【正文】 ...................................... 24 參考文獻(xiàn) ................................................................. 25 附件一 程序 .............................................................. 27 附件二 產(chǎn)品原理及實(shí)物圖 ................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年代， 1956 年美國首先研究了用在軍事上的測(cè)試系統(tǒng)，目標(biāo)是測(cè)試中不依靠相關(guān)的測(cè)試文件，由非成熟人員進(jìn)行操作，并且測(cè)試任務(wù)是由測(cè)試設(shè)備高速自動(dòng)控制完成的。大概在 60 年代后期，國內(nèi)外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用 的系統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動(dòng)檢測(cè)儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因而獲得了驚人的發(fā)展。 20 世紀(jì) 80 年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于 實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應(yīng)用。 20 世紀(jì) 80年代后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，是系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。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(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。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(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速組成一個(gè)新的系統(tǒng)。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價(jià)格等優(yōu)點(diǎn)，而單片機(jī)又具 有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實(shí)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)，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。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代測(cè)量中，遠(yuǎn)距離多路測(cè)量已成為日益重要的測(cè)量技術(shù)，廣泛應(yīng)用于糧庫、油田、礦井以及飯店等需要同時(shí)監(jiān)控多路溫度、濕度、瓦斯含量等場合 。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(duì)獨(dú)立的單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，作為測(cè)控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點(diǎn)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)。 70 年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速 A/D 轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。由微處理器去完成程序 控制，數(shù)據(jù)處理及大部分邏輯操作，使系統(tǒng)的靈活性和可靠性大大地提高，系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)的重建費(fèi)用大大地降低。而單片機(jī)是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。而數(shù)據(jù)的顯示則采用的是 LED 數(shù)碼管。 2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。采集方式可控制。要求熟悉單片機(jī)電路和編程、 A/D轉(zhuǎn)換和動(dòng)態(tài)顯示等知識(shí)。 ATMEL單片機(jī)的 ATMEGA16 芯片，該芯片自帶有一個(gè) 10 位的逐次逼近型 ADC。 圖 21 方案一 方案二： 系統(tǒng)原理框圖如圖 22 所示 ,它能完成所要求實(shí)現(xiàn)的全部功能。此方案具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉元件少、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 顯示模塊： 采用單個(gè)和四位一體共陰 LED 數(shù)碼管各一個(gè) ，分別用來顯示通道號(hào)和采集到的數(shù)值。 F/V 轉(zhuǎn)換模塊：頻率到電壓的轉(zhuǎn)換，采用 精密的頻率電壓（ F/V）轉(zhuǎn)換器 LM331。 圖 22 方案二 鑒于上面兩種方案，在價(jià)格、轉(zhuǎn)換速度、實(shí)用等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，本設(shè)計(jì)選用方案二。 正弦信號(hào)發(fā)生模塊主要采用集成函數(shù)發(fā)生器 ICL8038， ICL8038 函數(shù)發(fā)生器是采用肖特基勢(shì)壘二極管等先進(jìn)工藝制成的單片集成電路芯片，具有電源電壓范正弦波發(fā)生器 ICL8038 MCU 89C52 信號(hào)放大及整形 其他 6 路電阻分壓信號(hào) F/V 轉(zhuǎn)換 LM331 數(shù)碼管顯示 按鍵控制 電源 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0809 信號(hào)放大及調(diào)理 5 圍寬、穩(wěn)定度好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，可同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波。 10， 11 腳之間接 0． 01 μ F 的振蕩電容， 4， 5 腳接電阻和電位器，調(diào)節(jié)正弦波失真。 腳 12（ Sine Wave Adjust）：正弦波失真度調(diào)節(jié) Du；腳 2（ Sine Wave Out）：正弦波輸出；腳 3（ Triangle Out）：三角波輸出；腳 5（ ty Cycle Frequency）：方波的占空比調(diào)節(jié)、正弦波和三角波的對(duì)稱調(diào)節(jié)；腳 6（ V＋ ）：正電源177。 