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基于單片機(jī)的離散量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文-閱讀頁(yè)

2025-08-04 11:45本頁(yè)面
  

【正文】 電路圖 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 17 輸入模塊 在輸入模塊中,本次設(shè)計(jì)用的是 八位三態(tài) 同 相輸出總線緩沖器 74HC541 芯片,它能很好的 將外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放,以便處理器將它取走 。由于緩沖器接在數(shù)據(jù)總線上,故必須具有三態(tài)輸出功能。 圖 74HC541 引腳圖 圖 74HC541 原理圖 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 18 表 74HC541 功能表 輸入 輸出 OE1 OE2 An Yn L L L L L L H H X H X Z H X X Z L 為低電平 ; H 為高電平 ; X 為任何電平 ; Z 為高阻態(tài) 。在本次設(shè)計(jì)中, OE1 引腳接地, OE2 引腳接單片機(jī)的 P2 口,2個(gè) 74HC541 芯片對(duì)應(yīng)接 和 口,通過單片機(jī)發(fā)出的指令來控制 74HC541芯片的導(dǎo)通與阻斷。主要起到協(xié)調(diào)和 緩沖作用,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。 圖 74HC541 電路圖 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 19 輸出模塊 在輸出模塊中,本次設(shè)計(jì)用的 是鎖存器 74HC574 芯片。鎖存器是一種對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路,它可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。輸出端的狀態(tài)不會(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化,只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出,直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。典型的邏輯電路是 D 觸發(fā)器。 圖 74HC574 引腳 圖 圖 74HC574 原理 圖 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 20 表 74HC574 功能表 輸入 輸出 ENA ALE Dn Qn L ? L L L ? H H H ? L Z H ? H Z L 為低電平 ; H 為高電平 ; ? 為上升沿 ; Z 為高阻態(tài) 。在本次設(shè)計(jì)中, ENA 引腳接地, ALE 引腳接單片機(jī)的 P2口, 2 個(gè) 74HC574 芯片對(duì)應(yīng)接 和 口,通過單片機(jī)發(fā)出的指令來控制74HC574 芯片的導(dǎo)通與阻斷。 具體電路如 圖 所示。 ( 1)并行通信 并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送,可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。 ( 2)串行通信 串行通信時(shí)數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送,只用很少幾根通信線,串行傳送的速度低,但傳送的距離可以很長(zhǎng),因此串行適用于長(zhǎng)距離而速度要求不高的場(chǎng)合。只有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。通信雙方都可以發(fā)送(接收)信息,但不能同時(shí)雙向發(fā)送。 ( 3)全雙工通信。全雙工通信的效率最高,但控制相對(duì)復(fù)雜一些,系統(tǒng)造價(jià)也較高。 串行通信中,傳輸速率用每秒中傳送的位數(shù)(位 /秒)來表示,稱之為波特率( bps)。 RS232 電平介紹 單片機(jī)是一種數(shù)字集成芯片,數(shù)字電路中只有兩種電 平:高電平和低電平。計(jì)算機(jī)的串口為RS232C 電平,其中高電平為 12 V,低電平為 +12V。 MAX232 芯片介紹 MAX232 芯片就是實(shí)現(xiàn) RS232 電平與 TTL 電平轉(zhuǎn)換的。 所以,采用沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 22 此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要單一的 +5V 電源就可以了。 