【正文】 cc 和 Vss ? Vcc （ 40 腳）：電源端，接 +5V 電源。它有兩種不同封裝形式： PLCC 形式和 PDIP 形式。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖如圖 23 所示： 圖 23 89C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 89C51 單片機(jī)基本組成包括： 1) 一個(gè) 8 位的微處理器； 2) 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 RAM 有 128B， 21 個(gè)特殊功能寄存器 SFR； 3) 片內(nèi)程序存儲器 Flash ROM 有 4KB； 4) 可尋址片內(nèi)外統(tǒng)一編址的 64KB 的 ROM；可尋址片外 64KB 的 RAM； 5) 4 個(gè) 8 位并行 I/O 接口（ P0— P3）；一個(gè)全雙工通用異步串行接口 UART； 6) 兩個(gè) 16 位的定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 7) 五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級的中斷控制系統(tǒng)； 8) 具有位操作功能的布爾處理機(jī)及位尋址功能； 9) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路。 如圖 22 所示為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的流程圖。 一般情況下，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程包括以下幾部分： ⑴ .總體方案的設(shè)計(jì) ⑵ .硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ⑶ .軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ⑷ .系統(tǒng)仿真調(diào)試 ⑸ .運(yùn)行維護(hù)。 5) 確定總體方案，擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書。 3) 確定系統(tǒng)功能具體實(shí)現(xiàn)形式 , 選擇出適合該項(xiàng)目，能迅速開發(fā)出性能價(jià)格比高的應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1) 根據(jù)市場需求 , 進(jìn)行分析 , 提出本項(xiàng)目的任務(wù)。軟件程序固化在單片機(jī)內(nèi)的程序存儲器中?？撮T狗監(jiān)視電路就是其中一種。 ? 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)要求可靠性高，特別是工作于無人值守、不間斷工作的環(huán)境中，必須保證安全可靠。 ? 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中要綜合考慮硬件、軟件的組成，以達(dá)到較高性能價(jià)格比。 圖 21 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)： ? 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)一般規(guī)模比較小。 （ 3）人機(jī)對話通道，即人機(jī)交互部分： 鍵盤、顯示器、打印機(jī)、看門狗 (監(jiān)視 )電路等。 典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng) 除主機(jī)外，還包括有： （ 1） 前向通道 (即輸入部分 )： 數(shù)字量、開關(guān)量、模擬量信號 (A/D)的輸入。目前，單片機(jī)的發(fā)展方向就是把各種功能模塊盡可能地集成，以單片機(jī)系統(tǒng)為目標(biāo)。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)用得到了長足發(fā)展。 8位單片機(jī)由于功能強(qiáng)大，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個(gè)領(lǐng)域。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。 單片機(jī)是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運(yùn)算能力（如算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（ CPU），隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），只讀程序存儲器（ ROM），輸入輸出電路（ I/O 口），可能還包括定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信口（ SCI），顯示驅(qū)動(dòng)電路（ LCD 或 LED 驅(qū)動(dòng)電路），脈寬調(diào)制電路 (PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換及 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機(jī)上，構(gòu)成一個(gè)最小然而很完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)的測試包括功能測評、技術(shù)指標(biāo)的測量、系統(tǒng)的優(yōu)化等工作。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括原理圖設(shè)計(jì)、 PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、制版和組裝、硬件調(diào)試等工作。 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一般要包括總體方案的設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等幾部分。多路模擬開關(guān) 4067 是一個(gè) 16選 1 模擬開關(guān)電路，通過它可以由軟件分時(shí)選通各個(gè)模擬通道的輸入。 本系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)用的數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)以單片機(jī) 89C51 為核心，選用了同步串行通信的接口芯片，可以采集最多 16 路模擬量輸入信號，并設(shè)置了 8 個(gè)開關(guān)量輸出通道，對外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警處理。 盡管現(xiàn)在以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展，并且適于通用微機(jī) (如 IBM PC 系列 ) 使用 的板卡級數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品也已大量出現(xiàn)，組成一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單到只需要一塊數(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)對基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因?yàn)閱纹瑱C(jī)功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點(diǎn)，使得基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。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)測已成為日益重要的檢測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時(shí)監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。它是對傳感器信號的測量與處理，以 微型計(jì)算機(jī)等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。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)間北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 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)。 受需求牽引，新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用也在快速地發(fā)展。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。近年來，又成功研制了動(dòng)態(tài)范圍更大、線性度更高、 兼容性更強(qiáng)、低功耗可靠性的 TDE324C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。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。