【正文】 R 3 91 0 KU A R T T X+51 23 45 6J2U A R TU S B T XT X DU A R T T XU S B R XR X DU A R T R XU S B 電源去耦A(yù)D 、 DA 電路U S B U A R T 轉(zhuǎn)換電路串口電路U S B 供電電路U S B 接口電路LED 顯示及其驅(qū)動電路1 23 4J1S T C P R O 圖 電路原理圖 PCB 圖設(shè)計 設(shè)計中數(shù)據(jù)采集單片機的 PCB 圖是由單片機的原理圖生成的，其操作步驟為： 1． 加載 網(wǎng)絡(luò)表和元件封裝： 網(wǎng)絡(luò)表是自動布線的基礎(chǔ)，是連接原理圖和印制電路板的紐帶。 24C01 是串行接口的 EEPROM 存儲器，常用于存儲需要掉電保存的數(shù)據(jù)。 74HC245 是方向可控的八路緩沖器，主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信。 STC89C52 的 XTAL1 端和 XTAL1 端與晶振相連。所以通過 UART 切換電路 PL2303 的 USB— TX端與 RS232 的 USB— RX端相連， PL2303 的 USB— RX與 RS232 的USB— TX 相連，從而實現(xiàn) USB— UART 的電路轉(zhuǎn)換。它由 STC89C5 PL230 LED 數(shù)碼顯示器組成。 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。 I2C 總線在傳送數(shù)據(jù)過程中共有三種特殊類型信號， 它們分別是：開始信號、結(jié)束信號和應(yīng)答信號。 1） UART 是單片機與 PC 之間的最簡單的通信方式之一，也是單片機之間常用通信。 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。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進行通訊。 通信方式 計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行 通訊二種方式。我們采用的是手動復(fù)位，把單片機內(nèi)部電路設(shè)置成為一個確定的狀態(tài)，所有的寄存器初始化。在單片機中，為了節(jié)省硬件資源，多采用動態(tài)掃描顯示法。對 LED 數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時間向它提供具有一定驅(qū)動能力的位選和段選信號。 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。 （ 2）單一電源 +5V 供電 （ 3）它的電路設(shè)計與連接比較簡單而且功能齊全。 而本設(shè)計選用的是 STC89C52. 串行口的選擇 串行口我選用了標準 RS232C 接口，它是電平與 TTL 電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路。此系統(tǒng)是由 CPU、隨即存取數(shù)據(jù)存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路（ I/O 口），還有可能包括定時 /計數(shù)器、串行通信口、 USB接口、顯示驅(qū)動電路（ LCD 和 LED 驅(qū)動電路）、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一個單塊芯片上，構(gòu)成了一個最小但完善的計算機任務(wù)。 (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，但她采用了很多個比較器，而 n 位的轉(zhuǎn)換就需要 2n1 個比較器，因此電路規(guī)模也極大，價格也很貴，只適用于視頻 A/D轉(zhuǎn)換器等數(shù)度特別高的領(lǐng)域。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間在幾微秒到幾百微 秒之間。位數(shù)越高其分辨率就越高，價格也就越貴。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號調(diào)理電路， 多路切換電路，采樣保持電路， A/D,單片機等組成。雙機通信有兩種方式： RS232 標準接口串行通信和 PL2303 USB— UART 通信，由芯片 RS232 實現(xiàn)雙機的通信。而單片機是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。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 建費用大大地降低。 70 年代初，隨著計算機技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速A/D轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。 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)部的一個接口。 串口調(diào)試助手 ：串口調(diào)試助手 300115200bps波特率，能設(shè)置校驗、數(shù)據(jù)位和停止位，能以 ASCII碼或十六進制接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符（包括中文），可以任意設(shè)定自動發(fā)送周期 ,并能將接收數(shù)據(jù)保存成文本文件，能發(fā)送任意大小的文本文件。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ UVISION）將這些組合在一起。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標 MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號等。 用于簡單、直觀地進行調(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的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，該 IDE 同時也是 PK51 及其它開發(fā)套件的一 個重要組件。 包含一個用于測試 Web 應(yīng)用程序的內(nèi)置 Web 服務(wù)器，無需 IIS。 開發(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。 Microsoft Visual Studio 2021 產(chǎn)品能為各類開發(fā)人員提供更廣闊的開發(fā)空間和更先進的設(shè)計體驗。這個版本的 Visual Studio 包含有眾多版本，分別面向不同的開發(fā)角色。它同時也能開發(fā)跨平臺的應(yīng)用程序，如開發(fā)使用微軟操作系統(tǒng)的手機的程序等。 （ 3）高級信號完整性分析系統(tǒng)（ Advanced Integrity 99）：信號完整性分析系統(tǒng) 提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析 PCB 設(shè)計、檢查電路設(shè)計參數(shù)、實驗超調(diào)量、阻抗和信號諧波要求等。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進行分析、綜合；觀察信號的波形。 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)包含一個數(shù)字 /模擬信號仿真器，可提供連續(xù)的數(shù)字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。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；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報表。 