【正文】 號(hào)進(jìn)行對(duì)比，選擇出適合本設(shè)計(jì)的元器件。通過對(duì) 51 系列 12 單片機(jī)、 PIC 系列單片機(jī)、 AVR 系列單片機(jī)、 ARM 系列進(jìn)行各種性能、價(jià)格、使用性比較，最終選擇 89C51 單 片機(jī)。通過對(duì) LED 數(shù)碼管和 LCD 液晶屏對(duì)比，選擇了顯示信息比較直觀的 LCD 液晶屏。 3 硬件部分 硬件電路概況 該系統(tǒng)是一個(gè)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 3 路電壓表測(cè)量 3 個(gè)不同滑動(dòng)變阻器間的電壓，通過滑動(dòng)變阻器可以實(shí)時(shí)改變電壓值。 13 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字電壓由 89C51 單片機(jī)控制將數(shù)據(jù)電壓的值傳到 LCD 上面滾動(dòng)顯示。 其電路圖如圖 所示。 AT89C51 是一個(gè)低功耗高性能單片機(jī)， 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2 個(gè)外中斷口， 2 個(gè) 16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,1 個(gè)全雙工串行通信口。 89C51單片機(jī)引腳具體情況如圖 所示。 單片機(jī)的最小系統(tǒng) 復(fù)位電路 復(fù)位電路完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始工作。 表 復(fù)位后單片機(jī)寄存器狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H A 00H TCON 00H B 00H TH0 00H PSW 00H TL0 00H SP 00H TH1 00H 15 DPTR 07H TL1 00H P0~P3 0000H SBUF 不定 IP xxx00000B SCON 00H IE 0xx00000B PCON 0xxxxxxxB 此 外，在復(fù)位有效期間（即高電平）， MCS51 的 ALE 引腳為高電平，且內(nèi)部 RAM 不受復(fù)位的影響。單片機(jī)要復(fù)位，本質(zhì)上是在其 RESET 腳上保持一定時(shí)間的高電平，單片機(jī)檢測(cè)到這個(gè)電平保持時(shí)間（兩個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平）大于它要求的時(shí)間就會(huì)自動(dòng)復(fù)位。但是這個(gè)電路要想起到重新復(fù)位的作用，只能先下電，再上電才行。所以本設(shè)計(jì)采用按鈕復(fù)位。 圖 按鈕復(fù)位電路 由于單片機(jī)檢測(cè)大于兩個(gè)時(shí)鐘周期即 31 us 才能正常復(fù)位，本設(shè)計(jì)選用 10 千歐電阻、 1uF 電容， 通過估算，時(shí)間為電阻和電容的乘積。 時(shí)鐘電路 AT89C51 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。根據(jù)硬件電路的不同，連接方式可以分為內(nèi)部時(shí)鐘方式 16 和外部時(shí)鐘方式。晶體可以在 ～ 12MHz 之間選擇，典型值為 6MHz 和 12MHz。 MCS51單片機(jī)也可采用外部時(shí)鐘方式， XLAT2 引腳接外部振蕩器，由它產(chǎn)生的外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)直接送至內(nèi)部時(shí)鐘電路， XTAL1 端接地。 采用串口時(shí)常使 。內(nèi)部振蕩方式如圖 所示。 圖 內(nèi)部振蕩電路 電容 C C2 的大小均為 50pf，由于在 560pf 之間可起到對(duì)頻率微調(diào)的作用，故，選擇了 50pf。所以本設(shè)計(jì)采用了 12MHz，方便計(jì)算，偏差不大。 HD44780具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能。 HD44780控制器由兩個(gè) 8位寄存器、指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（ DR）、忙標(biāo)志（ BF）、 顯示數(shù)據(jù) RAM（ DDRAM）、字符發(fā)生器 ROM（ CGROM）、字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM）、地址計(jì)數(shù)器（ AC）。 BF為 1 17 時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。 CGROM由 8位字符碼生成 5*7點(diǎn)陣字符 160種和 5*10點(diǎn)陣字符 32種， 8位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系。