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進(jìn)行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。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、能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實(shí)際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速組成一個(gè)新的系統(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）。 20 世紀(jì) 80 年代后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和大 規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，是系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。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)場也有一定的應(yīng)用。 20 世紀(jì) 80 年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)測試系統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 因而獲得了驚人的發(fā)展。大概在 60 年代后期，國內(nèi)外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年 代， 1956 年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標(biāo)是測試中不依靠相關(guān)的測試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測試任務(wù)是由測試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。 multichannel selector 4067。 關(guān)鍵詞 ：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 89C51；多路模擬開關(guān) 4067； A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 ii ABSTRACT The design process of SCM application system includes the design of overall scheme, the hardware system design, software system design, system simulation and debugging system operation and maintenance etc... This topic is the design of alarm system of a practical data acquisition and overrun, the system based on the MCU 89C51 as the core, the main application of 12 bits A/D converter MAX187 and multiplexer 4067 to plete synchronous serial bus A/D conversion channel design, can collect up to 16 channels of analog input signal, and the 8 output switch channel of external equipment, data acquisition and alarm processing. Date, time information in real time using the DS1307 real time clock circuit with low power consumption. Independent of the key design and LED digital tube monitor as the manmachine dialogue channel. Through the standard RS485 asynchronous serial munication interface and PC munication, for multiputer system and the remote munication. Hardware system design includes schematic design, PCB (printed circuit board) design, plate making and assembling, hardware debugging. The software system design is based on the overall scheme and hardware circuit, design a control program to realize system function. System testing includes function testing, the measurement, system optimization etc.. Operating system program, after curing, normal work, development work pleted. Keywords: data acquisition system。系統(tǒng)的測試包括功能測評、技術(shù)指標(biāo)的測量、系統(tǒng)的優(yōu)化等工作。硬件系 統(tǒng)設(shè)計(jì)包括原理圖設(shè)計(jì)、 PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、制版和組裝、硬件調(diào)試等工作。 本人簽名： 日期： i 摘 要 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程包括總體方案的設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)仿真調(diào)試和系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)等部分。 申請學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。在論文答辯過程中， 敘述正確充分，對答辯小組提出的問題能夠正確回答，答辯情況良好。撰寫出高質(zhì)量的論文。 建 議進(jìn)一步掌握 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 的工作原理，掌握 89C51 實(shí)現(xiàn)同步串行總線通信的技術(shù)?，F(xiàn)在正在優(yōu)化和進(jìn)一步學(xué)習(xí)中。 下一步的工作： 軟件設(shè)計(jì)、編程；軟硬件集成、仿真、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)。 5. 指導(dǎo)教師意見： 該課題符合本專業(yè)培養(yǎng)方向，有實(shí)用價(jià)值，同意開題。 （四）畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)完成的工作： 1. 完成 數(shù)據(jù)采集和超限報(bào)警系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ； 2. 完成同步串行總線的 A/D 轉(zhuǎn)換通道硬件電路； 3. 完成同步串行總線的 A/D 轉(zhuǎn)換通道軟件程序設(shè)計(jì)； 4. 學(xué)習(xí)并掌握 標(biāo)準(zhǔn)的同步串行總線的通信方式； 5. 采用 89C51 匯編語言進(jìn)行編程； 實(shí)現(xiàn)程序的調(diào)試、下載、固化工作 ； 6. 撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告 。 SSTRB 保持最長為 10s 的低電平，為了得到最佳的噪聲性能，在此期間 SCLK 應(yīng)保持低電平。在內(nèi)部時(shí)鐘方式時(shí) ,MAX186 在內(nèi)部產(chǎn)生它們自己的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，并允許微處理器以 10MHZ 以下的任何時(shí)鐘頻率讀回轉(zhuǎn)換結(jié)果。在控制字節(jié)的最后一位之后 ,SSTRB 有一個(gè)時(shí)鐘周期的脈沖高電平 ,在其后的 12 個(gè) SCLK 的每一個(gè)下降沿決定逐次逼近的各位并出現(xiàn)在 DOUT 端。在兩種時(shí)鐘方式中，數(shù)據(jù)的移入 /輸出都由外部時(shí)鐘來完成。 （三） MAX187 的工作原理 MAX187 中 CS 為有效時(shí) ， 在時(shí)鐘 SCLK 的每一個(gè)上升沿把一個(gè)最 高位為 1的控制字節(jié)的各位送入輸入移位寄存器，控制器收到控制字節(jié)后，選擇控制字中給定的模擬通道并在 SCLK 的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。要求完成同步串行總線的 A/D 轉(zhuǎn)換通道設(shè)計(jì)，包括硬件電路和軟件程序，進(jìn)而掌握單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法。 2. 基本內(nèi)容和技術(shù)方案： （一）設(shè)計(jì)內(nèi)容 ： 本