【正文】 工作條件： 電源電壓范圍 …………3V ～ 15V 輸入電壓范圍 …………0V ～ VDD 工作溫度范圍 M類 ………… － 55℃～ 125℃ E 類 …………. － 40℃～ 85℃ 極限值： 電源電壓 …... － ～ 18V 輸入電壓 …… － ~VDD+ 輸入電流 …………….177。在 CS 為高電平，結(jié)束上一次轉(zhuǎn)換后，經(jīng)過(guò)最少 500ns，可以重新將 CS 置為低電平，開(kāi)始下一次轉(zhuǎn)換。在每個(gè) SCLK 的下降沿， DOUT 分別輸出各位數(shù)據(jù)， 89C51通過(guò) 讀入到 CPU 中。檢查 DOUT 信號(hào)，當(dāng)讀出 DOUT（ ）為上升沿時(shí)表示完成。 4067 打開(kāi)該通道，將 0V— 范圍的模擬信號(hào)輸入 到 MAX187 的 AIN 輸入端。MAX187 是一個(gè) 12 位串行接口的 A/D 轉(zhuǎn)換器，它采用三線 SPI 總線和微處理器通信，接口簡(jiǎn)單，精度高，功耗低。變換后的電信號(hào)有時(shí)須經(jīng)過(guò)放大 ，使信號(hào) 滿足 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入要求。由 輸出 CS 信號(hào)并由 MAX187的 DOUT 端相連，輸入 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。 輸入系統(tǒng)的硬件電路的總體設(shè)計(jì) 在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中， 89C51 由 P1 端的 、 、 、 連接到模擬開(kāi)關(guān)電路 4067 的通道選擇端 A、 B、 C 和 D 上，由程序控制分時(shí)選通模擬量輸入信號(hào)。 ⑵ .按鍵手動(dòng)復(fù)位 系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，必須通過(guò)按鍵，利用手動(dòng)方式進(jìn)行復(fù)位操作，使單片機(jī)重新啟動(dòng)。 RST 引腳 (9腳 )是復(fù)位信號(hào)輸入端，高電 平有效。如圖 43 所示為 89C51 的存儲(chǔ)器空間配置。 89C51 中使用哈佛存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，地址空間分為三類： 片內(nèi)、外統(tǒng)一編址的 64KB 程序存儲(chǔ)器空間，用 16 位地址尋址，地址范圍為0000H— FFFFH。在物理結(jié)構(gòu)上分為程序存儲(chǔ)器空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。 89C51 一個(gè)機(jī)器周期由6 個(gè)狀態(tài)周期即 12 個(gè)振蕩周期組成。即晶體振蕩器頻率的倒數(shù) , 是最原始的信號(hào)周期。當(dāng)采用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)， XTAL（ 19 引腳）和 XTAL2（ 18 引腳）用來(lái)連接外部的石英晶體和微調(diào)電容，從而構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，產(chǎn)生原始的振蕩脈沖信號(hào)。 鍵盤(pán)： 4 個(gè)按鍵，獨(dú)立連接的非編碼鍵盤(pán)。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘 RTC： DS1307（帶 64 字節(jié) RAM、串行實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路）。 多路選擇器： 4067（ 16 選 1 模擬開(kāi)關(guān)電路）。為減少 來(lái)自電源的干擾，在 VDD 端 接10μ F 和 F 的濾波電容。 圖 33 MAX187 與 AT89C51 的接口電路 傳感器將采集到的信號(hào)經(jīng)放大、濾波，通過(guò) 8 選 1 模擬開(kāi)關(guān)輸給 A/ D 轉(zhuǎn)換器 MAX187，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)通過(guò) DOUT 端輸入給單片機(jī)。同樣，如數(shù)據(jù)傳送的波特率為 9600 波特，則字節(jié)中每一位傳送時(shí)間為 T=1/9600= ms。最后為停 止位（高電平）用來(lái)表示字符傳送結(jié)束。 圖 32 SPI 總線數(shù)據(jù)傳送時(shí)序 3. 3 89C51 和串行串行通信總線的實(shí)現(xiàn)方法 串行接口的基本通信方式 串行接口的有異步和同步兩種基本通信 方式 。數(shù)據(jù)線上輸出數(shù)據(jù)的變化以及對(duì)輸入數(shù)據(jù)的采樣，都取決于時(shí)鐘 SCK 信號(hào)。單片 機(jī)通過(guò) I/O 口線來(lái)分時(shí)選通外圍器件。 SPI 總線系統(tǒng)的組成 在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合中，使用 1 個(gè) MCU 作為主機(jī)，控制數(shù)據(jù)向 1 個(gè)或多個(gè)從外部接口器件的傳送。 在 SPI 接口中，數(shù)據(jù)的傳輸只需要 1 個(gè)時(shí)鐘信號(hào)和 2 條數(shù)據(jù)線。外圍設(shè)備包括簡(jiǎn)單的 TTL 移位寄存器（用作并行輸入或輸出口）至復(fù)雜的 LCD 顯示驅(qū)動(dòng)器或 A/D 轉(zhuǎn)換器等。 由于 89C51 沒(méi)有專門(mén)的 SPI 接口，因此要采用用一般 I/O 口線模擬 SPI 操作的方法，來(lái)和 SPI 總線接口器件連接和交換數(shù)據(jù)。低電平啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換；高電平時(shí)， DOUT 輸出端高阻抗?fàn)顟B(tài)。使用外部參考電壓為 +— VDD。 ? SHDN（ 3 腳）：工作模式選擇輸入端。 MAX187只有一路模擬輸入通道 ， 如輸入為多路信號(hào) ， 要外加多路模擬開(kāi)關(guān)。 MAX187電源需要加去耦合電容 ， 方法是用一個(gè) 聯(lián)。設(shè)計(jì)精巧，工作速度快。另外，在整個(gè)輸入信號(hào)范圍內(nèi)，導(dǎo)通電阻保持相對(duì)穩(wěn)定。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 表 21 P3 端口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外中斷 0） /INT1（外中斷 1） T0 (定時(shí)／計(jì)數(shù)器 0) T1 (定時(shí)／計(jì)數(shù)器 1) /WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 模擬開(kāi)關(guān)電路 4067 開(kāi)關(guān)在電路中起接通信號(hào)或斷開(kāi)信 號(hào)的作用。 ? P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流。 ? P2口： P2口為 一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O 口， P2口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門(mén)電流，當(dāng) P2口被寫(xiě)“ 1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。當(dāng)接“ 0”時(shí)， CPU 只訪問(wèn)片外 ROM。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 ? PSEN（ 29腳）：外部程序存儲(chǔ)器讀選通輸出信號(hào)訪問(wèn)片外 ROM 時(shí)，輸出負(fù)脈沖作為讀 ROM 選通。 ? ALE/PROG（ 30腳）：地址鎖存允許輸出端 /編程脈沖輸入端。 ? XTAL2（ 18腳）：來(lái)自反向振蕩器的輸出。本設(shè)計(jì)采用 PDIP 形式。 圖 22 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程的流程圖 89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 89C51 單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機(jī)存儲(chǔ)器 RAM、只讀存儲(chǔ)器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。按照軟件工程的思想，列出各子系統(tǒng)的任務(wù)書(shū) , 以及軟件、硬件及它們之間的接口標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要求。 2) 熟悉和了解控制對(duì) 象，確定合理可行的技術(shù)指標(biāo)。 ? 