【正文】 報警系統(tǒng) 中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計 ， 系統(tǒng)以單片機(jī) 89C51 為核心 ，主要應(yīng)用 12 位精度的 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 和多路選擇器 4067 完成同步串行總線的A/D 轉(zhuǎn)換通道設(shè)計， 可以采集最多 16 路模擬量輸入信號，并設(shè)置了 8 個開關(guān)量輸出通道，對外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和超限報警處理。軟件系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)總體方案和硬件電路，設(shè)計出實現(xiàn)系統(tǒng)功能的控制程序。程序固化后，系統(tǒng)運行，投入正常的工作中，開發(fā)工作完成。 89C51。 A/D converter MAX187 iii 目 錄 摘 要 ........................................................................................................................ i ABSTRACT ............................................................................................................. ii 目 錄 ...................................................................................................................... iii 1 緒論 ........................................................................................................................ 1 研究背景及其目的意義 ............................................................................ 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ........................................................................................ 2 該課題研究的主要內(nèi)容 ............................................................................ 3 2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計 ....................................................................... 4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的組成 ............................................................................ 4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計 ............................................................................ 6 總體方案的設(shè)計 .............................................................................. 6 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計過程 .......................................................... 6 89C51 單片機(jī)的簡介 .............................................................................. 7 單片機(jī)的基本組成 .......................................................................... 7 89C51 單片機(jī)的引腳 ...................................................................... 8 模擬開關(guān)電路 4067................................................................................11 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187 ........................................................................... 13 MAX187 簡介 ............................................................................... 13 MAX187 特點及引腳 ................................................................... 14 3 串行通 信總線 ...................................................................................................... 16 SPI 串行外設(shè)接口總線 ............................................................................ 16 SPI 總線系統(tǒng)的組成 ................................................................................ 17 3. 3 89C51 和串行串行通信總線的實現(xiàn)方法 .............................................. 18 89C51 和 MAX187 的連接 ........................................................... 18 4 模擬量輸入系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 ...................................................................... 20 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計 ........................................................... 20 iv 89C51 單片機(jī)的硬件電路設(shè)計 ............................................................... 21 單片機(jī)的時鐘電路和時序 ............................................................ 21 單片機(jī)的存儲器 ............................................................................ 22 單片機(jī)的工作方式 ........................................................................ 23 輸入系統(tǒng)的硬件電路的總體設(shè)計 ........................................................... 24 模擬開關(guān)電路 4067 的工作原理 ............................................................ 26 MAX187 的硬件設(shè)計 .............................................................................. 27 MAX187 工作過程 ....................................................................... 27 5 模擬量輸入系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .............................................................................. 29 簡介 KeilUvision2 ................................................................................... 29 數(shù)據(jù)采集的程序 ...................................................................................... 35 MAX187 的 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 ................................................................. 38 結(jié) 論 ..................................................................................................................... 40 致 謝 ..................................................................................................................... 41 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................. 42 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 1 緒論 研究背景及其目的意義 近年來，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。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。 20 世紀(jì) 70 年代后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表、計算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(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)，一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計算機(jī)組成。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計算機(jī)構(gòu)成，這一類在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用較多。 20 世紀(jì) 90 年代至今，在國際上技術(shù)先進(jìn)的國家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。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。 盡管現(xiàn)在以 微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展，而且組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)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，就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，但這并不會對基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響。這就使得以單片機(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。它起始于 20 世紀(jì)中期，在過去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。 我國的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用 TDE124C型 TDE224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集對拾震計輸出的電信號模擬放大后送至 A/D 數(shù)字化， A/D 采用同時采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng) DSP 數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字地震信號。 由美國 PASCO 公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實驗的嶄新系統(tǒng)，它由 3 部分組成：（ 1）傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實時采集技術(shù)可實時采集物理實驗中各物理量的數(shù)據(jù)；（ 2）計算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計算機(jī)，采樣速率最 高為 25 萬次 /S；（ 3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。如愛爾蘭 ACRA 公司 2020 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了2020 年。 該課題研究的主要內(nèi)容 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等問題。數(shù)據(jù)采集是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，通常采用一些功能相對獨立的單片機(jī)系統(tǒng)來實現(xiàn)，作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)。 傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機(jī)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(jìn)行覆蓋刷新，這樣不利于用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析，因而 也不能對生產(chǎn)過程的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。 這里，主要包括 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的設(shè)計 ，應(yīng)用多路模擬開關(guān) 4067 和 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX187。 MAX187 是一個 12 位串行接口的 A/D 轉(zhuǎn)換器，采用三線 SPI 總線和微 處理器通信，接口簡單，精度高，功耗低。 在對應(yīng)用對象論證、分析的基礎(chǔ)上，確定總體方案，合理地安排系統(tǒng)軟件、硬件的技術(shù)要求。軟件系統(tǒng)設(shè)計是根據(jù)總體方案和硬件電路，設(shè)計出實現(xiàn)系統(tǒng)功能的控制程序。程序固化后，系統(tǒng)運行，投入正常的 工作中，開發(fā)工作完成。這些電路能在軟件的控制下準(zhǔn)確快速的完成程序設(shè)計者事先規(guī)定的任務(wù)。 單片機(jī)按內(nèi)部數(shù)據(jù)通道的寬度，可分為 4 位、 8 位、 16 位及