18V；腳 7（ FM Bias）：內(nèi)部頻率調(diào)節(jié)偏置電壓輸；腳 8(FM Sweep)：外部掃描頻率電壓輸入；腳 9（ Square Wave Out）：方波輸出，為開路結(jié)構(gòu)；腳10（ Timing Capacitor）：外接振蕩電容；腳 11（ VorGND）：負(fù)電原或地；腳 114（ NC）：空腳。圖 31中由 ICL8038產(chǎn)生的正弦波信號(hào)先經(jīng)過 1 μ F 電容高通濾波 ，再經(jīng) LM358 反向放大 2倍，然后經(jīng)比較器，輸出對(duì)應(yīng)頻率的方波信號(hào)，作為 LM331 的輸入。LM331 的動(dòng)態(tài)范圍寬，可達(dá) 100 dB；線性度好，最大非線性失真小于 O． 01％，工作頻率低到 0． 1 Hz 時(shí)尚有較好的線性度；轉(zhuǎn)換精度高，數(shù)字分辨率可達(dá) 12 7 位；外接電路簡單，只需接入幾個(gè)外部元件就可方便構(gòu)成 V／ F或 F／ V等變換電路，并且容易保證轉(zhuǎn)換精度。電路中的電位器 P1調(diào)節(jié)零點(diǎn)，使頻率為 200Hz 時(shí)輸出為 1V。 圖 34 LM331外圍電路 F/V 轉(zhuǎn)換器 LM331 圖 35為 LM331 的內(nèi)部邏輯圖，下面介紹各引腳功能。 LM331 為雙列直插式 8 腳芯片， LM331內(nèi)部有（ 1）輸入比較電路、（ 2）定時(shí)比較電路、（ 3） RS 觸發(fā)電路、（ 4）復(fù)零晶體管、（ 5）輸出驅(qū)動(dòng)管、（ 6）能隙基準(zhǔn)電路、（ 7）精密電流源電路、（ 8）電流開關(guān)、（ 9）輸出保護(hù)點(diǎn)路等部分。此外， LM331 可采用單 /雙電源供電，電壓范圍為 4～40V，輸出也高達(dá) 40V。引腳 2為增益調(diào)整，改變 RS 的值可調(diào)節(jié)電路轉(zhuǎn)換增益的大小。引腳 4 為電源地。引腳 6為輸入比較器反相輸入端。引腳 8 為電源正端。 圖 36 放大整形電路 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) ST 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。 EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。 OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 V0是正弦波經(jīng) F/V 轉(zhuǎn)換后得到的電壓信號(hào)，其他 IN1IN6 為電阻分壓信號(hào)， IN7 待用。 CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。 圖 37 A/D轉(zhuǎn)換模塊 A/D轉(zhuǎn)換 ADC0809 AD0809 的邏輯結(jié)構(gòu)： ADC0809 是 8 位逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路 模擬量分時(shí)輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 10 圖 38 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu) ADC0809 的工作原理： IN0－ IN7： 8 條模擬量輸入通道； ADC0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是 0－ 5V，若信號(hào)太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。當(dāng) ALE 線為高電平時(shí)，地址鎖存與譯碼器將 A， B， C 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。通道選擇表如下表所示。單片機(jī) ALE 口輸出的頻率是單片機(jī)晶振頻率的六分之一，約為 ，故仍需用 D 觸發(fā)器進(jìn)行 4 11 分頻以后才能使用。 SD、 RD的低電平 實(shí) 輸出預(yù)置或清除，而與其它輸入端的電平無關(guān)。 符合建立時(shí)間要求的 D 數(shù)據(jù)在 CP 上升沿作用下傳送到輸出端。因此，在這里我選用 AT89C52 單片機(jī)來完成，它具有結(jié)構(gòu)簡單、編程方便、經(jīng)濟(jì)、易于連接等優(yōu)點(diǎn)，特別是其內(nèi)部定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)資源豐富，有應(yīng)用價(jià)值。實(shí)際工作頻率可達(dá) 48MHz 4K/8K/13K/16K/20K/32K/64K 字節(jié) 1280 字節(jié)、 512 字節(jié) RAM I/O(32/36個(gè) )，復(fù)位后為 P1/P2P3/P4是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051傳統(tǒng) I/O 口）， PO口是開漏輸出，作為總線擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O口用時(shí)，需加上拉電阻 （在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器 /仿真器，可通過串口（ ）直接下載用戶程序， 8K程序 3秒即可完成一片 功能 20M以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路 11 共 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，其中定時(shí)器 0 還可以當(dāng)成 2 個(gè) 8 位定時(shí)器使用 4路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷， Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒 （ UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè) UART ： 075℃ /40 +85℃ AT89C52RC 單片機(jī)同時(shí)還具有加密性強(qiáng)，低功耗，高速，高可靠，強(qiáng)抗靜 電，強(qiáng)抗干擾等優(yōu)點(diǎn)。 13 圖 39 AT89C52RC單片機(jī)的引腳封裝圖 AT89C52RC 單片機(jī) 最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) AT89C52單片機(jī)為 40引腳雙列直插芯片 ,有四個(gè) I/O口 P0,P1,P2,P3, MCS51單片機(jī)共有 4 個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0、 P P P3），每一條 I/O線都能獨(dú)立地作輸出或輸入。結(jié)合本設(shè)計(jì)的要求采用內(nèi)部振蕩方式，所選的晶振為 。第 9 引腳為復(fù)位輸入端 ,接上電容 ,電阻構(gòu)成上電復(fù)位電路。在本設(shè)計(jì)中，