其引腳圖和原理圖分別如 圖 、圖 所示。在實(shí)際應(yīng)用中,器件對(duì)電源噪聲很敏感,因此 VCC必須要對(duì)地加去耦電容 C5,其值為 F。芯片的下半部分為發(fā)送和接收部分。 現(xiàn)從 MAX232 芯片中兩路發(fā)送,接受中選擇一路作為接口。如使 T1IN 連接單片機(jī)的發(fā)送端 TXD,則 PC 機(jī)的 RS232 接收端RXD一定要對(duì)應(yīng)接 T1OUT引腳。 其數(shù)據(jù)傳輸過程如下: MAX232 的 11 引腳 T1IN 接單片機(jī) TXD 端 , TTL電平從單片機(jī)的 TXD 端發(fā)送,經(jīng)過 MAX232 轉(zhuǎn)換為 RS232 電平后從 MAX232 的14 引腳 T1OUT發(fā)出,在連接到實(shí)驗(yàn)板上串口座的 3 引腳,在經(jīng)過交叉串口線后,連接至 PC 機(jī)的串口座的第 2 引腳 RXD 端,至此計(jì) 算機(jī)接收到數(shù)據(jù)。 圖 串行口通信模塊電路圖 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 24 設(shè)備選型 綜上所述,離散采集系統(tǒng)具體的設(shè)備選型如表 所示。 采用模塊化設(shè)計(jì)方法以后 , 依據(jù)系統(tǒng)的功能要求將軟件的初始化模塊、 中斷模塊、主程序 模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試,然后把它們連接起來,進(jìn)行總調(diào)。 模塊化設(shè)計(jì) 有一下優(yōu)點(diǎn) :無(wú)論是硬件還是軟件,每一個(gè)模塊都相對(duì)獨(dú)立,故能獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)、研制、調(diào)試和修改,從而使復(fù)雜的 工作得以簡(jiǎn)化。上述各種研制調(diào)試完成之后,還需要將它們按一定的方法連接起來,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù) 輸入 、傳輸、處理和輸出等各種功能。我采用的是 C 語(yǔ)言和 VB 語(yǔ)言。 C 語(yǔ)言介紹 軟件設(shè)計(jì)是技術(shù)的關(guān)鍵,簡(jiǎn)潔的硬件配置是靠軟件來支撐的,軟件編制一般按沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 26 功能來劃分,做到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化,并便于功能的擴(kuò)充。 C 語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn),并具備匯編語(yǔ)言的功能。用 C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。匯編語(yǔ)言掌握到只要可以讀懂程序,在時(shí)間要求比較嚴(yán)格的模塊中進(jìn)行程序的優(yōu)化即可。采用 C 語(yǔ)言可以很容易地進(jìn)行單片機(jī)的程序移植工作,有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型。 因此用 C 語(yǔ)言作為主語(yǔ)言,調(diào)用匯編語(yǔ)言編寫子模塊,二者相互結(jié)合,可以提高程序執(zhí)行速度和效率,達(dá)到事半功倍的效果。 VB 介紹 VB是 Visual Basic 的簡(jiǎn)稱,是由美國(guó)微軟公司于 1991年開發(fā) 的一種可視化的、沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 27 面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。在 Visual Basic 環(huán)境下,利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具,使用 Windows 內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口( API)函數(shù),動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)( DLL)、對(duì)象的鏈接與嵌入( OLE)、開放式數(shù)據(jù)連接( ODBC)等技術(shù),可以高效、快速地開發(fā) Windows 環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)功能,將整體程序劃分為主程序、初始化和中斷三部分。主程序與中斷是通過中間變量 rdBUFF 和 wrBUFF 連接的。 