用的。即當有中斷發(fā)生時，單片機的硬件會保存當前的程序指針 (PC)，之后自動跳轉到中斷程序入口執(zhí)行中斷函數(shù)代碼，執(zhí)行完之后在返回 PC 指向的程序地址繼續(xù)運行之前的代碼。 其中斷程序流程圖如圖 所示。 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 30 中 斷 入 口當 前 是 否 為 命 令 狀 態(tài)當 前 值 是 否 小 于 0 x 3 6Y當 前 值 是 否 等 于 0 x 3 5Y讀 所 有 輸 入通 道返 回當 前 值 是 否 小 于 0 x 8 1N按 位 寫 輸 出 0當 前 值 是 否 小 于 0 x 9 1NY按 位 寫 輸 出 1Y當 前 值 是 否 小 于 0 x 9 3一 個 字 節(jié) 寫輸 出Y輸 入 值 是 否 大 于 0 x 1 0NY按 字 節(jié) 讀 輸入YN按 位 讀 輸 入兩 個 字 節(jié) 寫輸 出NN將 參 數(shù) 狀 態(tài)下 的 輸 入 值賦 給 w r B U F FN更 改 為 命 令狀 態(tài) 圖 中斷程序設計流程圖 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 31 上位機軟件方案設計 圖 VB 界面設計 本設計中的 VB 界面主要分為三 個部分，第一個是數(shù)據(jù)輸出部分，第二個是數(shù)據(jù)采集部分，第三個是系統(tǒng)運行的按鈕部分。 首先介紹第一個部分，數(shù)據(jù)輸出部分。數(shù)據(jù)輸出部分根據(jù)下位機軟件設計分為按位輸出、按字節(jié)輸出和全部輸出三個部分。這三個部分是互相排斥的，也就是說這三種輸出方式只能選一種來運行。在按位輸出這種輸出方式中，只要在 DO 0—DO 15 的文本框中寫 入 1 或 0 就可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機的對應接口中。按字節(jié)輸出和全部輸出也是這樣的。 其次是數(shù)據(jù)采集部分，數(shù)據(jù)采集部分的三種采集方式也是互相排斥的。選中了一種采集方式后，數(shù)據(jù)就會按要求實時采集進來，顯 示在對應的文本框中。 最后是運行部分，運行部分有發(fā)送按鈕、運行按鈕、結束按鈕。 對于發(fā)送按鈕的編程首先要確認的是采用了哪種輸出方式，然后在發(fā)送數(shù)據(jù)到下位機輸出的端口。對于運行按鈕的編程，是要在程序里編寫一個計時器，作用是讓數(shù)據(jù)采集的顯示部分可以每 100ms 采集一次下位機采集上來的數(shù)據(jù)。結束按鈕是結束數(shù)據(jù)的輸出和輸入部分。 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 32 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)平臺及介紹 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提供了以個集成開發(fā)環(huán)境（ IDE:Integrated Development Environment） 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。 Vision2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） 33 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則逐一調試即按照首先主程序調試，其次子程序調試，最后主程序調用各子程序調試的步驟。 軟件調試中整個測試過程 通過 Keil 調試。 完成軟件調試后，方可進行整體調試，這就需要在采集板上進行實際的操作?？v觀整個電路板，主要分為 四 大部分，分別是單片機部分、 輸入部分、輸出 部分 和電平轉換部分 ，其他就是輔助的小規(guī) 模電路。 完成 整體 程序的設計和硬件的搭接之后要能確保軟件調試和硬件調試各自都正確無誤，接著再對硬、軟件進行聯(lián)合調試。