【正文】 SCL為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有 SCL 信號(hào)為低電平期間， SDA 狀態(tài)才允許變化。如圖所示： 開(kāi)始 I2C 通信的讀數(shù)據(jù) UART 發(fā)送數(shù)據(jù)到 PC 機(jī)界面顯示 將所讀十六進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù) LED 顯示 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 3） I2C 通信的應(yīng)答 i2c_ACK()與非應(yīng) i2c_waitACK()答操作 該子程序部分在主機(jī)寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，每發(fā)送一個(gè)字節(jié)，接收機(jī)需要回復(fù)一個(gè)應(yīng)答位“ 0”，通過(guò)應(yīng)答位來(lái)判斷從機(jī)是否接收成功。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)操作時(shí)，首先是主控器發(fā)出起始信號(hào)，然后發(fā)出讀尋址字節(jié)，被控器做出應(yīng)答后，主控器從被控器讀出第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答，主控器從被控器讀出第二個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出應(yīng)答?一直到主控器從被控器中讀出第 n 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，主控器發(fā)出非應(yīng)答信號(hào)，最后主控器發(fā)出停止信號(hào)。 D D4 模擬量輸入選擇： 00 為四路單數(shù)入、 01 為三路差分輸入、 10 為單端與差分配合輸入、 11 為模擬輸出允許有效。 控制字節(jié)： 控制字節(jié)用于實(shí)現(xiàn)器件的各種功能，如模擬信號(hào)由哪幾個(gè)通道輸入等。飛利蒲公司規(guī)定 A/D 器件地址為 1001。 AGND:模擬信號(hào)地。 VDD、 Vss:電源端。結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。有 4 路 A/D 轉(zhuǎn)換輸入， 1路 D/A 模擬 輸出。 表 段位碼對(duì)應(yīng)關(guān)系 段位碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位碼段 dp g f e d c b a 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 PCF8591 在我們所采集的數(shù)據(jù)電壓值是隨著滑動(dòng)變阻器的旋轉(zhuǎn)而不斷改變的，而要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 ,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量， A/D 轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字量。如圖 （ 2）共陽(yáng)極接法。在閑置模式下， CPU 停止工作，但 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 （ 1）地址線上輸入欲編程的存儲(chǔ)單元地址；（ 2）在數(shù)據(jù)線上輸入編程數(shù)據(jù)；（ 3）加正確的控制信號(hào)組合；（ 4）在 高壓 模式下使 VPP 為 12V；（ 5）在 ALE 引腳上加一次負(fù)脈沖，可對(duì) FLASH 存儲(chǔ)器的一個(gè)字節(jié)或保密位進(jìn)行編程。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 EA /VPP：當(dāng) EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。在給出地址 1時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 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。 STC89C52 單片機(jī)的管腳說(shuō)明 VCC：供電電壓。還有由 P0口、 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機(jī)的輸入 /輸出（ I\O）引腳。 STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： ? 與 MCS51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容； ? 片內(nèi)集成 4KB 的 FLASH 存儲(chǔ)器，可反復(fù)編程 /擦除 1000 次； ? 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年； ? 全靜態(tài)設(shè)計(jì)，時(shí)鐘頻率范圍為 0～ 24MHz、 33MHz； ? 三個(gè)程序存儲(chǔ)器保密位； ? 128 8 字節(jié)的內(nèi)部 RAM； ? 32 條可編程的 I/O 口線； ? 2 個(gè)可工作于 4 種模式的 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器； ? 5 個(gè)中斷源 /2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； ? 可編程串行通道； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式； ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機(jī)工作模式和掉電工作模式； ? 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路； 其引腳圖，如圖 圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 它一共有 40個(gè)引腳，引腳又分為四類。它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與 Intel 80C3X 單片機(jī)完全相同?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 （ 2） 簡(jiǎn)介 STC89C52 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲(chǔ)器。隨著移動(dòng)通訊、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等高科技產(chǎn)品進(jìn)入家庭， 32 位單片機(jī)應(yīng)用得到了長(zhǎng)足發(fā)展。總的而言單片機(jī)的特點(diǎn)可以歸納為以下幾個(gè)方面：集成度高、存儲(chǔ)容量大、外部擴(kuò)展能力強(qiáng)、控制功能強(qiáng)、低電壓、低功耗、性能價(jià)格比高、可靠性高這幾個(gè)方面。 4． 手工調(diào)整： 自動(dòng)布線雖然成功率很高，但往往存在不滿意的地方，這時(shí)就需石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 要進(jìn)行手工調(diào)整，以滿足設(shè)計(jì)要求。 2 2． ．元件布局： 規(guī)劃電路板并導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表后，通過(guò)執(zhí)行命令，系統(tǒng)將自動(dòng)裝入元件并將元件布置在電路板邊框內(nèi)。 24C01 是串行接口的 EEPROM 存儲(chǔ)器，常用于存儲(chǔ)需要掉電保存的數(shù)據(jù)。 STC89C52 的 XTAL1 端和 XTAL1 端與晶振相連。它由 STC89C5 PL230 LED 數(shù)碼顯示器組成。 I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過(guò)程中共有三種特殊類型信號(hào)， 它們分別是：開(kāi)始信號(hào)、結(jié)束信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)。 常用的串行通信方式有： UART 異步串行通信、 I2C 總線串行同步通信、 SPI串行總線同步通信。 通信方式 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 通訊二種方式。在單片機(jī)中，為了節(jié)省硬件資源，多采用動(dòng)態(tài)掃描顯示法。 LED 顯示部分 LED 數(shù)碼顯示管是一種由 LED 發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。 而本設(shè)計(jì)選用的是 STC89C52. 串行口的選擇 串行口我選用了標(biāo)準(zhǔn) RS232C 接口，它是電平與 TTL 電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路。 (3)并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換數(shù)度很高，但她采用了很多個(gè)比較器，而 n 位的轉(zhuǎn)換就需要 2n1 個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)格也很貴，只適用于視頻 A/D 轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域。位數(shù)越高其分辨率就越高，價(jià)格也就越貴。雙機(jī)通信有兩種方式： RS232 標(biāo)準(zhǔn)接口串行通信和 PL2303 USB— UART 通信，由芯片 RS232 實(shí)現(xiàn)雙機(jī)的通信。由微處理器去完成程序控制，數(shù)據(jù)處理及大部分邏輯操作，使系統(tǒng)的靈活性和可靠性大大地提高，系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)的重 建費(fèi)用大大地降低。 第三章 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開(kāi)發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（ UVISION）將這些組合在一起。 用于簡(jiǎn)單、直觀地進(jìn)行調(diào)試的“編輯并繼續(xù)”功能 KeilUvision3 介紹 KeilSoftware公司推出的 uVision3是一款可用于多種 8051MCU的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，該 IDE 同時(shí)也是 PK51 及其它開(kāi)發(fā)套件的一 個(gè)重要組件。 開(kāi)發(fā)和部署基于客戶端服務(wù)器結(jié)構(gòu)的 Windows 應(yīng)用程序、 Web 應(yīng)用程序、 SmartPhone 和 Pocket PC 應(yīng)用程序。這個(gè)版本的 Visual Studio 包含有眾多版本，分別面向不同的開(kāi)發(fā)角色。 （ 3）高級(jí)信號(hào)完整性分析系統(tǒng)（ Advanced Integrity 99）：信號(hào)完整性分析系統(tǒng) 提供了一個(gè)精確的信號(hào)完整性模擬器，可用來(lái)分析 PCB 設(shè)計(jì)、檢查電路設(shè)計(jì)參數(shù)、實(shí)驗(yàn)超調(diào)量、阻抗和信號(hào)諧波要求等。 電路仿真與 PLD 部分 （ 1）電路模擬仿真系統(tǒng)（ Advanced SIM 99）：電路模擬 仿真系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)字 /模擬信號(hào)仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，以便對(duì)電路原理圖進(jìn)行信號(hào)模擬仿真，從而驗(yàn)證其正確性和可行性。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫(kù)；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫(kù)的各種報(bào)表。 第二章 開(kāi)發(fā)環(huán)境及開(kāi)發(fā)工 具 在本設(shè)計(jì)中用到了 Protel99se 對(duì)單片機(jī)板子原理圖元件庫(kù)元件圖、單片機(jī)板子原理圖、單片機(jī)板子 PCB 圖元件庫(kù)元件圖、單片機(jī)板子 PCB 圖進(jìn)行了畫(huà)圖；用到了KeilUvision3 編寫(xiě)了電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的代碼，進(jìn)行了編譯并產(chǎn)生了一個(gè) HEX 文件；用到了 Microsoft Visual Studio 2021 軟件編寫(xiě)了一個(gè) PC 機(jī)電壓數(shù)值顯示界面；同時(shí)還用到了 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件將程序下載到主芯片STC89C52 中和串口調(diào)試助手 選好 COM 口后就會(huì)顯示電壓數(shù)據(jù) 的十六進(jìn)制顯示。包括功能設(shè)計(jì)和電路布線設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的各個(gè)功能 模塊：按鍵、 LED顯示、 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能，并設(shè)計(jì)各模塊間的接口，完成數(shù)據(jù)傳輸及采集工作。從而實(shí)現(xiàn) PC機(jī)與單片機(jī)的同 步顯示。 實(shí)現(xiàn)步驟 用 Protel99se作圖軟 件畫(huà)出電路的 PCB圖和 SCH圖。 這樣用戶可以在上位機(jī)上編寫(xiě)各種程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效查詢和分析 ,有利于工業(yè)過(guò)程的長(zhǎng)期正 常運(yùn)行和檢查。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及 ,數(shù)據(jù)采集監(jiān)測(cè)已成為日益重要的檢測(cè)技術(shù) ,廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場(chǎng)合。本系統(tǒng)采用 16 位（ A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達(dá) 500K/S,同步時(shí)間為 +/250ns，可以利用方式組成高達(dá) 1000 通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備 24 位 A/D 轉(zhuǎn)化位數(shù)，采樣率有 50HZ、 100HZ、 200HZ。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、飛機(jī) 飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，而雙單片機(jī)又具有精度 較高、轉(zhuǎn)換速度快、石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開(kāi)發(fā)出能滿足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室， 在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也有一定的應(yīng)用。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過(guò)了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因而獲得了驚人的發(fā)展。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年代， 1956 年美國(guó)首先研究了用在軍事上的測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是測(cè)試中不依靠相關(guān)的測(cè)試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測(cè)試任務(wù)是由測(cè)試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。 PCB 圖設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 單片機(jī) .................................................... 13 LED數(shù)碼顯示器的應(yīng)用原理 ..........................................................................錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。軟件部分應(yīng)用 Keil uvision3 編寫(xiě)控制軟件，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本文介紹的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而該系統(tǒng)硬件部分的重心在于單片機(jī)。數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了單片機(jī) STC89C52 來(lái)實(shí)現(xiàn)，硬件部分是以單片機(jī)為核心，還包括 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊， USB 接口和串行接口部分。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī) 數(shù)據(jù)采集 STC89C52 PCF8591 Abstract This article describes the hardware design and software design of the data on which based on signalchip microputer .The data collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The intr