【正文】 如圖所示：。該子程序部分 是通過改變 SDA和 SCL的高低電平來實現(xiàn)控制 24C01從而實現(xiàn)發(fā)送和接收。主機(jī)讀數(shù)據(jù)時，接收一個字節(jié)結(jié)束后，主機(jī)也需要發(fā)送一應(yīng)答位“ 0”，但是當(dāng)接收最后一個字節(jié)結(jié)束后，則需發(fā)送一個非應(yīng)答位“ 1”，發(fā)完了 1 后，再發(fā)一個停止信號，最終結(jié)束通信。其流程圖見圖 圖 主程序 （ 2） I2C 通信的啟動 i2c_start(）與停止 i2c_stop()操作 該子程序部分 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 信號為低電平期間， SDA 狀態(tài)才允許變化。 第五章 軟件部分 單片機(jī)主程序設(shè)計 本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計有一個主 程序 ,六個子程序部分，六個子程序部分分別為 I2C通信的啟動 i2c_start(）與停止 i2c_stop()操作、 I2C通信的應(yīng)答 i2c_ACK()與非應(yīng) i2c_waitACK()答操作、 I2C 通信的數(shù)據(jù)發(fā)送 i2c_sendbyte()與接收i2c_recbyte()操作、 I2C 通信的讀數(shù)據(jù) i2c_readbyte()操作、采用 UART 發(fā)送數(shù)據(jù)UART_Send_Byte()到 PC 機(jī)界面操作、數(shù)碼管數(shù)據(jù)的顯示與刷新 refresh()操作。最低兩位時通道編號位，當(dāng)對 0 通道的 模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時取 00，當(dāng)對 1 通道的模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時取 01，當(dāng)對 2通道的模擬信號進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時取 10，當(dāng)對 3 通道的模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時取 11。 當(dāng)系統(tǒng)為 A/D 轉(zhuǎn)換時，模擬輸出允許為 0。其格式如下所示： 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 MSB LSB 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DO 其中： Dl、 DO 兩位是 A/D 通道編號： 00 通道 0， 01 通道 1， 10 通道 2， 通道 3 D2 自動增益選擇（有效位為 1）?？刂谱止?jié)存放在控制寄存器中。總線操作時，由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發(fā)送的第一字節(jié)。引腳地址為 A2 A1 A0，其值由用戶選擇，因此 I2C 系統(tǒng)中最多可接 8個具有 I2C 總線接口的 A/D 器件。 圖 PCF8591 的引腳圖 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 PCF8591 與 STC89C52 單片機(jī)的接口方式，如圖 所示： 圖 PCF8591 與單片機(jī)的連接圖 PCF8591 采用典型的 I2C 總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成。 AOUT: D/A 轉(zhuǎn)換輸出端。 EXT：內(nèi)部、外部時鐘選擇線使用內(nèi)部時鐘時 EXT 接地。 (～ 6V) SDA、 SCL： I2C 總線的數(shù)據(jù)線、時鐘線。 AO～ A3：引腳地址端。電源電壓典型值為 SV。引腳圖如圖 1所示。這就是說，它既可以作 A/D 轉(zhuǎn)換也可以作 D/A 轉(zhuǎn)換。 PCF8591 是具有 I2C 總線接口的 8位 VD 及 D/A 轉(zhuǎn)換器。 按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為 3 種：雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D 轉(zhuǎn)換器。各段位碼位的對應(yīng)關(guān)系如表 。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發(fā)光二 極管的陰極通過電阻與輸入端相連。每個發(fā)光二極管的陽極與輸入端相連。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直 到下一個硬件復(fù)位為止。此外， STC89C52 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。編程一個字節(jié)的周期是內(nèi)部自定時的，典型時間不會超過 。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫 1且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。由于輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩 和陶瓷振蕩均可采用。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 PSEN ：外部程序存儲器的選通信號。另外，該引腳被略微拉高。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR 8EH 地址上置 0。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。當(dāng)振蕩器復(fù)位時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 P3 口也可作為 ST89C52 的一些特殊功能口 ,P3 口管腳備選功能 : RXD（串行輸入口）； TXD（串行輸出口）； INT0（外部中斷 0）； INT1（外部中斷 1）； T0（計時器 0 外部輸入）； T1（計時器 1 外部輸入）； WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）； RD （外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）； P3 口同時為閃爍編程石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 和編程校驗接收一些控制信號。當(dāng) P3 口寫入 1后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時， P2 口輸出地址的高八位。 P2 口： P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 1時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉 為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FLASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。 單片機(jī)具有四種總線形式： P0和 P2組成的 16位地址地址總線； P0分時復(fù)用為 8位數(shù)據(jù)總線； ALE、 PSEN、 RST、 EA和 P3口的 INT0、 INT T0、 T WR、 RD以及P1口的 T T2EX組成控制總線；而 P3口的 RXD、 TXD組成串行通信總線。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復(fù)位功能。還有兩個時鐘引腳 XTALXTAL2。其中有四個電源引腳，用來接入單片機(jī)的工作電源。編程速度很快，擦除時也無需紫外線，非常方便。在應(yīng)用中可直接替換。 STC89C52 單片機(jī)是最早期也最典型的產(chǎn)品，低功耗、高性能、采用 CHMOS 工藝的 8 位單片機(jī)。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。它與單板機(jī)或個人電腦有著本質(zhì)的區(qū)別，單片機(jī)屬于芯片級應(yīng)用，需要用戶了解單片機(jī)芯片的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應(yīng)用技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計所需要的理論和技術(shù)，用這樣特定的芯片設(shè)計應(yīng)用程序，從而使芯片具備特定的智能?？v觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢： 微型單片化 低功耗 CMOS 與多品種共存 可靠性和應(yīng)用水平越來越高 單片機(jī)有著微處理器所不具備的功能，它可以獨(dú)立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機(jī)的最大特點(diǎn)。 8 位單片機(jī)在中、小規(guī)模應(yīng)用場合仍占 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)揮越來越大的作用。 [8] 單片機(jī)按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為 4 位、 8 位、 16 位及 32 位單片機(jī)。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。 5． DRC 檢查： 布線完成后，為了確保 PCB 板符合設(shè)計規(guī)則、所有的網(wǎng)絡(luò)連接正確，必須對電路板進(jìn)行設(shè)計規(guī)則檢查。 3． 自動布線： Protel DXP 2021 中自動布線的功能相當(dāng)強(qiáng)大，只要把有關(guān)參數(shù)設(shè)置得適當(dāng)，元件布局合理，系 統(tǒng)就會根據(jù)設(shè)置的規(guī)則選擇最佳的布線策略進(jìn)行自動布線，成功率幾乎 100%。元件布局可以由系統(tǒng)自動完成，然后進(jìn)行手工調(diào)整布局，布局合理后才能進(jìn)行下一步的布線工作。只有加載了網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝后，電路板的自動布線才能完成。同時 STC89C52 中的 端與 端分別與PCF8591 的 SDA 端和 SCL 端相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受，進(jìn)而實現(xiàn)對電壓數(shù)值量的AD、 DA 轉(zhuǎn)換，從而在 LED 上顯示所采集電壓數(shù)據(jù)數(shù)值，而 PC 機(jī)上的串口調(diào)試助手則顯示 16 進(jìn)制的數(shù)值。 STC89C52 中的 端與 端分別與 24C01 的 SDA 端和 SCL 端相連。 STC89C52 的 P0 端的 8 個端口與 74HC245 的 A1— A8 端口相連，以及與74HC138 的 A0、 A A E3 端口相連，從而實現(xiàn)對 4 個數(shù)碼管的控制。 晶振 類似單片機(jī)的心臟，是給單片機(jī)提供工作節(jié)拍的，旁邊的電容是起振作用。 由于單片機(jī)采用的是 USB 接口供電，且單片機(jī)必須與 PC 機(jī)保持串行通信，所以在本設(shè)計中采用了 PL2303 的 USB— UART 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行通信。如圖所示： 3）該設(shè)計采用的是 I2C 通信的方式 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 第四章 硬件部分 原理圖設(shè)計 該系統(tǒng)是一個主從式多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主機(jī)和從機(jī)均用單片機(jī)實現(xiàn)，它的主機(jī)部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和顯示，主機(jī)和從機(jī)之間用 USB— UART 轉(zhuǎn)換電路 PL2303 進(jìn)行通信。 SCL 線為高電平期間， SDA 線由高電平向低電平的變化表示起始信號； SCL 線為高電平期間， SDA 線由低電平向高電平的變化表示終止信號。 2） I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時鐘 SCL 構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本實驗中我們采用的是 I2C 通信。 RS232C接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。通過復(fù)位可以瞬間讓單片機(jī)處于初始狀態(tài)，轉(zhuǎn)動滑動變阻器后按復(fù)位鍵，電壓值會相應(yīng)的變?yōu)檎_的電壓值。 按鍵 單片機(jī)中的復(fù)位方式有三種：手動按鈕復(fù)位、上電復(fù)位、積分型上電復(fù)位。 LED 數(shù)碼顯示有動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。它使用了 8個 LED 顯示管，其中 7 個用于顯示字符 ， 1 個用來顯示小數(shù)點(diǎn)，故通常稱之為八段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。 我們還采用了 USBUART 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行通行， USB 接口既可以為單片機(jī)提供電源也可以實現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)的的連接從而實現(xiàn)電壓值的接受與轉(zhuǎn)換。常用的芯片是 MAX232， MAX232 的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1）一片芯片可以完成發(fā)送轉(zhuǎn)換和接收轉(zhuǎn)換的雙重功能。單片機(jī)要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序，再用 Keiluvision3 把程序下載到單片機(jī)內(nèi)。 鑒于上面三種方案，在價格、轉(zhuǎn)換速度及應(yīng)用程度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計選用的是逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器 —— PCF8591 單片機(jī)的選擇 A/D轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) 單片機(jī) LED 顯示器 滑動變阻器調(diào)節(jié)按鍵 RS232 或 PL2303 采集信號 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī) 是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計算機(jī)中的一個重要的分支。 (2)雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種間接式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，精度比較高，缺點(diǎn)是數(shù)度很慢，適用于對轉(zhuǎn)換數(shù)度要求不高的系統(tǒng)。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 完成畢業(yè)設(shè)計所需要的系統(tǒng)框圖如圖 所示： 石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 圖 系統(tǒng)框圖 方案論證 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的種類很多，就位數(shù)來說，可以分為 8 位、 10 位、 12位和 16 位等。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是 LED 數(shù)碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。在該系統(tǒng)中采用的是 PCF8591 系列的單片機(jī)。 在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)量，而 A/D 是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，他需要考慮的指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換誤差等等。原來由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)被微