在調試中繼續(xù)找出單獨調試中無法顯現(xiàn)的故障，反復進行改進軟件、修改硬件設計的工作， 反復對單片機是否能接收和發(fā)送信號進行核對和調試，當單片機能夠接收從開關那采集來的信號，而且能發(fā)送信號，使輸出高電平，控制繼電器，從而控制燈的亮滅，達 到所設計的 臺球收費系統(tǒng)達到現(xiàn)實所需要的性能要求 ， 最后與上位機進行聯(lián)機通信，通信成功 才能進行最后的軟件固化與整機的組裝工作 。 調試分析 本次設計的將調試步驟規(guī)定如下 （ 1） 先對輸入和輸出模塊進行調試，看是否能正常的輸入輸出數(shù)據(jù)； （ 2） 完成后再往單片機里寫入一個簡單的輸出高電平程序，測試單片機是否好用； （ 3） 對串口通信模塊進行調試，加入串口通信程序，并連接好 RS232 線，用調試工具收發(fā)信息并調試； （ 4） 將整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路連接上，程序燒寫到單片機里，與電腦連接，測試是否能接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)； （ 5） 將整個設計系統(tǒng)的電路連上，與上位機進行通信，進行最后的調試。 故障調試及解決方法 （ 1） 檢測單片機的 TXD 和 RXD 引腳時沒有信號 ； 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 34 原因分析及解決方法：電平轉換芯片 MAX232 與串口連線錯誤，未能進行電平轉換。 MAX232 與串口的 RXD 和 TXD 要反接，這樣才能使與電腦正常通信，將電腦發(fā)的電平轉換為單片機所能接收的 TTL 電平。 （ 2） 單片機不能正常復位 ； 原因分析及解決方法：經過檢查發(fā)現(xiàn)復位電路的 +5V 電源接錯地方，重新焊接到電容和電阻中間。 （ 3） 單片機上電之后，系統(tǒng)不能正常運行 ； 原因分析及解決方法：單片機的 EA 引腳 懸空，將 EA 引腳 接 1K 電阻再接上+5V 電源 。 （ 4） 不能采集到從輸入部分傳來的信號 ； 原因分析及解決方法：光電耦合器的 COM 接地端沒有接地，懸空。懸空并 不代表接地，光電耦合器輸入端的電源要與系統(tǒng)板的電源隔開，才能實現(xiàn)隔離作用。所以，光電耦合器的接地端要接地，并且不能與系統(tǒng)板共地，應接在與輸入端的電源對應的地上。 聯(lián)調結果 在老師和同學的幫助下，我最后完成了調試，使上位機和下位機可以實現(xiàn)設計的要求。在上位機發(fā)來指令后，下位機可以根據(jù)上位機的指令來采集數(shù)據(jù)。下位機也可以給上位機發(fā)送采集數(shù)據(jù)的結果?；緦崿F(xiàn)了功能。 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 35 6 結論 本設計講 STC89C52RC 單片機作為整個系統(tǒng)的核心，將 74HC54 74HC57光電耦合器及波動開關等器材作為外部電路，完成離散數(shù)據(jù) 采集的功能。將 PC 機作為上位機，對下位機進行控制。通過運動 51 單片機和多路采集技術成功的開發(fā)出了基于單片機的多路離散量采集的下位機系統(tǒng)，并得出以下結論： （ 1） 本系統(tǒng)完成了 16 路 輸入、 16 路輸出的多 路 離散量 數(shù)據(jù)的采集； （ 2） 本系統(tǒng)實際上一個數(shù)據(jù)采集板，還可以根據(jù)具體功能開發(fā)； （ 3） 本系統(tǒng)完成了與上位機的串口通信，并實現(xiàn)了接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的過程； （ 4） 本次采用了光電隔離，極大地限制了電磁信號的干擾。 由于時間和個人能力所限，本論文 及設計還存在著 不足之處，研究深度和廣度也有所欠缺 ，懇請各位專家、學者、老師和 同學給予批評指導。 我想我會在以后的學習中不斷完善自己，以求今后作進一步的提高。 沈陽航空航天大學 北方科技學院畢業(yè)設計（論文） 36 參考文獻 [1] 馬忠梅 籍順心 張凱 馬巖 . 單片機的 C語言應用程序設計 . 北京航空航天大學出版社 . 20xx [2] 譚浩強 . 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