【正文】 與運行；應(yīng)使模塊之間相互獨立，盡可能限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調(diào)試；應(yīng)盡量利用已有并且熟悉的模塊。 器件表器件名稱型號／規(guī)格數(shù)量萬能板150*150mm1單片機STC89C52RC1晶振1陶瓷電容20P4電解電容10u2電容1048電容10u1按鍵5*5m4撥動開關(guān)4發(fā)光二極管2電阻10K4電阻1K2MAX23216PIN1USB接頭4PIN174HC541174HC5741TLP521414 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)單片機軟件設(shè)計流程一般分為下列步驟：（1）分析系統(tǒng)對軟件的要求；（2）在此基礎(chǔ)上進行軟件總體設(shè)計，包括程序整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和對程序進行模塊化設(shè)計，模塊化設(shè)計即將程序劃分為若干個相對獨立的模塊；（3）畫出每一個專用模塊的詳細流程圖，并選擇合適的語言編寫程序；（4）按照軟件總體設(shè)計時給出的結(jié)構(gòu)框圖，將各模塊連接成一個完整的程序；在主程序的設(shè)計中要合理地調(diào)用各模塊程序，特別注意各模塊的入口、出口及對硬件的資源占用情況。PC機發(fā)送數(shù)據(jù)時從PC機串口座的第3腳TXD端發(fā)送出數(shù)據(jù)。同時R1OUT連接單片機的RXD引腳，PC機的RS232發(fā)送端TXD對應(yīng)接R1IN 引腳。要注意其發(fā)送、接收的引腳要對應(yīng)。實際應(yīng)用中,T1IN、T2IN可直接連接TTL∕CMOS電平的51單片機串行發(fā)送端TXD；R1OUT、R2OUT可直接連接TTL∕CMOS電平的51單片機串行接收端RXD；T1OUT、T2OUT可直接連接PC機的RS232串行的接收端RXD；R1IN、R2IN可直接連接PC機的RS232串口的發(fā)送端TXD。按芯片手冊介紹，電容CCC∕16V的電解電容，在具體設(shè)計電路時，這4個電容要盡量靠近MX232芯片，以提高抗干擾能力。 MAX232引腳圖 MAX232原理圖，芯片上半部分電容CCCC4及V+，V—是電源變換電路部分。對于沒有+12V電源的場合，其適應(yīng)性更強，加之其價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛利用。它是由MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接受器和驅(qū)動器的IC芯片，它的內(nèi)部有一的電源電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換為RS232輸出電平所需的+10V電壓。而且重要的是，RS232C電平為負邏輯電平，因此當(dāng)計算機與單片機之間要通信時需加電平轉(zhuǎn)換芯片。單片機輸出和輸入為TTL電平，其中高電平為+15V，低電平為0V。常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率有300、600、1200、2400、4800、9600和19200 bps等。通信線至少三條（其中一條為信號地線），或四條（無信號地線）。通信雙方可以同時發(fā)送和接收信息，雙方的發(fā)送與接收裝置同時工作。半雙工通信線路簡單，有兩條通信線就行了，這種方式得到廣泛應(yīng)用。 　 （2）半雙工通信。從通信雙方信息的交互方式看，串行通信方式可以有以下三種：　 （1）單工通信。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進行遠距離通信。 74HC574電路圖 串口模塊通信方式介紹　　數(shù)據(jù)通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式。芯片導(dǎo)通，信號從芯片的輸入端傳到輸出端；輸出端一直保持該信號，直到下一次的鎖存信號。從功能表中可以看出，當(dāng)ENA為低，ALE為上升沿時芯片導(dǎo)通，當(dāng)ENA為高時，芯片則呈現(xiàn)高阻態(tài)。其引腳圖、。通常只有0和1兩個值。用這種形式構(gòu)成的一次能傳送或存儲多位數(shù)據(jù)的電路稱為鎖存器。鎖存器是把若干個鐘控D觸發(fā)器的控制端CP連接起來，用一個公共的控制信號來控制，而各個數(shù)據(jù)端仍然是各自獨立地接收數(shù)據(jù)的元器件。芯片導(dǎo)通，信號從芯片的輸入端傳到輸出端；當(dāng)發(fā)出高電平時，芯片呈現(xiàn)高阻態(tài)，信號暫寄存在芯片74HC541的輸入端。從功能表中可以看出，當(dāng)OE1 和OE2 都為低時，芯片導(dǎo)通，當(dāng)有一端為高時，芯片則呈現(xiàn)高阻態(tài)。其引腳圖、。有了緩沖器，就可以使高速工作的CPU與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。、。單片機復(fù)位方式由上電自動復(fù)位和手工復(fù)位兩種，本設(shè)計采用的是手工按鈕復(fù)位。只要該引腳保持高電平，單片機便循環(huán)復(fù)位，當(dāng)該引腳變低后，單片機由ROM的0000H開始執(zhí)行程序。單片機在啟動運行時，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，只要給RESET引腳加上2個及其周期以上的高電平信號，就可使MCS51單片機復(fù)位。 復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，高電平有效。