【正文】 斷服務(wù)子程序流程圖..............................25 數(shù)據(jù)采集與顯示程序流程圖..................................27總結(jié) ..............................................................28致謝 ..............................................................29參考文獻(xiàn) ..........................................................30附錄 附錄一 電路原理圖 ............................................31 附錄二 PCB 圖.................................................32附錄三 程序清單 ..............................................33第一章 緒論 課題的背景及其意義隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應(yīng)用。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬間物理過(guò)程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一。 電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)通信起了巨大的推動(dòng)作用. 計(jì)算機(jī)和通信緊密結(jié)合可以構(gòu)成靈活多樣的通信控制系統(tǒng)也可以構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng),這樣對(duì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生 .計(jì)算機(jī)與它的終端之間需要數(shù)據(jù)通信,遙感, 雷達(dá),自動(dòng)控制等系統(tǒng)中都要用到計(jì)算機(jī),因而都需要數(shù)據(jù)通信.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從嚴(yán)格的意義上來(lái)說(shuō)，應(yīng)該是用計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)或巡回檢測(cè)，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)行存儲(chǔ)、處理、分析計(jì)算以及檢測(cè)的數(shù)據(jù)中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。輸入通道要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)，采樣和信號(hào)轉(zhuǎn)換工作。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除有關(guān)干擾噪聲，無(wú)關(guān)信息和必要的信息，提取出反映被測(cè)對(duì)象特征的重要信息。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问竭M(jìn)行輸出和顯示。輸入通道要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)，采樣和信號(hào)轉(zhuǎn)換工作。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的原始數(shù)據(jù)中，刪除有關(guān)干擾噪聲，無(wú)關(guān)信息和必要的信息，提取出反映被測(cè)對(duì)象特征的重要信息。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问竭M(jìn)行輸出和顯示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并通過(guò) ATMEGA16 單片機(jī)進(jìn)行處理和分析，最后將數(shù)據(jù)顯示在 LCD 顯示器上。 系統(tǒng)軟件方案設(shè)想 對(duì)于軟件這個(gè)部分，關(guān)鍵是怎樣通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各種功能。 本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù) 以單片機(jī) ATMEGA16 為核心，結(jié)合其它器件一起設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要功能是實(shí)現(xiàn)一個(gè)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)的原理框圖如下： 數(shù)據(jù)流ATMEGA16LCD12864鍵盤根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求和方案的設(shè)想，總結(jié)一下本設(shè)計(jì)要做的具體的工作主要有以下幾個(gè)方面:第一 ，分析與論證本設(shè)計(jì)所采用的方案，包括主控系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)等的分析、以及這些模塊的功能等。第二 ，收集大量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方面的資料— 包括文字資料和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律，找到能夠統(tǒng)一對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和識(shí)別的方法，這是設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一步。第三 ，根據(jù)劃分的功能模塊，編寫操作程序。第四， 通過(guò)大量的多路數(shù)據(jù)采集和處理試驗(yàn)，來(lái)完善提出的實(shí)施方法，同時(shí)進(jìn)行程序調(diào)試，繼續(xù)完善各功能模塊的程序。[1]模擬輸入子系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采用多路數(shù)據(jù)采集對(duì)來(lái)自多個(gè)信號(hào)源的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理。圖 21 模擬多路復(fù)用器[2]A/D 轉(zhuǎn)換 ADCADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳功能 IN0～I(xiàn)N7:８路模擬量輸入。 