【正文】 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 續(xù)工作的場(chǎng)合，如火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、安全防盜報(bào)警系統(tǒng)等應(yīng)用中，決不允許應(yīng)用系統(tǒng)“死機(jī)”或程序跑飛。為此，在單片機(jī)或嵌入式系統(tǒng)中引入自動(dòng)監(jiān)視技術(shù)，即俗稱的看門狗技術(shù)（ WatchDog） 。一旦處理器“死機(jī)”或程序跑飛，處理器就不能向看門狗定時(shí)器發(fā)出清除脈沖。這些操作是系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)和進(jìn)行的，不需要人為干預(yù)，可保證應(yīng)用系統(tǒng)可靠地工作。 89C52 的 連接到 X5045 的 SI 端， 連接到 X5045 的SCK， 連接到 X5045 的 SO端和 CS/WDI 端， X5045 的 RESET 輸出信號(hào)連接到 89C52 的復(fù)位輸入端 RST 上，電路圖如圖 32 所示 [9]。 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的 種類很多，就位數(shù)來(lái)說(shuō)，可以分為 8 位、 10 位、 12 位和 16位等。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號(hào)很多，而其轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換誤差也各不相同。 (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(shí)間從幾微秒到幾 百微秒。 (3)并行式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉(zhuǎn)換速度很高，但她采用較多的比較器，而 n 位的轉(zhuǎn)換就需要 2n1 個(gè)比較器，因此電路規(guī)模也極大，價(jià)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 [10]。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 下面就具體的介紹一下 ADC0809 的工作原理。由單一的 5V電源供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的 8 選 1 的模擬開關(guān)。轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μ s。 它的引腳的排列見圖 34 VCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13u4ADC0809 圖 34 ADC0809 的引腳圖 IN7~IN0 ：八個(gè)通道的模擬輸入量。當(dāng) CBA=000 時(shí)， IN0 輸入，當(dāng)CBA=111 時(shí)， IN7 輸入。 START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電 平有效。三態(tài)輸出， D7 是最高位， D0 是最低位。 CLK：時(shí)鐘信號(hào)，最高頻率為 640KHZ。上升沿后高電平有效。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 Vref：參考電壓 [11]。 A/D 轉(zhuǎn)換開始使 EOC 端輸出低電平； A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束， EOC 輸出高電平。 OE 為讀出數(shù)據(jù)允許信號(hào)， OE 端為高電平時(shí)，可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。 A/D 轉(zhuǎn)化模塊對(duì)模擬量進(jìn)行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，要用到一個(gè) ADC0809，又因?yàn)樗鼈冎g的時(shí)鐘頻率不一樣，所以需要用 74LS74 對(duì)其進(jìn)行一個(gè)二分頻的工作，這里只需要將 74LS74 的第 3 根引腳 CLK1 與單片機(jī) AT89C52 的第 30 根 ALE 引腳相連，將 74LS74 的第 9 根 引腳 Q2 與 ADC0809 的時(shí)鐘信號(hào) CLK 引腳相連。地址譯碼引腳 C、 B、 A 分別與地址總線低三位 、 、 相連，用來(lái)選通 IN0~IN7 中的一個(gè)通道。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用低電平的讀信號(hào) RD，產(chǎn)生的正脈沖作為 OE 信號(hào)，用以打開三態(tài)輸出鎖存器 。而低電平的寫信號(hào) WR 則表示轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。 該部分的連接圖如圖 36 所示 12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40JP2AT89C52GNDCLKSTEOCRDLE11Q21D32D42Q53Q63D74D84Q9OE115Q125D136D146Q157Q167D178D188Q19U674LS573VCCSTRDCLR11D12CLK13PR14Q15Q16GND7Q28Q29PR210CLK211D212CLR213VCC14U274LS74GNDVCCALECLKALEVCC11IN31IN42IN53IN64IN75D38OE9CLK10START6EOC7REF+12REF16IN026IN127IN228D114D215D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25GND13U4ADC0809VCCEOCVCC 圖 36 ADC0809 與單片機(jī)的連接圖 鍵盤模塊 鍵盤是一種常見的輸入設(shè)備，用戶可以向計(jì)算機(jī)輸入數(shù)據(jù)或命令。通過硬件識(shí)別的鍵盤稱編碼鍵盤；通過軟件識(shí)別的鍵盤稱為非編碼鍵盤。 獨(dú)立按鍵接口 在單片機(jī)中，如果所需的按鍵較少，可采用獨(dú)立式鍵盤。如圖 37 所示。無(wú)按鍵按下時(shí)， ~ 線上均輸入高電平。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 S?SWPBS?SWPBS?SWPBS?SWPBGND 圖 37 獨(dú)立按鍵接口圖 在單片機(jī)中需要的按鍵較多時(shí)，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要 9 個(gè) I/O 口。單片機(jī)系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識(shí)別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個(gè)部分組成。 