【正文】 應(yīng)用》 (第三版) 東南大學(xué)出版社 ，2000年3月[2] 姜葦、李剛、李寧：《WINDOWS下智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》，天津大學(xué)精密儀器及電子 工程學(xué)院，2003年5月[3] 周立功等：《增強(qiáng)型80C51單片機(jī)應(yīng)用速成與實(shí)踐》，廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司，2003年1月。在設(shè)計的過程中,我曾遇到過不少困難，如前所述，后來在老師和同學(xué)的幫助下，都得到了解決。其次是要有較強(qiáng)的動手能力,實(shí)際的東西往往與理論的東西不同,尤其是很多書本上的東西,往往在實(shí)際應(yīng)用中行不通。通過本次設(shè)計,在把書面知識應(yīng)用到實(shí)際過程中時,首先要有較高的自學(xué)能力,自學(xué)獲取知識及相關(guān)信息的能力,而我認(rèn)為在大學(xué)中所真正應(yīng)該掌握的就是這種能力。一開始以為只是簡單的程序設(shè)計方面的內(nèi)容,后來在設(shè)計的過程中,才發(fā)現(xiàn)涉及的范圍相當(dāng)廣,比如說微機(jī)控制及單片機(jī)方面均有不同程度的涉及。由于它功能/價格比高，組成應(yīng)用系統(tǒng)靈活、方便，是當(dāng)前國內(nèi)普遍選用的機(jī)種。我們本次設(shè)計的課題MCS—51系單片機(jī)組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計。同時我也體會到團(tuán)體合作的重要性。第五章 結(jié)語經(jīng)過這一次的課題設(shè)計，我比以往更清晰明了地掌握了單片機(jī)的基礎(chǔ)知識，也鍛煉了自己的邏輯思維能力和鉆研精神。根據(jù)波特率=2/32*震蕩頻率/[12*（256（TH1））]，用MOV TH1，0F3H將TH1定為F3。串口通訊發(fā)送數(shù)據(jù)端 單片機(jī)與PC機(jī)通訊的發(fā)送端程序在單片機(jī)中完成，主要用到單片機(jī)串行通訊口和控制寄存器SCON，關(guān)鍵是波特率的設(shè)定：我們的發(fā)送端選用方式1，它傳送的是8位數(shù)據(jù)，波特率可變。其流程、原代碼見附錄。要著重考慮的是外部存儲器容量有限（我們采用的是8K*8的RAM6264）因此不能無限制的存儲，因此解決這樣的問題，一是定時：即確定采集時間；二是定量：即存儲到一定量的數(shù)據(jù)后，自動停止采集。主程序先初始化，其程序分為三大塊，分別為模數(shù)轉(zhuǎn)換存儲子程序，單片機(jī)檢測數(shù)據(jù)子程序，串口通訊發(fā)送端子程序。在這里選用電平轉(zhuǎn)換工具M(jìn)AX232來完成。 圖10 通信線的連接在本實(shí)驗(yàn)中，選用方式1，故PCON設(shè)置為80H、SCON設(shè)置為50H，定時器1工作在方式2，波特率為9600位/秒，故TMOD設(shè)置為20HTH1=TL1=0F3H。我們選取方式1，其計算公式如下：MODE 1= （2/32）*振蕩頻率/{12*[256（TH1）]} 波特率為2400bps。波特率是否提高一倍由PCON的SMOD值確定，SMOD=1時波特率加倍。接收時，需預(yù)先置位REN()即允許接收，接收方按設(shè)定的波特率將對方發(fā)來的數(shù)據(jù)有低位到高位順序進(jìn)入移位寄存器，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)到齊接收緩沖器滿，置位接收中斷標(biāo)志RI()，該位可作為查詢標(biāo)志，如設(shè)置為允許中斷，將引起接收中斷，通過讀SBUF，CPU即可將這幀數(shù)據(jù)讀入[6]。RI：接收中斷請求位。TB8：在方式2和方式3，它為要發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)。SM2:允許方式2或方式3多機(jī)通訊控制位。 由圖可見它主要由兩個數(shù)據(jù)緩沖器SBUF和一個輸入移位寄存器組成,其內(nèi)部還有一個串行控制寄存器SCON和一個波特率發(fā)生器(T1或內(nèi)部時鐘及分頻器).接收與發(fā)送緩沖器占用同一個地址99H,其名稱亦同樣為SBUF，CPU寫SBUF操作,即修改發(fā)送寄存器,同時啟動數(shù)據(jù)串行發(fā)送。用單片機(jī)也可實(shí)現(xiàn)串行通信，AT89C51的串行口是全雙工的UART，它可同時發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，是使用特殊寄存器的SBUF寄存器及SCON串行控制寄存器[7]。在與外部距離較遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸時多采用串行通訊，其特點(diǎn)是只須一對傳輸線，大大節(jié)省傳輸線及有關(guān)設(shè)備，成本低，但傳輸速度慢，效率低[8]。在擴(kuò)展存儲器時除了將單片機(jī)的地址和存儲器的相映地址端相接外，就是片選端的接法，存儲器必須實(shí)現(xiàn)的是兩種功能，一方面對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作；另一方面要求單片機(jī)能讀取其中的數(shù)據(jù)，所以存儲器的輸出端D0~D7和單片機(jī)的P0口連接，這樣存儲器的擴(kuò)展就完成了，其電路圖如圖7所示：圖8 單片機(jī)電路圖微型計算機(jī)系統(tǒng)中，主機(jī)與外部的基本通訊方式有兩種：并行通訊——數(shù)據(jù)的所有位同時傳輸；串行傳輸——數(shù)據(jù)的各位一位一位的傳輸。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM兩種。