ALE:地址鎖存啟動(dòng)信號(hào)，在 ALE 的上升沿，將 A、B、C 上的通道地址鎖存到內(nèi)部的地址鎖存器。 OE:允許輸出信號(hào)。 START:啟動(dòng)信號(hào)輸入端，START 為正脈沖，其上升沿清除 ADC0808 的內(nèi)部的各寄存器，其下降沿啟動(dòng) A/D 開始轉(zhuǎn)換。 CLK:時(shí)鐘輸入信號(hào)，0809 的時(shí)鐘頻率范圍在 10～ 1200kHz，典型值為640kHz。A，B， C 三端分別與 8051 的 ~ 相接。輸出允許，由 和/RD 或非得到。圖 23 系統(tǒng)電路圖[4]芯片管腳圖D07ABCOESTARTALECLOCK74LS740202ALE8051 0809VrefVref+VCIN0IN7.. 圖 24 ADC0809 管腳圖圖 25 8051 芯片管腳圖8051 芯片的外部結(jié)構(gòu)引腳和指令系統(tǒng)完全兼容，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)除ROM／ EPROM 不同外，其余完全相同。一般微處理器（如8086）就只包括運(yùn)算器和控制器兩部分。各引腳功能簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：1. 電源引腳Vcc 和VssVcc(40 腳) ：電源端，為＋ 5V。2. 時(shí)鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2XTAL2（18 腳）：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。要檢查8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)輸出。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，該引腳必須接地。當(dāng)此輸入端保持兩個(gè)機(jī)器周期(24個(gè)時(shí)鐘振蕩周期)的高電平時(shí)，就可以完成復(fù)位操作。當(dāng)主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時(shí)，將＋5V 電源自動(dòng)接入RST 端，為RAM 提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。8051 上電正常工作后，ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率fOSC 的1/6。ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為8 個(gè)LS 型TTL( 低功耗甚高速TTL)負(fù)載。PSEN(PROGRAM STORE ENABLE,29 腳)：程序存儲(chǔ)允許輸出信號(hào)端。此引肢接EPROM 的OE 端。PSEN 端同樣可驅(qū)動(dòng)8 個(gè)LS 型TTL 負(fù)載。如有則說(shuō)明基本上工作正常。當(dāng)EA 引腳接高電平時(shí)，CPU只訪問(wèn)片內(nèi)EPROM/ROM并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令，但當(dāng)PC（程序計(jì)數(shù)器）的值超過(guò)0FFFH(8051 為4K) 時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。P0 口（～，39~32 腳）：P0 口是一個(gè)漏極開路的8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。當(dāng)P0 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向口鎖存器（地址80H）寫入全1,此時(shí)P0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。在CPU 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， P0 口分時(shí)提供低8 位地址和 8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。P1 口（～，1~8 腳）：P1 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。在P1 口作為輸入口使用時(shí)，應(yīng)先向P1 口鎖存地址（90H）寫入全1,此時(shí)P1 口引腳由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平。P2每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè)LS 型TTL 負(fù)載。P3 口（～，10~17 腳）：P3 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O 口。方案二：選用 ATMEGA16 芯片為主控器 系統(tǒng)的原理框圖：ATMEGA16LCD12864鍵盤 圖 26 系統(tǒng)原理框圖ATMEGA16 芯片管腳圖圖 27 ATMEGA16 芯片管腳圖ATMEGA16 芯片功能介紹ATmega16是基于增強(qiáng)的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8 位CMOS微控制器。AVR 內(nèi)核具有豐富的指令集和32 個(gè)通用工作寄存器。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC 微控制器最高至10 倍的數(shù)據(jù)吞吐率。 工作于空閑模式時(shí)CPU 停止工作，而USART、兩線接口、A/D 轉(zhuǎn)換器、SRAM、T/C、SPI 端口以及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作；掉電模式時(shí)晶體振蕩器停止振蕩，所有功能除了中斷和硬件復(fù)位之外都停止工作；在省電模式下，異步定時(shí)器繼續(xù)運(yùn)行，允許用戶保持一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)，而其余功能模塊處于休眠狀態(tài)； ADC 噪聲抑制模式時(shí)終止CPU 和除了異步定時(shí)器與ADC 以外所有I/O 模塊的工作，以降低ADC 轉(zhuǎn)換時(shí)的開關(guān)噪聲； Standby 模式下只有晶體或諧振振蕩器運(yùn)行，其余功能模塊處于休眠狀態(tài)，使得器件只消耗極少的電流，同時(shí)具有快速啟動(dòng)能力；擴(kuò)展Standby 模式下則允許振蕩器和異步定時(shí)器繼續(xù)工作。