可以自定義 8個(gè) 5*7點(diǎn)陣字符或者 4個(gè) 5*10點(diǎn)陣字符。通過對(duì) HD44780寫入控制指令， HD44780產(chǎn)生顯示驅(qū)動(dòng)信號(hào)來驅(qū)動(dòng) LM016L。 LCD顯示電路如圖 。上拉電阻就是將不確定的信號(hào)通過一個(gè)電阻鉗位在高電平！電阻同時(shí)起限流作用，簡(jiǎn)而言之，就是將電源高電平引出的電阻接到輸出。而單片機(jī)的 P0口設(shè)計(jì)是漏極開路。而 P P P3口內(nèi)部輸出電路中 有上拉電阻，故不需要接上拉電阻。而在 Protues仿真時(shí)，接與不接效果一樣，但在實(shí)際中遵循這一原理。 對(duì)于上拉 電 阻阻值的選擇，從節(jié)約功耗 及芯片拉電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大，電阻大，電流?。粡拇_保足夠的 驅(qū)動(dòng) 電流 考慮應(yīng)當(dāng)足夠小，電阻小，電流大；對(duì)于高速電路，過大的上拉電阻可能邊緣變平緩。故本設(shè)計(jì)選取 10k電阻阻值 。 內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分： 第一部分是電荷泵電路。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源，提供給 RS232 串口電平的需要。由 1 1 1 14 腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道 。 8 腳（ R2IN）、 9腳（ R2OUT）、 10腳（ T2IN）、7 腳（ T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。 第三部分是供電。 MAX 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 19 圖 MAX232 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 所示 。 MAX232 的特點(diǎn)有： 符合所有的 RS232C 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) ； 只需要單一 +5V 電源供電 ； 片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生 +10V 和 10V 電壓 V+、V； 功耗低，典型供電電流 5mA； 內(nèi)部集成 2個(gè) RS232C 驅(qū)動(dòng)器 ； 高集成度，片外最低只需 4 個(gè)電容即可工作。如選他 T1IN 接單片機(jī)的發(fā)送端 TXD，則 PC 機(jī)、的RS— 232 的接收端 RD 一定要對(duì)應(yīng)接 T1OUT 引腳。 同時(shí)，RS232 接口電平轉(zhuǎn)換芯片 電容均為去耦電容，用在電源和地之間 。由于在 Pc機(jī)上的 COM口采用的是 RS232電平，而單片機(jī)串行接口采用的 TTL電平。轉(zhuǎn)換的方法可選擇集成電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232來進(jìn)行 RS232與 TTL電平轉(zhuǎn)換，也可以使用分立元件組成電平轉(zhuǎn)換電路。 MAX232的工作電平高于收發(fā)器的工作電壓，需要進(jìn)行電壓抬升。而 VCC和 GND之間的電容則是為了防止電荷泵的電源變化影響到前端，同時(shí)，用在 VCC和 GND之間有三方面原因。 4個(gè)電容構(gòu)成電荷泵電路，產(chǎn)生 +12v和 12v兩個(gè)電源，提供給 RS232串口電平的需要， 4個(gè)電容 均 選取 。其 內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可 以 根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通 8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。一般在硬件仿真時(shí)采用 ADC0808 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時(shí)采用 ADC0809 進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 。 它的 引腳的排列及其功能 ，其引腳圖 如圖 所示。 ALE：地址鎖存信號(hào)。 D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。 OE：輸出允許信號(hào)，高電平有效。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。 Vcc： +5V電源。 Verf：參考電壓。 