【正文】 的作用。 內(nèi)部時鐘方式是在引腳 XTAL1和 XTAL2上跨接一個石英晶體和電容構(gòu)成一個自激振蕩器。這個振蕩電路和單片機內(nèi)部的時鐘電路一起構(gòu)成了單片機的時鐘電路。得出電路中的設(shè)計時間為 ，遠大于兩個時鐘周期，故，電容、電阻值選擇 正確。 按鈕復位電路如圖 所示。如果在電容兩端并聯(lián)一個按鍵，就成了按鍵復位電路，只要按下這個按鍵，單片機就能復位而無需下電。最簡單的上電復位電路是用一個電容與一個電阻串聯(lián)組成，電容接 VCC，電阻接地， RESET 腳接在它們中間，當上電時，電容相當于短路，此時電阻上的電壓等于 VCC，經(jīng)過一段時間后電阻電壓逐漸變小直至為 0，只要 RC 時間選擇合適，就可以用來上電復位。 復位操作通常有兩種基本形式：上電復位和按鈕復位。將單片機的復位引腳 RST 保持兩個機器周期的高電平能使單片機復位，即復位時間必須大于等于 1/3us 時，單片機才能夠順利復位，否則單片機不能自動復位，由 此將影響單片機的正常工作（單片機內(nèi)部沒有復位功能）影響 復位后片內(nèi)各寄存器的狀態(tài)見表 。 14 圖 AT 89C51 引腳結(jié)構(gòu) 89C51 單片機在本次設(shè)計中充當“大腦”的角色，通過單片機控制 ADC0808轉(zhuǎn)換器選擇轉(zhuǎn)換具體某路模擬電壓值，并將轉(zhuǎn)換成的數(shù)字電壓值通過 P0 口在LCD 液晶顯示屏上面顯示，同時將轉(zhuǎn)換的數(shù)字電壓值，通過控制串口上傳到上位機上面。 主要特性：與 MCS51 兼容 ； 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ； 壽命 1000 寫 /擦循環(huán) ； 數(shù)據(jù)保留時間 10年 ； 全靜態(tài)工作 0Hz24Hz； 三級程序存儲器鎖定 ；128*8位內(nèi)部 RAM； 32可編程 I/O線 ； 兩個 16位定時器 /計數(shù)器 ； 5個中斷源 ； 可編程串行通道 ； 低功耗的閑置和掉電模式 ； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 。 圖 硬件總 電路圖 單片機 AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS8 位單片機，片內(nèi)含 4kbytes 的可反復擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 128bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元。通過 MAX232 電平轉(zhuǎn)換連接串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C上面顯示。將測到的模擬電壓通過 ADC0808轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓，轉(zhuǎn)換中通過 ADD A 、 ADD B 控制選擇 轉(zhuǎn)換那路電壓。由于電路中采用的是直流電流，故，本設(shè)計選用的是直流電壓表測量電壓。通過對 RS42 RS232 進行分析比較 ，最后選擇便宜、方便的 RS232 通信方式。通過對逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器、雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器、并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器和 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要指標分辨率、轉(zhuǎn)換速率、量化誤差、便宜誤差、滿刻度誤差、線性度等進行分析，最終選擇 ADC0808。同時，將數(shù)據(jù)通過串口 RS232 方式上傳給上位機。 小結(jié) 本章首先整體分析了 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采集系統(tǒng)首先將采集到的信號傳輸給 A/D 轉(zhuǎn)換器，通過 A/D 轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 電壓表 電壓表有交流和直流電壓表兩種可供選擇，由于電路中接的是 VCC，即在電路中為電源， 5v 直流電源。為了能夠更直觀的顯示，決定采用 LCD 液晶顯示中的 LM016L。 表 DB9和 DB25的常用信號腳說明 9針串口（ DB9） 25針串口（ DB25） 針號 功能說明 縮寫 針號 功能說明 縮寫 1 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 8 數(shù)據(jù)載波檢測 DCD 11 2 接收數(shù)據(jù) RXD 3 接收數(shù)據(jù) RXD 3 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 2 發(fā)送數(shù)據(jù) TXD 4 數(shù)據(jù)終端準備 DTR 20 數(shù)據(jù)終端準備 DTR 5 信號地 GND 7 信號地 GND 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準備好 DSR 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準備好 DSR 7 請求發(fā)送 RTS 4 請求發(fā)送 RTS 8 清除發(fā)送 CTS 5 清除發(fā)送 CTS 9 振鈴指示 DELL 22 振鈴指示 DELL 串口通信接口，由于生活中常用 9針接口， 9針接口比較簡單，由于二者沒有明顯的區(qū)別，所以本設(shè)計選擇 9針接口。 