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)要盡量作到低功耗、小體積?？梢圆捎密浖袒瘜?shí)現(xiàn)部分硬件功能，也可以采用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)某些軟件的功能。 圖 21 所示為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成。但是，對(duì)于目前應(yīng)用比較廣北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 泛的 8 位單片機(jī)來(lái)說(shuō)，由于其應(yīng)用方便，成本低廉，可靠性高，體積小，而且 I/O的擴(kuò)展也比較容易，所以在比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中， 8 位單片機(jī)仍然得到廣泛應(yīng)用。 8 位單片機(jī)在中、小規(guī)模應(yīng)用場(chǎng)合仍占主流地位，代表了單片機(jī)的發(fā)展方向，在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越大的作用。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計(jì)者事先規(guī)定的任務(wù)。軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是根據(jù)總體方案和硬件電路，設(shè)計(jì)出實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的控制程序。 MAX187 是一個(gè) 12 位串行接口的 A/D 轉(zhuǎn)換器，采用三線 SPI 總線和微 處理器通信，接口簡(jiǎn)單，精度高，功耗低。 傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒(méi)有上位機(jī)的支持，不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它的存儲(chǔ)容量都是有限的，所以不得不對(duì)存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋刷新，這樣不利于用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析，因而 也不能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。數(shù)據(jù)采集是從一個(gè)或多個(gè)信號(hào)獲取對(duì)象信息的過(guò)程。如愛(ài)爾蘭 ACRA 公司 2020 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了2020 年。該數(shù)據(jù)采集對(duì)拾震計(jì)輸出的電信號(hào)模擬放大后送至 A/D 數(shù)字化， A/D 采用同時(shí)采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng) DSP 數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字地震信號(hào)。它起始于 20 世紀(jì)中期，在過(guò)去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會(huì)的發(fā)展主流方向。 盡管現(xiàn)在以 微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展，而且組成一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡，把它插在微機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi)并輔以應(yīng)用軟件，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會(huì)對(duì)基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 20 世紀(jì) 90 年代至今，在國(guó)際上技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運(yùn)用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)組成。 20 世紀(jì) 70 年代后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表、計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 A/D converter MAX187 iii 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................ i ABSTRACT ............................................................................................................. ii 目 錄 ...................................................................................................................... iii 1 緒論 ........................................................................................................................ 1 研究背景及其目的意義 ............................................................................ 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................ 2 該課題研究的主要內(nèi)容 ............................................................................ 3 2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ....................................................................... 4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成 ............................................................................ 4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ............................................................................ 6 總體方案的設(shè)計(jì) .............................................................................. 6 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程 .......................................................... 6 89C51 單片機(jī)的簡(jiǎn)介 .............................................................................. 7 單片機(jī)的基本組成 .......................................................................... 7 89C51 單片機(jī)的引腳 ...................................................................... 8 模擬開(kāi)關(guān)電路 4067................................................................................11 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 ........................................................................... 13 MAX187 簡(jiǎn)介 ............................................................................... 13 MAX187 特點(diǎn)及引腳 ................................................................... 14 3 串行通 信總線 .................................................................................................