【正文】 制數(shù)據(jù)采集和程序控制數(shù)據(jù)采集。在每次的采集過程中，所采集參數(shù)的數(shù)目、采樣點數(shù)、采樣速率、采樣精度都固定不變。數(shù)據(jù)采集時，控制多路傳輸門開啟和關閉的信號來自脈沖分配器，在時鐘脈沖的推動下，這些控制信號不斷循環(huán)，使傳輸門以先后順序循環(huán)啟閉。據(jù)不同的采集需要，在程序存儲器中，存放若干種信號采集程序，選擇相應的采集程序進行采集工作，還可通過編新的程序，以滿足不同采樣任務的要求。即改變存儲器中的指令內容便可改變通道地址。采集多路模擬信號時，一般用多路模擬開關巡回檢測的方式，即一種數(shù)據(jù)采集的方式。當采集高速信號時，A/D轉換器前端還需加采樣/保持(S/H)電路。被測信號往往因為幅值較小，而且可能還含有多余的高頻分量等原因，不能直接送給A/D轉換器，需對其進行必要的處理，即信號調理。通常希望輸入到A/D轉換器的信號能接近A/D轉換器的滿量程以保證轉換精度，因此在直流電流電源輸出端與A/D轉換器之間應接入放大器以滿足要求。注：緩慢變化信號和直流信號，采樣保持電路可以省略。A/D轉換器型號不同，轉換速度差別很大。由于本系統(tǒng)的控制時間允許，可選8位逐次比較式A/D轉換器。%。用它可直接將8個單端模擬信號輸入，分時進行A/D轉換，在多點巡回監(jiān)測、過程控制等領域中使用非常廣泛,所以本設計中選用該芯片作為A/D轉換電路的核心。 單片機系統(tǒng)分析 單片機在開機時都需要復位，以便中央處理器CPU以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。復位電平是高電平有效，持續(xù)時間要有24個時鐘周期以上。方案一：上電復位電路上電瞬間，RST端的的電位與Vcc相同，隨著電容的逐步充電，充電電流減小，RST電位逐漸下降。復位電路的典型參數(shù)為：C取10uF,故時間常數(shù)=RC==82ms以滿足要求。方案三：上電外部復位電路 典型的上電外部復位電路是既具有上電復位又具有外部復位電路，上電瞬間，C與Rx構成充電電路，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持足夠的高電平，就能使單片機復位。 在MCS51內部有一個用于構成振蕩器的高增益反相放大器。方案一：內部方式與作為反饋元件的片外晶體或陶瓷諧振器一起組成一個自激振蕩器。CMOS工藝的MCU其XTAL1端接外部時鐘信號，XTAL2端可懸空。在MCS51單片機系列芯片中，用8051或8751芯片可以構成最小系統(tǒng)。8051構成的最小系統(tǒng)特點：l 受集成度所限，只能用于小型控制單元。l 僅有芯片內部的存儲器，故存儲器的容量有限。 顯示與鍵盤分析 對系統(tǒng)發(fā)出命令和輸出顯示測量結果，主要是由鍵盤和LED數(shù)碼顯示器組成。為實現(xiàn)通道的選取，用鍵盤實現(xiàn)控制功能。方案一：硬件譯碼硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU只要送出標準的BCD碼即可，硬件接線有一定標準。2．顯示方法 在該單片機系統(tǒng)中，使用7段LED顯示器構成8位顯示器，段選線控制顯示的字符，位選線控制顯示位的亮或暗。編程容易，管理簡單，顯示亮度高，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時間。方案二：動態(tài)顯示動態(tài)顯示需要CPU時刻對顯示器件進行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)會有閃爍感，占用的CPU時間多。當顯示裝置中有多個多段LED時，通常采用動態(tài)掃描驅動電路，節(jié)省開銷。8279可以實現(xiàn)對鍵盤和顯示器的自動掃描，識別閉合鍵的鍵號，完成顯示器的動態(tài)顯示。另外，8279與單片機的接口簡單，顯示穩(wěn)定，工作可靠。方案二：8155接口芯片采用并行口擴展芯片擴展并行口的方法來設計顯示系統(tǒng)。這種方式的優(yōu)點是速度快，顯示數(shù)據(jù)簡單。如用8155，其內部集成有：256個字節(jié)的SRAM、一個14位二進制減法計數(shù)器和3個并行端口PA、PB和PC。但為設計的簡單化帶來方便，所以采用該芯片作為顯示接口芯片，A口為位選線，B口為段選線。由于功能要求簡單，僅用兩個按鍵即可完成選擇功能，降低了系統(tǒng)的硬件開銷，軟件處理簡單。方案一：同步方式要求發(fā)送與接受保持嚴格同步，由于串行傳輸逐位按順序進行，為了約定數(shù)據(jù)是由哪一位開始傳輸，需設定同步字符。方案二：異步方式，規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸格式，每個數(shù)據(jù)均以相同的幀格式傳送，每幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶效驗位和停止位組成。異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。RS232規(guī)定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，必須進行電平轉換。12V電壓，并且功耗較大，不適合用于低功耗的系統(tǒng)。芯片內部有一個電壓轉換器，可以把輸入的+5V電壓轉換為RS232接口所需的177。12V的單電源系統(tǒng)。RS232與TTL電平轉換芯片各有特點，此處選用MAXIM公司的MAX232芯片。