【正文】 現場應用較多。 20世紀 90 年代至今，在國際上技術先進的國家，數據采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設備及宇航技術、工業(yè)等領域。數據采集技術已經成為一種專門的技術，在工業(yè)領域得 到了廣泛的應用。 盡管現在以微機為核心的可編程數據采集與處理采集技術的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展，而且組成一個數據采集系統(tǒng)只需要一塊數據采集卡，把它插在微機的擴展槽內并輔以應用軟件，就能實現數據采集功能，但這并不會對基于單片機為核心的數據采集系統(tǒng)產生影響。這就使得以單片機為核心的數據采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用。它起始于 20 世紀中期，在過去的幾十年里，隨著信息領域各種技術的發(fā)展，在數據采集方面的技術也取得了長足的進步，采集數據的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。 我國的數字地震觀測系統(tǒng)主要采用 TDE124C 型 TDE224C 型地震數據采集系統(tǒng)。該數據采集對拾震計輸出的電信號模擬放大后送至A/D 數字化， A/D 采用同時采樣，采樣數據經 DSP 數字濾波處理后，變成數字地震信號。 [11] 由美國 PASCO 公司生產的“科學工作室”是將數據采集應用于物理 實驗的嶄新系統(tǒng)，它由 3部分組成：（ 1）傳感器：利用先進的傳感技術可實時采集技術可實時采集物理實驗中各物理量的數據；（ 2）計算機接口：將來自傳感器的數據信號輸入計算機，采樣速率最高為 25 萬次 /S；（ 3）軟件：中文及英文的應用軟件。如愛爾蘭 ACRA 公司 2021 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機載數據采集系統(tǒng)到了 2021 年。 該課題研究的主要內容內容 數據采集技術是信息科學的重要分支之一 , 它研究信息數據的采集、存儲、處理以及控制等問題。數據采集也是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。數據采集是工業(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系統(tǒng)來實現 ,作為測控系統(tǒng) 不可缺少的部分 ,數據采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)。 本系統(tǒng)采用下位機負責模擬數據的采集 ,從單片機負責采集八路數據，并應答主機發(fā)送的命令， 上位機即主機是負責處理接受過來的數字量的處理及顯示 ，主機和從機之間用 PL2303或 RS232進行通信。該系統(tǒng)采用的是 STC89C52單片機，此芯片功能比較強大，能夠滿足設計要求。然后通過 PL2303或 RS232轉換送到 PC機上顯示，顯示界面為我們送的串口調試界面。 用 Keil uvision3軟件編寫，通過串口調試助手將編寫程序下載的主芯片中。 用 USB接口與電腦相連，實現 PC機與下位機相連。 預期成果 分析階段：單片機數據采集系統(tǒng)的需求分析。 設計階段：分為概要設計和詳細設計，解決系統(tǒng)怎樣做的問題。 實現階段：采用 C語言及匯編語言編碼，采用 KeiluVision3軟件完成，并用 Protel 99 SE軟件進行電路圖的繪制，用數據線串行來實現更為完整的系統(tǒng)功能。 完成階段：撰寫《基于 C51單片機采集系統(tǒng)的設計報告》及畢業(yè)論文。 Protel99se 介紹 Protel99SE 是應用于 Windows9X/2021/NT 操作系統(tǒng)下的 EDA 設計軟件，采用設計庫管理模式，可以進行聯(lián)網設計，具有很強的數據交換能力和開放性及 3D 模擬功能，是一個 32 位的設計軟件，可以完成電路原理圖設計，印制電路板設計和可編程邏輯器件設計等工作，可以設計 32個信號層， 16個電源 地層和 16 個機加工層。 電路工程設計部分 (1)電路原理設計部分（ Advanced Schematic 99）：電路原理圖設計部分包括電路圖 編輯器 （簡稱 SCH編輯器）、電路圖零件庫編輯器（簡稱 Schlib 編輯器）和各種文本編輯器 。 （ 2）印刷電路板設計系統(tǒng)（ Advanced PCB 99）：印刷電路板設計系統(tǒng)包括印刷電路板編輯器（簡稱 PCB 編輯器）、零件封裝編輯器（簡稱 PCBLib 編輯器）和電路板組件管理器。 （ 3）自動布線系統(tǒng)（ Advanced Route 99）：本系統(tǒng)包含一個基于形狀（ Shapebased）的無柵格自動布線器，用于印刷電路板的自動布線，以實現 PCB 設計的自動化。 （ 2）可編程邏輯設計系統(tǒng)（ Advanced PLD 99）：可編程邏輯設計系統(tǒng)包含一個有語法功能的文本編輯器和一個波形編輯器（ Waveform）。利用 PLD 系統(tǒng)可以最大限度的精簡邏輯部件，使數字電路設計達到最簡化。 Protel99SE 的功能特性 開放式集成化的設計管理體系 超強功能的、修改與編輯功能 強大的設計自動化功能 Microsoft Visual Studio 2021 介紹 Microsoft Visual Studio 2021 是基于 . 框架的。總體來說是一個非常龐大的軟件，甚至包含代碼測試 功能。 Microsoft Visual Studio 2021 開發(fā)系統(tǒng)是一個完整的開發(fā)工具系列，旨在為Microsoft Windows 操作系統(tǒng)、 Web 和移動設備快速構建和部署各種應用程序。 其特點有： 支持 Visual Basic、 C、 C++ 和 J 語言。 幾乎適用于任何類型應用程序的“拖放式”用戶界面設計器。 支持母板頁，用于跨 Web 應用程序維護一致的外觀。除增加了源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外， uVision3 還提供了一個配置向導功能，加速了啟動代碼和配置文件的生成。 uVision3 提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于 MCUI/O 引腳和外設狀態(tài)變化下的程序變量。 Keil 有以下幾個特點： 全功能的源代碼編 輯器； 器件庫用來配置開發(fā)工具設置； 項目管理器用來創(chuàng)建和維護用戶的項目； 集成的 MAKE 工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應用； 1 所有開發(fā)工具的設置都是對話框形式的； 1 真正的源代碼級的對 CPU 和外圍器件的調試器； 1 高級 GDI(AGDI) 接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和 Monitor51 進行通信 其它 單片機下載驅動軟件：將 Keil軟件編程代碼通過 USB 接口下載到主芯片 STC89C52中，從而實現數據采集系 統(tǒng)的電壓數據采集工作。硬件連接方面，傳統(tǒng)臺式 PC機支持標準 RS232接口 ，當下帶有串口的 PC很少見，所以需要 usb/232轉換接口， 并且安裝相應驅動程序。數據采集技術廣泛引用在各個領域。原來由小規(guī)模集成的數字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)被微處理器控制的采集系統(tǒng)所代替。 在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉換為數據量，而 A/D 是將模擬量轉換為數字量的器件，他需要考慮的指標有：分辨率、轉換時間、轉換誤差等等。在該系統(tǒng)中采用的是 PCF8591 系列的單片機。而數據的顯示則采用的是 LED數碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。 完成畢業(yè)設計所需要的系統(tǒng)框圖如圖 ： 圖 系統(tǒng)框圖 方案論證 A/D 模數轉換的選擇 A/D 轉換器的種類很多，就位數來說，可以分為 8位、 10 位、 12 位和 16位等。 A/D 轉換器型號很多，而其轉換時間和轉換誤差也各不相同。 (2)雙積分 A/D 轉換器：它是一種間接式的 A/D 轉換器，優(yōu)點是抗干擾能力強，精度比較高，缺點是數度很慢，適用于對轉換數度要求不高的系統(tǒng)。 鑒于上面三種方案，在價格、轉換速度及應用程度等多種標準考量下，在本設計選用的是逐漸逼近式 A/D 轉換器 —— PCF8591 單片機的選擇 A/D轉換器 單片機 單片機 LED 顯示器 滑動變阻器調節(jié)按鍵 RS232 或 PL2303 采集信號 單片機 是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計算機中的一個重要的分支。單片機要使用特定的組譯和編譯軟件編譯程序，再用 Keiluvision3 把程序下載到單片機內。常用的芯片是 MAX232， MAX232 的優(yōu)點是： （ 1）一片芯片可以完成發(fā)送轉換和接收轉換的雙重功能。 我們還采用了 USBUART 轉換電路進行通行， USB 接口既可以為單片機提供電源也可以實現單片機與 PC 機的的連接從而實現電壓值的接受與轉換。它使用了 8個 LED 顯示管，其中 7個用于顯示字符 ， 1 個用來顯示小數點，故通常稱之為八段發(fā)光二極管數碼顯示器。 LED 數碼顯示有動態(tài)掃描顯示法和靜態(tài)顯示。 