表 通道 選擇 通道選擇 ADDA ADDB ADDC 通道選擇 ADDA ADDB ADDC IN0 0 0 0 IN4 0 0 1 IN1 1 0 0 IN5 1 0 1 IN2 0 1 0 IN6 0 1 1 IN3 1 1 0 IN7 1 1 1 ADC0808 時(shí)序圖及其接口電路 ADC0808 的時(shí)序圖如圖 所示： 圖 ADC0808 的時(shí)序圖 其工作過程是： ALE 的上升沿將 A、 B、 C 端選擇的通道地址鎖存到 8 位A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入端。 A/D 轉(zhuǎn)換開始使 EOC 端輸出低電平。該信號(hào)通?？勺鳛橹袛嗌暾?qǐng)信號(hào)。 OE 端為高電平時(shí)，可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。 ADC0808 與 AT89C51 單片機(jī)的接口方式，如圖 所示 。地址譯碼引腳 A、 B、 C 分別與地址總線低三位 A0、 A A2 相連，以選通 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)。 當(dāng) P1^0 輸入高電平， P1^2 輸入低電平時(shí)， ADC0808 采集 IN1 引腳所傳輸?shù)哪M電壓。 ADC0808 轉(zhuǎn)換過程中， 首先輸入 3 位地址，并使 ALE=1，將地址存入 地址鎖存器 中。START 上升沿將逐次逼近 寄存器 復(fù)位。直到 A/D 轉(zhuǎn)換完成， EOC 變?yōu)楦唠娖?，指?A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入 鎖存器 ，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng) 。 ADC0808 轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于芯片的時(shí)鐘頻率，一般時(shí)鐘頻率選取在10kHz~650kHz，通常選取 500kHz，此時(shí) Tconv=128us。本系統(tǒng)是一個(gè)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)， 3 路電壓表測(cè)量 3 個(gè)不同滑動(dòng)變阻器間電壓值，將采集到的模擬電壓值通過 ADC0808 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓，并在 LCD 上面顯示，通過串口發(fā)送到上位機(jī)。系統(tǒng)中復(fù)位電路，采用的是按鈕復(fù)位電路，通過 RC 振蕩電路實(shí)現(xiàn)內(nèi)部振蕩 。通信電路采用的是 MAX232電平轉(zhuǎn)換 ，實(shí)現(xiàn)串行通信。 4 軟件部分 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)有主函數(shù)模塊、 LCD 驅(qū)動(dòng)模塊、 A/D 轉(zhuǎn)換器模塊、串口通信模塊組成。 當(dāng)GATE=0 時(shí)，經(jīng)非門后，或門輸出 1，這樣 TR0 將控制定時(shí)器的啟動(dòng)和關(guān)閉，這時(shí)，如果 TR0=1 時(shí)，按同控制開關(guān)定時(shí)器從初值開始計(jì)數(shù)直到溢出，溢出時(shí)，16 位 16 位加計(jì)數(shù)器為 0， TF0 置位，申請(qǐng)中斷。程序設(shè)計(jì)為 申請(qǐng)中斷，故，初值 TH0=0x3C,TL0=0Xb0，開總中斷， 當(dāng)程序執(zhí)行 時(shí)，執(zhí)行中斷服 務(wù)程序，中斷服務(wù)程序工作寄存組采用 1 組，服務(wù)程序中，采用5 次中斷服務(wù)程序，執(zhí)行允許向 LCD 發(fā)送數(shù)據(jù)。 向串口發(fā)送數(shù)據(jù)子程序 chuan () 。 其流程圖如 所示 。但 CPU響應(yīng)中斷時(shí)不會(huì)自動(dòng)清除。調(diào)用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，也可以將采集到的數(shù)據(jù)自動(dòng)繪制出曲線圖，以便可以更直觀的觀察數(shù)據(jù) 變化 登陸系統(tǒng) 和主界面 打開軟件，進(jìn)入登陸界面 如圖 。 圖 登陸流程圖 打開上位機(jī)進(jìn)入登陸系統(tǒng)，在登陸系統(tǒng)中的賬號(hào)和密碼處輸入正確的賬號(hào)和密碼便可進(jìn)入上位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)界面，否則將彈出 對(duì)話框 如圖 所示。也可以在登陸界面點(diǎn)擊修改密碼，進(jìn)行密碼修改 。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)置了一個(gè)萬能密碼，不管系統(tǒng)在任何狀態(tài)下，登陸此密碼均能成功登陸。