在PC機上，我們需要完成的工作一是把數(shù)據(jù)接收下來，二是存儲，三是顯示、處理。菜單欄里找“屬性”，然后選擇“1”“2”進行連接，并對其配置，設定的規(guī)則要跟單片機設置的相同。設定完成后就可以直接與單片機迸行通信，可以在工作區(qū)的白板里看到單片機傳輸來的數(shù)值。使用簡單，若控制的程序難度不大，則用此方式方便。Mathworks公司在軟件中增加了設備控制箱(instrument control toolbox)，提供了對RS232／RS485通信標準的串口通信的正式支持。具體操作是將PC機串口與單片機USART口通過MAX232電平轉換芯片相連，Matlab通過調用設備控制工具箱中的serial類及相關函數(shù)來創(chuàng)建串口設備對象，得到設備的文件句柄，從而以操作文件的方式實現(xiàn)對PC機串行口的讀寫操作。此時，Matlab通過中斷的方式，實時接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并完成對數(shù)據(jù)的分析處理，文件存儲及圖形顯示。特別是它所提供的MSComm控件，功能強大，簡單易用，使得PC機與單片機等設備之間的通訊更加便捷，MSComm控件是微軟開發(fā)的專用通信控件，封裝了串口的所有功能，使用很方便，是Microsoft為簡化Windows下串行通信編程而提供的ActiveX控件，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲，但要對采集數(shù)據(jù)進行頻譜分析，則需要另外的軟件進行處理，設計較復雜。與以往的高級語言相比,LabVIEW圖形化語言編程針對的是非專業(yè)程序編制的普通工程設計人員，具有編程簡潔、直觀性強、人機交互界面友好、數(shù)據(jù)可視化分析與設備控制能力優(yōu)等特點。我們可以利用LabVIEW的VISA函數(shù)庫中的串口VI對串口進行編程，完成對電壓的實時采集，并對采集到的電壓進行頻譜分析。第2章 系統(tǒng)硬件設計 信號調理電路信號調理的任務是將被測對象的輸出信號變換成計算機要求的輸入信號。為避免小信號通過模擬開關造成較大的附加誤差，在傳感器輸出信號過小時，每個通道應設前置放大環(huán)節(jié)（本文可不加以考慮）。 把以一定時間間隔T逐點采集連續(xù)的模擬信號，并保持一個時間t，使被采集的信號變成時間上離散、幅值等于采樣時刻該信號瞬時值的一組方波序列信號，即采樣信號。實際中采樣保持是做成一個電路。還要把每個樣值脈沖轉換成與它幅值成正比的數(shù)字量。 ADC0809內部功能與引腳介紹分辨率和精度在第一章中已作了相應的計算和分析。8路轉換開關能直接連通8個單端模擬信號中的任何一個。1LSB（最低有效位）u 轉換時間（）128us ADC0809引腳u 轉換精度：u ADC0809沒有內部時鐘，必須由外部提供，其范 圍為10～1280kHz。各引腳的功能如下：IN0～IN7：8個通道的模擬量輸入端。D0～D7：8位轉換結果輸出端。A、B、C：通道選擇端。ALE：地址鎖存信號輸入端。START：啟動轉換信號輸入端。脈沖寬度應不小于100～200ns。啟動A/D轉換時它自動變?yōu)榈碗娖健LK：時鐘輸入端。REF()、REF(+)：參考電壓輸入端。V、GND：供電電源端。當ALE為高電平時，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START下降沿后10us左右，轉換結束信號變?yōu)榈碗娖?，EOC為低電平時，表示正在轉換，為高電平時，表示轉換結束。 ADC0809與MCS51系列單片機的接口方法ADC0809與8051單片機的硬件接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時等待方式，本題中選用中斷接口方式。ALE引腳得脈沖頻率是8051時鐘頻率的1/6。由于ADC0809內部設有地址鎖存器，所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7控制信號：，在啟動A/D轉換時。在讀取轉換結果時，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號，用一打開三態(tài)輸出鎖存器。圖 ADC0809與MCS51的接口電路START信號和OE信號的邏輯表達式為 ADC0809時序圖當8051通過對7FF8H～7FFFH（基本地址）中的某個口地址進行一次寫操作，即可啟動相應通道的A／D轉換；當轉換結束后,ADC0809的EOC端向8051發(fā)出中斷申請信號；8051通過對7FF8H～7FFFH中的某個口地址進行一次讀操作，即可得到轉換結果。單片機振蕩電路的振蕩周期和時鐘電路的時鐘周期決定了CPU的時序。無論是HMOS還是CHMOS型，在振蕩器正運行的情況下，RST引腳保持二個機器周期以上時間的高電平，系統(tǒng)復位。本文采用上電外部復位電路，相關參數(shù)為典型值。外接晶體以及電容、構成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，內部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，～12MHz之間任選。外接晶體時，和通常選30pF左右；外接陶瓷諧振器時，和的典型值為47pF。鍵盤系統(tǒng)的主要工作包括及時發(fā)現(xiàn)有鍵閉合，并作相應的處理。顯示部分為8個共陰極的七段LED顯示器，8個七段LED的a～dp字段的引腳分別由8個OC門同相驅動器驅動。單片機通過8155接口芯片的A口位選，經(jīng)B口確定那些字段LED發(fā)光。進行串行通信時要滿足一定的條