C1和C2值選擇為30PF。這兩個引腳外接石英晶體振蕩器作為定時元件，內(nèi)部反向放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。單片機片內(nèi)由一個反向放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘。常用的時鐘電路有內(nèi)部時鐘和外部時鐘方式。時鐘是時序的基礎(chǔ)，為保證同步工作方式的實現(xiàn)，單片機應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進行工作。（7）USB的端口具有很靈活的擴張性。（5）。（4）USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性。（3）USB支持熱插拔和PNP，也就是說在不關(guān)閉PC的情況下可以安全的插上的斷開USB設(shè)備，計算機系統(tǒng)動態(tài)地檢測外設(shè)的插拔，并且動態(tài)地加載驅(qū)動程序。這樣一來就簡化了USB外設(shè)的設(shè)計，同時也簡化了用戶在判斷哪個插頭對應(yīng)哪個插槽的任務(wù)，實現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。電源電路 電源電路本設(shè)計的電源通過計算機的USB口供給，使用套件提供的USB,A轉(zhuǎn)B口電纜連接計算機USB口與設(shè)計板即可。 51單片機引腳圖 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由電源電路、晶振電路及復(fù)位電路構(gòu)成，它是單片機構(gòu)成的控制系統(tǒng)的核心部分，也單片機平臺開發(fā)的基礎(chǔ)。有余輸入至內(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。振蕩器特性：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SFR8EH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。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0R7）的狀態(tài)。初始化后，程序計數(shù)器PC指向0000H，P0P3輸出口全部為高電平，堆棧指鐘寫入07H，其它專用寄存器被清“0”。RST：復(fù)位輸入。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)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 51單片機內(nèi)部功能塊P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。而現(xiàn)在最強大的單片機系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。盡管它的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個完整計算機所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會具有外存。整體設(shè)計的方案原理圖見附錄1。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計根據(jù)課題要求，設(shè)計采用STC公司的STC89C52RC單片機為處理器，運用TLP521進行光電隔離，采用八位三態(tài)同相輸出總線緩沖器74HC541為輸入緩沖部分，而輸出緩沖部分則采用的是鎖存器74HC574，由撥動開關(guān)作為開關(guān)控制。這就意味著所選擇使用的器件功能比較強大、穩(wěn)定，尤其是本次設(shè)計的核心元件STC89C52RC單片機，軟件配合度高，并具有種類齊全的支持芯片。本文所設(shè)計的離散量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件體積小、精度高、性能穩(wěn)定、操作方便、運行操作簡單、設(shè)計成本較低。即可以讓下位機接收到上位機發(fā)來的命令指令和控制指令，也可以上下位機采集到的數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)缴衔粰C，讓上位機可以對這些數(shù)據(jù)進行實時的處理。就是它忽視了上位機更重要的用途，即對下位機的控制功能。 方案二設(shè)計電路結(jié)構(gòu)框圖，是由下位機與上位機的一種單向傳輸。不能很好達到課題設(shè)計要求。那么這樣下位機可以接收到由上位機發(fā)來的指令，開始遵照上位機的指令開始工作，如開始以某種方式接收離散量數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)。 方案選擇根據(jù)課題的要求，本系統(tǒng)是通過上位機給下位機發(fā)指令，讓下位機開始以某種方式采集離散量。選擇元器件時要考慮到周圍環(huán)境的影響，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，工作可靠；（3）有足夠的抗干擾能力。 離散數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本次設(shè)計方案應(yīng)符合以下原則：（1）經(jīng)濟合理。上位機發(fā)出指令，控制下位機采集數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)自動化的采集數(shù)據(jù)方式。