密碼修改窗體中通過三個(gè)標(biāo)簽用來顯示輸入項(xiàng)的類型，通過三個(gè)text 文本框來輸入原密碼和新密碼，以及新密碼重復(fù)。用一個(gè)標(biāo)簽充當(dāng)按鈕，當(dāng)鼠標(biāo)移到按鈕上面時(shí)，按鈕顯示 嫩綠色，移動(dòng)鼠標(biāo)后為黑色。 圖 密碼修改窗體 如果原密碼和新密碼均正確輸入，點(diǎn)擊確定后，在 6秒內(nèi)自動(dòng)退出回到登陸界面，否則提示輸入數(shù)值錯(cuò)誤。 登陸成功后，便進(jìn)入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主界面 如圖 所示。當(dāng)點(diǎn)擊采集數(shù)據(jù)時(shí)，通過串口傳輸上來的數(shù)據(jù)保存在一個(gè)文本框中，并保存在各個(gè)數(shù)據(jù)庫中，以便能夠更 方便 的調(diào)用、處理這些數(shù)據(jù)。當(dāng)生成主界面時(shí)，登陸界面便自動(dòng)銷毀。從而達(dá)到無法執(zhí)行按鈕背后的語句。電壓值數(shù)據(jù)是從數(shù)據(jù)庫中取出來的，采集時(shí)間、日期分別是用對(duì) label的屬性設(shè)置為時(shí)間、日期達(dá)到顯示時(shí)間、日期的目的。當(dāng)通信事件發(fā)生時(shí)， MSConma控件會(huì)觸發(fā)OnComm事件，調(diào)用者可以捕獲該事件，通過檢查其 CommEveut屬性便可確認(rèn)發(fā)生的是哪種事件或錯(cuò)誤，從麗再傲相應(yīng)的處理。 （ 2)SetSu39。其 30 中波特率的范圍為 300～ 19200b/s。 （ 4)Inputk決定每次 Input讀入的字符個(gè)數(shù)，缺省為 O，表示讀取接收緩沖區(qū)的 全部?jī)?nèi)容。 （ 6)lnputMode定義 Input屬性獲得數(shù)據(jù)的方式； 0為文本； l為二進(jìn)制。 圖 主界面顯示圖 數(shù)據(jù)以每秒一次的速度更新，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)沒發(fā)生改變時(shí)，界面上電壓的值不會(huì)發(fā)生改變。 實(shí)時(shí)曲線 點(diǎn)擊 “ 歷史曲線 ” ，便進(jìn)入了每個(gè)通道歷史數(shù)據(jù)的曲線顯示 。所以實(shí)時(shí)曲線反應(yīng)的只能是最近 7 次的數(shù)據(jù)。每一條線后面都對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)點(diǎn)，當(dāng)程序沒運(yùn)行 1000ms 時(shí)，第 6 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)將賦 31 值給第 7 個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將賦值給第一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。在通過對(duì)曲線橫向坐標(biāo)間距的測(cè)量（橫向坐標(biāo)間距固定），縱向坐標(biāo)的值不斷的改變。 當(dāng)點(diǎn)擊通路 1時(shí)，界面顯示通路1的數(shù)據(jù)曲線；當(dāng)點(diǎn)擊通路 2時(shí)，界面顯示通路 2的數(shù)據(jù)曲線；當(dāng)點(diǎn)擊通路 3時(shí)，界面顯示通路 3的數(shù)據(jù)曲線。 圖 通路 1實(shí)時(shí)曲線 當(dāng)點(diǎn)擊通路 1 時(shí)，顯示通路 1的實(shí)時(shí)曲線。為了達(dá)到同時(shí)顯示 7個(gè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)曲線，并達(dá)到動(dòng)態(tài)的效果。由于每一秒產(chǎn)生一個(gè)新的數(shù)據(jù)，首先判斷產(chǎn)生數(shù)據(jù)的通路，根據(jù)通路選擇存 儲(chǔ)在某一數(shù)據(jù)庫中。為了結(jié)合曲線，將曲線的每一條線的坐標(biāo)數(shù)據(jù)算出（由于橫坐標(biāo)不變，根據(jù)縱坐標(biāo)的變化）將每一個(gè)數(shù)據(jù)庫中的值分別賦值給每一條曲線的縱軸。 在根據(jù)不同的按鈕，顯示不同通路的曲線。 32 圖 通路 2實(shí)時(shí)曲線 圖 通路 3實(shí)時(shí)曲線 33 5 調(diào)試 與 結(jié)果 該 系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。上位機(jī)調(diào)試是根據(jù)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的功能進(jìn)行調(diào)試，同時(shí)保證程序的無誤。在硬件系統(tǒng)中，通過硬件電路和程序結(jié)合，通過每隔 1 秒，在