表 通信指令格式 指令 功能 舉例 舉例 發(fā)送 返回 備注 0x010x30 按位讀輸入 0x0A 是輸入第 10 通道 0x01 0x00 或0x01 0x310x34 按字節(jié)讀輸入 0x31是讀 18通道組成的字節(jié) 0x31 一個(gè)字節(jié) 第一通道對(duì)應(yīng)字節(jié)最低位 0x35 讀所有通道 0x37 讀所有通道 0x37 六個(gè)字節(jié) 0x710x80 按位輸出置零 0x71是把輸出通道 1置低 0x71 無(wú) 0x810x90 按位輸出置一 0x81是把輸出通道 1置高 0x81 無(wú) 0x910x92 按字節(jié)輸出 0x91是輸出 18通道組成的字節(jié) 0x91+一個(gè)字節(jié) 無(wú) 第一通道對(duì)應(yīng)字節(jié)最低位 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 28 指令 功能 舉例 舉例 發(fā)送 返回 備注 0x93 按字節(jié)輸出所有 0x93 是輸出 116 通道的兩個(gè)字節(jié) 0x93+兩個(gè)字節(jié) 無(wú) 第一通道對(duì)應(yīng)第一字節(jié)最低位,第九通道對(duì)應(yīng)第二字節(jié)最低位 主程序設(shè)計(jì)部分 主程序主要是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。主程序流程圖如圖 所示。初始化流程圖如圖 所示。如果沒有中斷技術(shù), CPU 的大量事件可能會(huì)浪費(fèi)在原地踏步的查詢操 作上。本次設(shè)計(jì)的中斷系統(tǒng)主要執(zhí)行的單片機(jī)讀寫數(shù)據(jù)操作準(zhǔn)備。即當(dāng)有中斷發(fā)生時(shí),單片機(jī)的硬件會(huì)保存當(dāng)前的程序指針 (PC),之后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到中斷程序入口執(zhí)行中斷函數(shù)代碼,執(zhí)行完之后在返回 PC 指向的程序地址繼續(xù)運(yùn)行之前的代碼。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 30 中 斷 入 口當(dāng) 前 是 否 為 命 令 狀 態(tài)當(dāng) 前 值 是 否 小 于 0 x 3 6Y當(dāng) 前 值 是 否 等 于 0 x 3 5Y讀 所 有 輸 入通 道返 回當(dāng) 前 值 是 否 小 于 0 x 8 1N按 位 寫 輸 出 0當(dāng) 前 值 是 否 小 于 0 x 9 1NY按 位 寫 輸 出 1Y當(dāng) 前 值 是 否 小 于 0 x 9 3一 個(gè) 字 節(jié) 寫輸 出Y輸 入 值 是 否 大 于 0 x 1 0NY按 字 節(jié) 讀 輸入YN按 位 讀 輸 入兩 個(gè) 字 節(jié) 寫輸 出NN將 參 數(shù) 狀 態(tài)下 的 輸 入 值賦 給 w r B U F FN更 改 為 命 令狀 態(tài) 圖 中斷程序設(shè)計(jì)流程圖 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 31 上位機(jī)軟件方案設(shè)計(jì) 圖 VB 界面設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中的 VB 界面主要分為三 個(gè)部分,第一個(gè)是數(shù)據(jù)輸出部分,第二個(gè)是數(shù)據(jù)采集部分,第三個(gè)是系統(tǒng)運(yùn)行的按鈕部分。數(shù)據(jù)輸出部分根據(jù)下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)分為按位輸出、按字節(jié)輸出和全部輸出三個(gè)部分。在按位輸出這種輸出方式中,只要在 DO 0—DO 15 的文本框中寫 入 1 或 0 就可以把數(shù)據(jù)發(fā)送給下位機(jī)的對(duì)應(yīng)接口中。 其次是數(shù)據(jù)采集部分,數(shù)據(jù)采集部分的三種采集方式也是互相排斥的。 最后是運(yùn)行部分,運(yùn)行部分有發(fā)送按鈕、運(yùn)行按鈕、結(jié)束按鈕。對(duì)于運(yùn)行按鈕的編程,是要在程序里編寫一個(gè)計(jì)時(shí)器,作用是讓數(shù)據(jù)采集的顯示部分可以每 100ms 采集一次下位機(jī)采集上來的數(shù)據(jù)。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 32 5 系統(tǒng)集成與調(diào)試 調(diào)試的任務(wù)主要包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián)調(diào)。在調(diào)試中找出缺陷 ,判斷故障源,對(duì)硬、軟件做出修改,反復(fù)進(jìn)行這一過程,直至確信沒有錯(cuò)誤之后,接入單片機(jī)進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)。 Keil是目前最流行的 51 單片機(jī)開發(fā)軟件。