片內(nèi)ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過(guò)ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運(yùn)行于AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。在更新應(yīng)用Flash存儲(chǔ)區(qū)時(shí)引Flash區(qū)(Boot Flash Memory)的程序繼續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了RWW 操作。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括：C 語(yǔ)言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器/ 軟件仿真器、仿真器及評(píng)估板。端口A 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。端口B(PB7..PB0) 端口B 為8 位雙向I/O 口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。端口B 也可以用做其他不同的特殊功能。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口C 處于高阻狀態(tài)。端口C 也可以用做其他不同的特殊功能。其輸出緩沖器具有對(duì)稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。在復(fù)位過(guò)程中，即使系統(tǒng)時(shí)鐘還未起振，端口D 處于高阻狀態(tài)。RESET 復(fù)位輸入引腳。持續(xù)時(shí)間小于門限間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。XTAL2 反向振蕩放大器的輸出端。不使用ADC時(shí)，該引腳應(yīng)直接與VCC連接。AREF A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。如果選用 80C51 芯片，需要選擇 A/DC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片擴(kuò)展 A/D、D/A 接口及擴(kuò)展外圍電路。 顯示器件的選擇 方案一：LEDLED： Light Emitting Diode）已日趨在固體顯示中占主導(dǎo)地位。這些優(yōu)點(diǎn)概括起來(lái)是：亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化而易與集成電路匹配、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定。由組成半導(dǎo)體的材料不同而可以得到能發(fā)出不同色彩的 LED 晶點(diǎn)。而藍(lán)色和純綠色 LED 的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用階段?！? 方案二：LCD液晶顯示器(LCD) 具有功耗低、體積小、重量輕、超薄等許多其它顯示器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn),近幾年來(lái)被廣泛用于單片機(jī)控制的智能儀器、儀表和低功耗電子產(chǎn)品中。其中,段位式 LCD 和字符式LCD 只能用于字符和數(shù)字的簡(jiǎn)單顯示,不能滿足圖形曲線和漢字顯示的要求。本文介紹了點(diǎn)陣式液晶顯示器 MGLS12864 與單片機(jī)的接口及編程的方法,同時(shí)介紹了創(chuàng)建816 字符和 1616 點(diǎn)陣漢字的方法 ,及常用的字符顯示和漢字顯示程序?；诖怂枷?，對(duì)系統(tǒng)的硬件，軟件的設(shè)計(jì)以及電路原理圖和PCB 圖展開制作。ATMEGA16LCD12864鍵盤數(shù)據(jù)流外圍電路 圖 31 系統(tǒng)總原理圖 外圍輸入電路音頻輸入電路主要原理：外部的聲音信號(hào)通過(guò)麥克風(fēng)采集，然后經(jīng)過(guò)音頻功率放大電路放大后輸入單片機(jī)。 下圖是音頻采集的電路圖圖 32 音頻采集電路 光電池輸入電路 電路工作原理：將外部的光信號(hào)采集放大后輸入單片機(jī)硅光電池是一個(gè)大面積的光電二極管，它被設(shè)計(jì)用于把入射到它表面的光能轉(zhuǎn)化為電能，因此，可用作光電探測(cè)器和光電池，被廣泛用于太空和野外便攜式儀器等的能源。 圖 34 光電池電路 磁場(chǎng)輸入電路霍爾器件是一種磁傳感器?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。 　 霍爾線性器件的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)器件無(wú)觸點(diǎn)、無(wú)磨損、輸出波形清晰、無(wú)抖動(dòng)、無(wú)回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá) μm 級(jí)） 。 圖 33 光電池結(jié)構(gòu)圖圖 35 霍爾電路CS3501 特性參數(shù)型號(hào) Vcc/V 線性范圍/mT 工作溫度/℃ 靈敏度 S/mV/mT 靜態(tài)輸出電壓 Vo/V min typ max min typ max CS3501 8～12 177。 輸出形式 引腳排列 外形結(jié)構(gòu) typ max 1 2 3 4 CS3501 10 20 － 射極輸出 VCC 地 輸出 － CI/P 電壓輸入電路 電路通過(guò)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)將電壓輸入信號(hào)輸入單片機(jī) 圖 36 電壓輸入電路 串口電平轉(zhuǎn)換電路串口通訊對(duì)單片機(jī)而言意義重大，不但可以實(shí)現(xiàn)將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X端，而且也能實(shí)現(xiàn)電腦對(duì)單片機(jī)的控制，比如可以很直觀地把紅外遙控器鍵值的數(shù)據(jù)碼顯示在電腦上，可以使編寫紅外遙控程序時(shí)方便不少，起到仿真器的某些功效。進(jìn)行串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。 Max232 產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容 RS232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。 該器件符合 TIA/EIA232F 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 TIA/EIA232F 電平轉(zhuǎn)換成5V TTL/CMOS 電平。 圖 37 串口