按照系統(tǒng)功能來劃分， Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6個功能模塊。 第二章 開發(fā)環(huán)境及開發(fā)工 具 在本設(shè)計中用到了 Protel99se 對單片機板子原理圖元件庫元件圖、單片機板子原理圖、單片機板子 PCB 圖元件庫元件圖、單片機板子 PCB 圖進行了畫圖；用到了KeilUvision3 編寫了電壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的代碼，進行了編譯并產(chǎn)生了一個 HEX文件；用到了 Microsoft Visual Studio 2021 軟件編寫了一個 PC機電壓數(shù)值顯示界面；同時還用到了 單片機驅(qū)動軟件將程序下載到主芯片STC89C52 中和串口調(diào)試助手 選好 COM 口后就會顯示電壓數(shù)據(jù) 的十六進制顯示。 測試階段：基于 C51單片機采集系統(tǒng)進行上位機與下位機的數(shù)據(jù)采集，測試本系統(tǒng)是否能達到預(yù)期的設(shè)想，是否能完成數(shù)據(jù)采集工作，針對發(fā)現(xiàn)的問題或新的要求及時完善本系統(tǒng)。包括功能設(shè)計和電路布線設(shè)計；設(shè)計本系統(tǒng)的各個功能 模塊：按鍵、 LED顯示、 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能，并設(shè)計各模塊間的接口，完成數(shù)據(jù)傳輸及采集工作。根據(jù)基于 C51單片機采集系統(tǒng)要完成的數(shù)據(jù)采集工作，明確本系統(tǒng)要做什么，撰寫需求說明書。從而實現(xiàn) PC機與單片機的同 步顯示。 用 LED顯示所測電壓值的數(shù)字量。 實現(xiàn)步驟 用 Protel99se作圖軟 件畫出電路的 PCB圖和 SCH圖。 采用的方法 實際 PCF8591是 8路 8位 AD，最大數(shù)位 255，它外部有一個基準電壓，調(diào)節(jié)所測電壓范圍，我們所測外部模擬電壓范圍為 05V， 0V對應(yīng)為 0,5V就對應(yīng) 255，外部所測電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換 AD變化為數(shù)字量 0255，數(shù)碼管也就顯示此值十進制轉(zhuǎn)化值（（ AD/255）*5）。 這樣用戶可以在上位機上編寫各種程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進行有效查詢和分析 ,有利于工業(yè)過程的長期正 常運行和檢查。 盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(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 (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 ,把它插在微機的擴展槽內(nèi) ,并輔以應(yīng)用軟件 ,就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能 ,但這并不會對基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響 ,因為單片機功能強大、抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點 ,使得基于單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣 泛的應(yīng)用 . 傳統(tǒng)的基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機的支持 ,不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲器 ,它的存儲容量都是有限的 ,所以不得不對存儲的歷史數(shù)據(jù)進行覆蓋刷新 ,這樣不利于用戶對數(shù)據(jù)進行整體分析 ,因而也不能對生產(chǎn)過程的狀況進行準確的把握。隨著微型計算機技術(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 , 以微型計算機等高技術(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 500K/S,同步時間為 +/250ns，可以利用方式組成高達 1000 通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。 [11] 受需求牽引，新一代機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應(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，又成功研制了動態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強、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)實驗、飛機 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，單片機具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而雙單片機又具有精度 較高、轉(zhuǎn)換速度快、 能夠?qū)Χ帱c同時進行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應(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)編程，就可擴展或修改系統(tǒng)，迅速組成一個新的系統(tǒng)。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。 20 世紀 80 年代后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計算機、單片機和大規(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。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于實驗室， 在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應(yīng)用。 [11] 20世紀 80 年代隨著計算機的普及應(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 50 年代， 1956 年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標是測試中不依靠相關(guān)的測試文件，由非成熟人員進行操作，并且測試任務(wù)是由測試設(shè)備高速自動控制完成的。 主機程序設(shè)計 ............................................. 21 PC 機顯示界面 程序設(shè)計 ................................... 25 調(diào)試結(jié)果 .......................................................................................................................32 第六章 總結(jié) .........................................................................................................27 致謝 .................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 PCB 圖設(shè)計 ....................................................