具體程序見附錄；第5章是系統(tǒng)調(diào)試部分，分部分介紹了系統(tǒng)調(diào)試的過程以及調(diào)試過程中遇到的問題，解決的方法等；第6章是結(jié)論，總結(jié)了本課題中所研究的問題和不足之處。本課題主要是完成離散數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計，其中下位機接受來自上位機發(fā)出的指令，來按照上位機的要求來進行數(shù)據(jù)的采集，具體內(nèi)容安排如下：第1章為緒論，著重介紹了基于單片機數(shù)據(jù)采集器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。軟件部分由C語言單片機編程和VB編程，單片機的軟件編程完成16路輸入和16路輸出。下位機由52單片機，單片機最小系統(tǒng)（晶振電路、復(fù)位電路、電源電路），緩沖器，鎖存器，MAX232，串口電路組成，開關(guān)，光電耦合。離散量采集系統(tǒng)的組成：離散采集系統(tǒng)由硬件，軟件兩大部分組成。由于目前局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，一個工廠管理層局域網(wǎng)，車間層的局域網(wǎng)和底層的設(shè)備網(wǎng)已經(jīng)可以有效地連接在一起，可以有效地把多臺數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)在一起，以實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在線實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用RS48雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。 但是，并行總線系統(tǒng)在軍事等領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。該階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展，典型系統(tǒng)有VXI 總線系統(tǒng)，PCI、PXI總線系統(tǒng)等,數(shù)據(jù)位已達到32位總線寬度,采樣頻率可以達到100MSps[1]。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。20世紀(jì)80年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化，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，使系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強。 這兩種系統(tǒng)中，如果采集測試任務(wù)改變，只需將新的儀用電纜接入系統(tǒng)，或?qū)⑿驴ㄔ偬砑拥綄Ｓ玫臋C箱即可完成硬件平臺重建。把相應(yīng)的接口卡裝在專用的機箱內(nèi)，然后由一臺計算機控制。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計算機構(gòu)成，例如：STD總線系統(tǒng)就是這一類的典型代表。例如，國際標(biāo)準(zhǔn)ICE625(GPIB)接口總線系統(tǒng)就是一個典型的代表。20世紀(jì)80年代隨著計算機的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(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)。 從70年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。20 世紀(jì)70年代中后期，隨著微型機的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計算機溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務(wù)，因而得到了初步的認(rèn)可。他們被用于自動化的測試中，為其它測試裝備采集數(shù)據(jù)、控制和循環(huán)檢測信號。數(shù)據(jù)采集技術(shù)隨著電子測量技術(shù)與計算機技術(shù)的發(fā)展，面對各種檢測對象和大量的測試點，需要利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再經(jīng)過單片機或微型計算機進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)實時監(jiān)控。由于現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，弱電己滲透到強電領(lǐng)域，如電力電子器件、無線遙控等，但這些只能算作強電中的弱電控制部分，它與被控的強電還是不同的。當(dāng)然，強電中也有高頻（數(shù)百KHz）與中頻設(shè)備，但電壓較高，電流也較大。無線電則以電磁波傳輸。具體而言，它們大致有如下區(qū)別：（1）交流頻率不同強電的頻率一般是50Hz（赫），稱“工頻”，意即工業(yè)用電的頻率，弱電的頻率往往是高頻或特高頻，以KHz（千赫）、MHz（兆赫）計。弱電控制強電技術(shù)強電和弱電從概念上講，一般是容易區(qū)別的，主要區(qū)別是用途的不同。上位機實現(xiàn)輸出的顯示和對下位機的控制等功能，而下位機主要是執(zhí)行上位機的指令，通過上位機發(fā)來的