9針串口在實際生活中漸漸取代了 25針串口，由于 9針串口比較方便，使用簡單等特點， 9針串口和 25針串口的 引腳信號 對照 說明如表 。 串行通信接口選擇 PC機串口分為 9針串口 (DB9)和 25針串口 (DB25)兩種， 目前比較常見的是 9針串口。 （ 3）它的電路設(shè)計與連接比較簡單而且功能齊全。常用的芯片是 MAX232， MAX232 的優(yōu)點是： （ 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。 在此串行通信方式選擇中，由于本設(shè)計對采集的模擬速率低，且對周圍環(huán)境要求 不嚴格， 從設(shè)計的簡單實用，利于維護，并考慮成本方面的因素，對以上串行傳輸方式選擇，優(yōu)選 RS232 通信方式。只有在很短 的距離下才能獲得最高速率傳輸嘲。 RS422的最大傳輸距離為 1219米，最大傳輸速率為 10Mb/s。接收器輸入阻抗為 4k，故發(fā)端最大負載能力是 lO4k+100Q(終接電阻 )。 由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比 RS232更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可按 lO個節(jié)點。實際上還有一根信號地線，共 5根線。當“使能” 端起作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作’第三態(tài)’，即它是有別于邏輯 “ 1” 與 “ 0” 的第三態(tài)． RS422標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定 義了接口電路的特性。另有一個信號地 c，在 RS485中還有一 ’使能’端，而在 RS422中這是可用可不用的。這樣可有效防止雜訊的干擾，傳輸距離和速度也得到提高。 為此常改用 RS422傳輸方式。一般的計算機將 COMI以 9Pin的接頭接出。所以 RS232適合本地設(shè)備之間的通信。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2v至 3v左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約 15米，最高速率為20kb/s。當無數(shù) 據(jù)傳輸時，線上為 TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL電平到 RS232電平再返回 TTL電平。 RS232采取不平衡傳輸方 9 式，即所謂單端通訊。串行傳輸類型主要有以下幾種： （ 1)RS232串行通信接口 目前 RS232是 PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接 口 。同時，根據(jù)價格，資料，知識方面，選擇 51 單片機比較合適。 結(jié)合 設(shè)計的需求 ，我選擇了 51 單片機。體積小，功耗低，集成度高。片內(nèi)裝載程序?qū)崿F(xiàn) ISP 和 IAP，大大提高了編程效率。 ARM 系列 隨著電子設(shè)備智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度的不斷提高， ARM 單片機以其低功耗和高性價比逐漸占領(lǐng)了市場成為市場的主流產(chǎn)品。 缺點：通用寄存器少通用寄存器 R0～ R31 就顯得不夠用；而 51 系列的通用寄存器多達 128 個（為 AVR 的 4 倍），編程時就不會有這種感覺。邏輯運算速度快。 AVR 的 I/O 腳類似 PIC，它也有用來控制輸入或輸出的方向寄存器，在輸出狀態(tài)下，高電平輸出的電流在 10mA 左右，低電平吸入電流 20mA。它取消機器周期，以時鐘周期為指令周期，實行流水作業(yè)。 AVR 系列 優(yōu)點：高性能、高速度、低功耗。 PIC 單片機的瓶頸現(xiàn)象嚴重。只有 5 個專用寄存器 PCL、STATUS、 FSR、 PCLATH、 INTCON 在 4 個存儲體內(nèi)同時出現(xiàn)。 具有低工作電壓、低功耗、驅(qū)動能力強等特點。具有在線調(diào)試及編程（ ISP）功能。當置位 1 時為輸入狀態(tài)， 且不管該腳呈高電平或低電平，對外均呈高阻狀態(tài)；置位 0 時為輸出狀態(tài)，不管該腳為何種電平，均呈低阻狀態(tài)，有一定的驅(qū)動能力，低電平吸入電流達 25mA，高電平輸出電流可達 20mA。因此提高了運行速度。 PIC 系列 優(yōu)點： CPU 采用 RISC 結(jié)構(gòu)，而 51 系列有 111 條指令， AVR 單片機有118 條指令，都比前者復雜。 