這樣在開發(fā)應(yīng)用軟件的過程中,編輯、編譯、匯 編、連接、調(diào)試等各階段都集成在一個(gè)環(huán)境中,先用編輯器進(jìn)行編寫程序,接著調(diào)用編譯器進(jìn)行編譯,連接后即可直接運(yùn)行。 美 國(guó) Keil Software 公司多年來致力于單片機(jī) C 語(yǔ)言編譯器的研究,該公司開發(fā)的 Keil Cx51 是一種專門為單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率 C 語(yǔ)言編譯器,符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn),生成的程序代碼運(yùn)行效率極高,所需要的存儲(chǔ)器空間極小,完全可以和匯編語(yǔ)言相媲美。 Cx51 已被完全集成到一個(gè)功能強(qiáng)大的全新集成開發(fā)環(huán)境 μVision2 中,其中包括項(xiàng)目( project)管理器、 Cx51 編譯器、 Ax51 宏匯編器、 BL51/Lx51 連接定位器、 RTX51 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、 Simulator 軟件模擬器以及 Monitor51 硬件目標(biāo)調(diào)試器 等 ,所有這些功能均可在 μVision2 提供的單一而又靈活的開發(fā)環(huán)境中極為簡(jiǎn)便地進(jìn)行操作。軟件部分包括 主 程序、 初始化 程序、 中斷 程序 等 。 軟件調(diào)試中整個(gè)測(cè)試過程 通過 Keil 調(diào)試??v觀整個(gè)電路板,主要分為 四 大部分,分別是單片機(jī)部分、 輸入部分、輸出 部分 和電平轉(zhuǎn)換部分 ,其他就是輔助的小規(guī) 模電路。在調(diào)試中繼續(xù)找出單獨(dú)調(diào)試中無(wú)法顯現(xiàn)的故障,反復(fù)進(jìn)行改進(jìn)軟件、修改硬件設(shè)計(jì)的工作, 反復(fù)對(duì)單片機(jī)是否能接收和發(fā)送信號(hào)進(jìn)行核對(duì)和調(diào)試,當(dāng)單片機(jī)能夠接收從開關(guān)那采集來的信號(hào),而且能發(fā)送信號(hào),使輸出高電平,控制繼電器,從而控制燈的亮滅,達(dá) 到所設(shè)計(jì)的 臺(tái)球收費(fèi)系統(tǒng)達(dá)到現(xiàn)實(shí)所需要的性能要求 , 最后與上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)通信,通信成功 才能進(jìn)行最后的軟件固化與整機(jī)的組裝工作 。 故障調(diào)試及解決方法 ( 1) 檢測(cè)單片機(jī)的 TXD 和 RXD 引腳時(shí)沒有信號(hào) ; 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 34 原因分析及解決方法:電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 與串口連線錯(cuò)誤,未能進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。 ( 2) 單片機(jī)不能正常復(fù)位 ; 原因分析及解決方法:經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)復(fù)位電路的 +5V 電源接錯(cuò)地方,重新焊接到電容和電阻中間。 ( 4) 不能采集到從輸入部分傳來的信號(hào) ; 原因分析及解決方法:光電耦合器的 COM 接地端沒有接地,懸空。所以,光電耦合器的接地端要接地,并且不能與系統(tǒng)板共地,應(yīng)接在與輸入端的電源對(duì)應(yīng)的地上。在上位機(jī)發(fā)來指令后,下位機(jī)可以根據(jù)上位機(jī)的指令來采集數(shù)據(jù)。基本實(shí)現(xiàn)了功能。將 PC 機(jī)作為上位機(jī),對(duì)下位機(jī)進(jìn)行控制。 由于時(shí)間和個(gè)人能力所限,本論文 及設(shè)計(jì)還存在著 不足之處,研究深度和廣度也有所欠缺 ,懇請(qǐng)各位專家、學(xué)者、老師和 同學(xué)給予批評(píng)指導(dǎo)。 沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 36 參考文獻(xiàn) [1] 馬忠梅 籍順心 張凱 馬巖 . 單片機(jī)的 C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì) . 北京航空航天大學(xué)出版社 . 20xx [2] 譚浩強(qiáng) . C 程序設(shè)計(jì) . 北京 : 清華大學(xué)出版社 , 1999 [3] 周新華 . 單片機(jī)智能化產(chǎn)
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