按鍵 單片機中的復位方式有三種：手動按鈕復位、上電復位、積分型上電復位。通過復位可以瞬間讓單片機處于初始狀態(tài)，轉動滑動變阻器后按復位鍵，電壓值會相應的變?yōu)檎_的電壓值。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 RS232C接口（又稱 EIA RS232C）是目前最常用的一種串行通訊接口。本實驗中我們采用的是 I2C 通信。 2） I2C 總線是由數據線 SDA 和時鐘 SCL 構成的串行總線，可發(fā)送和接收數據。 SCL 線為高電平期間， SDA 線由高電平向低電平的變化表示起始信號； SCL 線為高電平期間， SDA 線由低電平向高電平的變化表示終止信號。如圖所示： 3）該設計采用的是 I2C 通信的方式 第四章 硬件部分 原理圖設計 該系統(tǒng)是一個主從式多路數據采集系統(tǒng)，主機和從機均用單片機實現，它的主機部分負責數據處理和顯示，主機和從機之間用 USB— UART 轉換電路 PL2303 進行通信。 由于單片機采用的是 USB 接口供電，且單片機必須與 PC機保持串行通信，所以在本設計中采用了 PL2303 的 USB— UART 轉換電路進行通信。 晶振 類似單片機的心臟，是給單片機提供工作節(jié)拍的，旁邊的電容是起振作用。 STC89C52 的 P0 端的 8 個端口與 74HC245 的 A1— A8 端口相連，以及與74HC138 的 A0、 A A E3端口相連，從而實現對 4 個數碼管的控制。 STC89C52 中的 端與 端分別與 24C01 的 SDA 端和 SCL 端相連。同時 STC89C52 中的 端與 端分別與PCF8591 的 SDA 端和 SCL 端相連，實現數據的發(fā)送與接受，進而實現對電壓數值量的AD、 DA 轉換，從而在 LED 上顯示所采集電壓數據數值，而 PC 機上的串口調試助手則顯示 16進制的數值。只有加載了網絡表和元件封裝后，電路板的自動布線才能完成。元件布局可以由系統(tǒng)自動完成，然后進行手工調整布局，布局合理后才能進行下一步的布線工作。 3． 自動布線： Protel DXP 2021 中自動布線的功能相當強大，只要把有關參數設置得適當，元件布局合理，系 統(tǒng)就會根據設置的規(guī)則選擇最佳的布線策略進行自動布線，成功率幾乎 100%。 5． DRC 檢查： 布線完成后，為了確保 PCB 板符合設計規(guī)則、所有的網絡連接正確，必須對電路板進行設計規(guī)則檢查。這些電路能在軟件的控制下準確快速的完成程序設計者事先規(guī)定的任務。 [8] 單片機按內部數據通道的寬度，可分為 4位、 8 位、 16位及 32位單片機。 8 位單片機在中、小規(guī)模應用場合仍占 主流地位，代表了單片機的發(fā)展方向，在單片機應用領域發(fā)揮越來越大的作用?？v觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢： 微型單片化 低功耗 CMOS 與多品種共存 可靠性和應用水平越來越高 單片機有著微處理器所不具備的功能，它可以獨立地完成現代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機的最大特點。它與單板機或個人電腦有著本質的區(qū)別，單片機屬于芯片級應用，需要用戶了解單片機芯片的結構和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應用技術和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術，用這樣特定的芯片設計應用程序，從而使芯片具備特定的智能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種 軟件 可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下， RAM 內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 STC89C52 單片機是最早期也最典型的產品，低功耗、高性能、采用 CHMOS 工藝的 8 位單片機。在應用中可直接替換。編程速度很快，擦除時也無需紫外線，非常方便。其中有四個電源引腳，用來接入單片機的工作電源。還有兩個時鐘引腳 XTALXTAL2。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復位功能。 單片機具有四種總線形式： P0和 P2組成的 16位地址地址總線； P0分時復用為 8位數據總線； ALE、 PSEN、 RST、 EA和 P3口的 INT0、 INT T0、 T WR、 RD以及P1口的 T T2EX組成控制總線；而 P3口的 RXD、 TXD組成串行通信總線。 GND：接地。當 P1 口的管腳第一次