運行速度慢， 7 當晶振頻率為 12MHz 時，機器周期達 1us，適應(yīng)不了現(xiàn)代高速運行的需要。因為其在高電平時該腳也同時作輸入腳使用，而輸入腳必須具有高的輸入阻抗，因而上拉的電流必須很小才行。 當該腳作輸出腳使用時，則為高電平或低電平均可。而八位乘八位的 乘法指令，其積為十六位，精度還是能滿足要求的，用的較多。 缺點： 51 系列的在進行乘法和除法運算時精度不高。 51 系列 優(yōu)點： 51 單片機屬于基本型它從內(nèi)部的硬件到軟件有一套完整的按位操作系統(tǒng)，稱作位處理器。 單片機的選擇 單片機自 70 年代問世以來得到了蓬勃發(fā)展，目前單片機功能正日漸完善先后經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段。2LSB，轉(zhuǎn)換時間取決于時鐘頻率，單一電源，具有可控三態(tài)輸出緩存器，使用時不需要進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。 AD 的其他指標還有絕對精度（ Absolute Accuracy）、相對精度（ Relative Accuracy）、微分非線性、單調(diào)性和無錯碼、總諧波失真（ THD， Total Harmonic Distotortion）和積分非線性等。 （ 6）線性度（ Lineafity）。 （ 5）滿刻度誤差（ Full Scale Error）。 （ 4）偏移誤差（ Offset Error）。由于 AD 的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率 AD 的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率 AD（理想 AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。常用單位是 Ksps 和 Msps，表示每秒采樣千 /百萬次（ Kilo/Million Samples Per Second）。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率（ Sample Rate）必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。積分型 AD 的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速 AD，逐次比較型 AD 是微秒 級屬中速 AD，全并行 /串并行型 AD 可達到納秒級。 （ 2）轉(zhuǎn)換速率（ Conversion Rate）。指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與 2n 的比值。 (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。 完成畢業(yè)設(shè)計所需要的系統(tǒng)框圖如圖 所示 。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是 LCD 液晶顯示器 ，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 MCS51 系列 的單片機。 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)被微處理器控制的采集系統(tǒng)所代替。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個領(lǐng)域。該項工作是研究了PC杌與多單片機通信的分布式結(jié)構(gòu)的通信方式及總線特點，設(shè)計了基于 RS232總線的多機多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并給出了該系統(tǒng)硬件、軟件實現(xiàn)的方法及該系統(tǒng)的性能測試及分析。該工作是在分析了不同類型的 單片機的特點及單片機與 PC機通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了單片機控制的采集系 統(tǒng)，并通過串口通信實現(xiàn)單片機與 P(規(guī)之間的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送并將數(shù)據(jù)在 PC機 上顯示及存儲。 本論文主要對基于單片機的多通道信號采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能進行分析，并分別設(shè)計與實現(xiàn)基于單個單片機的多通道信號采集系統(tǒng)及基于多個單片機的多通道信號采集系統(tǒng)，完成并進行性能分析。在硬件結(jié)構(gòu)上，它主要由單片機 (MCU)、 A/D轉(zhuǎn)換器、與 PC機聯(lián)接的通信電路、 PC機等。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)。 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) （