（4） 外部擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲器（ROM）：最大可擴(kuò)充至64KB（不含內(nèi)部RAM）。（2） 內(nèi)部程序存儲器（ROM）：8051為4KB，8052為8KB。常用的數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài)RAM和動態(tài)RAM兩種在本次設(shè)計中選用的是最常用的8051，共有四個I/O端口，為P0，P1，P2，P3，都是雙向的，且每個口都具有鎖存器，每個口都有8條線。 圖6 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計圖 3 .3單片機(jī)部分 MCS51系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)須送入單片機(jī)加以處理和存儲，MCS51系列的單片機(jī)常用的有8031，8051，8052，8032，8751，AT89C51，AT89C52。分辨率為8位；總的不可調(diào)誤差為+_1/2LSB或+_1LSB；轉(zhuǎn)換時間為100us無零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整；單一+5V供電，帶鎖存控制邏輯；具有鎖存的三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容；功耗為15mW。在實(shí)際中我們用的是A/D轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的，常用的有ADC0804，ADC0809，MAX1177/1188等。ADC0809由單一+5V電源供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路模擬電子開關(guān)，可對0~5V8路輸入模擬量分時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，完成一次轉(zhuǎn)換約100us,輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接與MCS51數(shù)據(jù)總線相接，通過適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，還可對0~5v的雙極性模擬信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809是最常用的8位A/D轉(zhuǎn)換器。在實(shí)際中用的是A/D轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)的，常用的有ADC0804，ADC0809，MAX1177/1188等[4]。從分析中看到，這種可控放大在很大程度上都依靠單片機(jī)，通過軟件來實(shí)現(xiàn)，所以軟件是其核心部分，具體的設(shè)計方案在軟件設(shè)計中詳細(xì)闡述。圖 4 程控放大電路圖在圖3中將每個運(yùn)放的輸出端接入芯片CD4016BC的I/O端，同時接入單片機(jī)的P1口，用以檢測信號的強(qiáng)弱，來決定放大倍數(shù)，將檢測結(jié)果送給CD4016BC的control端口。因此確定了第二種方案，該芯片里集成有四路開關(guān)電路，各有一個控制端，控制端高電平有效，即得到如圖3所示的原理圖。實(shí)際的數(shù)據(jù)采集中，實(shí)時信號的幅值是難以預(yù)見的，所以必須通過程序?qū)λM(jìn)行檢測來控制開關(guān)的閉合，從而改變信號預(yù)處理部分的放大倍數(shù)，盡可能地增加A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。幅值過低的信號，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)值，有效數(shù)值位數(shù)較少，造成轉(zhuǎn)換精度過低，降低了系統(tǒng)的性能。而放大電路就是運(yùn)用通用放大器進(jìn)行兩級放大，放大倍數(shù)是一定的[3]。信號調(diào)節(jié)的主要方式是濾波和放大。系統(tǒng)流程如圖1所示，整個系統(tǒng)分為信源，濾波，程控放大，A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)的接收與存儲，串行通訊等模塊。信源放大濾波數(shù)模轉(zhuǎn)換器單片機(jī)串口通信PC機(jī)RAM 圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖第二章 系統(tǒng)構(gòu)成 在一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信源發(fā)出的信號經(jīng)放大濾波、A/D轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)將其存入存儲器，再經(jīng)D/A將其轉(zhuǎn)換后顯示所采集的數(shù)據(jù)，或者與PC機(jī)相通訊在WINDOWS下對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[2]。如果用一個固定增益的放大器對各路信號放大，則既不能兼顧各種動態(tài)范圍的信號放大，也不能滿足不同模擬信號的要求。圖1所示是一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖，本次設(shè)計使用串口通信模式，單片機(jī)串口通過RS232與PC機(jī)連接[3]。因此，現(xiàn)場條件直接影響到系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇；二、由于目前的傳感器多數(shù)為模擬量輸出型，也有少數(shù)的頻率量或數(shù)字量輸出型，所以對于多數(shù)系統(tǒng)對輸入模擬量需要經(jīng)過放大，變換，隔離，整形等處理，才能與微機(jī)系統(tǒng)相連；三、