LED 數(shù)碼管顯示模塊 在小型控制裝置和數(shù)字化儀器儀表中，往往只要幾個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示或字狀態(tài)便可滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求，而顯示數(shù)碼管 LED 因其成本低廉、配置靈活、與計(jì)算江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 機(jī)接口方便等特點(diǎn)，在小型微機(jī)控制系統(tǒng)中得到極為廣泛的應(yīng)用 [12]。 LED 的伏安特性類似于普通二極管，正向壓降為 2V左右，工作電流一般在 10mA~20mA 之間較為合適一個(gè) 8 段 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)如圖 391 所示。 8 段 LED 有共陰極和共陽(yáng)極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖 39圖 393 所示。當(dāng)共陰極 LED 的 COM 端接高電平，則某個(gè)發(fā)光管的陰極 加上低電平時(shí)，則該管有電流流過因而點(diǎn)亮發(fā)光。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 表 32 LED 段選碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 字型 共陰極字形代碼 0 3FH 6 7DH C 39H 1 06H 7 07H d 5EH 2 5BH 8 7FH E 79H 3 4FH 9 6FH F 71H 4 66H A 77H 滅 00H 5 6DH b 7CH 顯示驅(qū)動(dòng)芯片 74LS573 74LS573 的八個(gè)鎖存器都是透明的 D 型鎖存器，當(dāng)使能端為 1 時(shí)， Q 輸出端和數(shù)據(jù)端的輸入相同。輸出控制影響不到鎖存器的內(nèi)部工作，就是以前的數(shù)據(jù)可以保持不變，甚至當(dāng)輸出被關(guān)閉時(shí)，新的數(shù)據(jù)也可以存入鎖存器。特別適用于緩沖寄存器， I/O 通道，雙向總線驅(qū)動(dòng)器和工作寄存器 [14]。當(dāng)鎖存器使能變低時(shí)，符合建立時(shí)間和保存時(shí)間的數(shù)據(jù)會(huì)被保存。 RS232 雖然 是 現(xiàn)在 最常用的串行通訊接口。 傳輸速率 比 較低，在異步傳輸時(shí)，波特率 僅 為 20Kbps。 傳輸距離 短 ，最大傳輸距離 的 標(biāo)準(zhǔn)值 是 50 英尺，實(shí)際 傳輸距離僅 在 50米 以內(nèi) [16]。 RS485接口在總 線允許的情況下最多可連接 128 個(gè)收發(fā)器，即一個(gè)處理 器可處理 l28 個(gè)采集點(diǎn)的信號(hào)采集， 達(dá)到 實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)高速遠(yuǎn)距離傳送的目的，這是其他串口通信方式 (如 I2C 總線和 RS232 等 )所 做不到的 [19]。 MAX485接口芯片是 Maxim 公司的一種 RS－ 485接 口芯片。MAX485具有不受限制的驅(qū)動(dòng)器擺率，可以實(shí)現(xiàn)最高 的傳輸速率的數(shù)據(jù)傳輸。它可以實(shí)現(xiàn)將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為 RS－ 485電平的功能。 DI 和 RO 端分別為驅(qū)動(dòng)器的輸入端和接收器的輸出端，它們與單片機(jī)的連接僅需分別與單片機(jī)的TXD 和 RXD 相連； RE 和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng) RE 為邏輯 0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) DE 為邏輯 1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)?MAX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可； A 端和 B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端 ,當(dāng) A 引腳的電平高于 B 時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A 的電平低于 B 端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。只需要一個(gè)信號(hào)控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。 通信模塊電路連接圖如圖 313所示 C1+1VDD2C13C2+4C25VEE6T2OUT7R2IN8R2OUT9T2IN10T1IN11R1OUT12R1IN13T1OUT14GND15VCC16U7 MAX232MJER01RE2DE3DI4GND5A6B7VCC8U8 MAX485VCC GND100ΩR4R01RE2DE3DI4GND5A6B7VCC8U9 MAX485100ΩR5VCC GNDRXD TXDGNDC6VCCGNDVCC1 2 3 4 56 7 8 911 10J1 D Connector 9GND 圖 313 通信模塊電路連接圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 4 軟件部分 簡(jiǎn)介 KeilUvision2 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ UVISION）將這些組合在一起。首先從菜單中的工程中“新建工程”，建立我們將要做的工程項(xiàng)目： 接下來(lái) Keil 環(huán)境要求我們?yōu)?12 工程選擇一個(gè)單片機(jī)型號(hào)；我們選擇 Ateml公司的 89C52。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 立了工程項(xiàng)目以后現(xiàn)在就要為工程添加程序，點(diǎn)擊“文件”中的新建，新建一個(gè)空白文檔；這個(gè)空白文檔就是我們編寫單片機(jī)程序的場(chǎng)所。根據(jù)題意，在文檔中寫入代碼，寫完后再檢查一下，然后保存，然后再將保存好的文檔添加到工程中，具體做法如下： 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 23 程序文件添加完畢后，對(duì)其進(jìn)行編譯當(dāng)前程序、編譯修改過的文件并生成應(yīng)用程序、重新編譯所有文件并生成應(yīng)用程序后，再點(diǎn)擊 TARGET，則其頁(yè)面為： 再點(diǎn)擊圖案上的 Output 鍵 接下來(lái)就是點(diǎn)擊上圖中的 select folder for objects 鍵，得到下圖將其產(chǎn)生江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采