基于單片機(jī)的模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 T2CON控制位以EXEN2來選擇兩種方式。如果ExEN2=0，定時器2是一個16位定時器或計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)溢出時，對T2CON溢出標(biāo)志TFZ置位，同到激活中斷。如果EXEN2=1，定時器2完成相同的操作，而當(dāng)T2EX引腳外部輸入信號發(fā)生l至0負(fù)跳變時，也出現(xiàn)TH2和TL2中的值分別被捕獲到RCAP2H和RCAP2L中．另外，T2EX引腳信號的跳變使得T2CON中的EXF2置位，與TF2相仿，EXF2也會激活中斷。自動重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)器）方式：當(dāng)定時器2工作于16位自動重裝載方式時，能對其編程為向上或向下計(jì)數(shù)方式，這個功能可通過特殊功能寄存器T2CON（見表5）的DCEN位（允許向下計(jì)數(shù)）來選擇的。復(fù)位時，DCEN位置“0 ，定時器2默認(rèn)設(shè)置為向上計(jì)數(shù)。當(dāng)DCEN置位時，定時器2既可向上計(jì)數(shù)也可向下計(jì)數(shù)，這取決于T2EX引腳的值，參見圖5 ，當(dāng)DCEN=0時，定時器2自動設(shè)置為向上計(jì)數(shù)，在這種方式下，T2CON中的EXEN2控制位有兩種選擇，若EXEN2，定時器2為向上計(jì)數(shù)至OFFFFH溢出，置位TF2激活中斷，同時把16位計(jì)數(shù)寄存器RCAP2H和RCAP2L重裝載，RCAP2H 和RCAP2L的值可由軟件預(yù)置。若EXEN2=1 ，定時器2的16位重裝載由溢出或外部輸入端T2EX從1至0的下降沿觸發(fā)。這個脈沖使EXF2置位，如果中斷允許，同樣產(chǎn)生中斷。當(dāng)DCEN=1時，允許定時器2向上或向下計(jì)數(shù)，如圖6所示。這種方式下，T2EX引腳控制計(jì)數(shù)器方向。T2EX以引腳為邏輯“1”時．定時器向上計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)OFFFFH向上溢出時，置位TF2，同時把16位計(jì)數(shù)寄存器RCAP2H和RCAP2L 重裝載到TH2和TL2中。T2EX引腳為邏輯“0”時，定時器2向下計(jì)數(shù)．當(dāng)TH2和TL2中的數(shù)值等于RCAP2H 和RCAP2L中的值時，計(jì)數(shù)溢出，置位TF2,司時將OFFFFH數(shù)值重新裝入定時寄存器中。當(dāng)定時了計(jì)數(shù)器2向上滋出或向下溢出時，置位ExF2位。波特率發(fā)生器：當(dāng)T2CON創(chuàng)（表3）中的TCLK以和RCLK置位時，定時/計(jì)數(shù)器2作為波特率發(fā)生器使用。如果定時/計(jì)數(shù)器2作為發(fā)送器或接收器．其發(fā)送和接收的波特率可以是不同的，定時器1用于其它功能，如圖7所示。若RCLK和TCLK置位，則定時器2工作于波特率發(fā)生器方式。特率發(fā)生器的方式與自動重裝載方式相仿，在此方式下，TH2翻轉(zhuǎn)使定時器2的寄存器用RCAP2H和RCAP2L中的16位數(shù)值重新裝載，該數(shù)值由軟件設(shè)置定時器既能工作于定時方式也能工作于計(jì)數(shù)方式，在大多數(shù)的應(yīng)用中，勝作在定時方式（C/T2=0 ) 。定時器2作為波特率發(fā)生器時，與作為定時器的操作是不同的，通常作為定時器時，在每個機(jī)器周期（1/12 振蕩頻率）寄存器的值加1, 而作為波特率發(fā)生器使用時，在每個狀態(tài)時間（1/2 振蕩頻率）寄存器的值加1。定時器2作為波特率發(fā)生器使用的電路如圖7所示。T2CON中的RCLK或TCLK=1時，波特率工作方式才有效。在波特率發(fā)生器工作方式中，TH2翻轉(zhuǎn)不能使TF2置位，故而不產(chǎn)生中斷：但若EXEN2 置位，且T2EX 端產(chǎn)生由l至0的負(fù)跳變，則會使ExF2置位，此時并不能將(RCAP2H, RCAP2L)的內(nèi)容重新裝入TH2和TL2中。所以當(dāng)定時器2作為波特率發(fā)生器使用時，T2EX可作為附加的外部中斷源來使用。需要注意的是，當(dāng)定時器2 工作于波特頻率器時，作為定時器運(yùn)行（TR2=1）時，并不能訪問TH2和TL2 。因?yàn)榇藭r每個狀態(tài)時間定時器都會加1，對其讀寫將得到一個不確定的數(shù)值。然而，對RCAP2則可讀而不可寫，因?yàn)閷懭氩僮鲗⑹侵匦卵b載，寫入操作可能令寫和/或重裝載出錯．在訪問定時器2或RCAP2寄存器之前，應(yīng)將定時器關(guān)閉（清除TR2）?？删幊虝r鐘輸出： 輸出一個占空比為50%的時鐘信號，如圖8 所示．，還可以通過編程使其作為定時/計(jì)數(shù)器2的外部時鐘輸入和輸出占空比50%的時鐘脈沖,當(dāng)時鐘振蕩頻率為16MHz時，輸出時鐘頻率范圍為6lH4MHz 。在時鐘輸出方式下，定時器2的翻轉(zhuǎn)不會產(chǎn)生中斷，這個特性與作為波特率發(fā)生器使用時相仿。定時器2作為波恃率發(fā)生器使用時，還可作為時鐘發(fā)生器使用，但需要注意的是波特率和時鐘輸出頻率不能分開確定，這是因?yàn)樗鼈兺褂肦CAP2L和RCAP2L 。 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)由時鐘電路與復(fù)位電路構(gòu)成，它是單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)的核心部分，也單片機(jī)平臺開發(fā)的基礎(chǔ)。復(fù)位電路RST引腳是復(fù)位信號的輸入端，高電平有效。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作。單片機(jī)在啟動運(yùn)行時，都需要先復(fù)位，其作用是使CPU和系統(tǒng)中其他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，只要給RESET引腳加上2個及其周期以上的高電平信號，就可使MCS51單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位相當(dāng)于系統(tǒng)的重新啟動，可以擺脫系統(tǒng)錯誤或死鎖狀態(tài)。只要該引腳保持高電平，單片機(jī)便循環(huán)復(fù)位，當(dāng)該引腳變低后，單片機(jī)由ROM的0000H開始執(zhí)行程序。復(fù)位操作不影響內(nèi)部RAM的內(nèi)容。單片機(jī)復(fù)位方式由上電自動復(fù)位和手工復(fù)位兩種，本設(shè)計(jì)采用的是手工按鈕復(fù)位。 按鈕復(fù)位電路時鐘電路時鐘電路用于產(chǎn)生MCS51單片機(jī)工作時所必須的時鐘信號。時鐘是時序的基礎(chǔ)，為保證同步工作方式的實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下，嚴(yán)格地按時序執(zhí)行指令進(jìn)行工作。因此，時鐘頻率和質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的速度和穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有內(nèi)部時鐘和外部時鐘方式。本系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式。 內(nèi)部方式時鐘產(chǎn)生電路單片機(jī)片內(nèi)由一個反向放大器構(gòu)成振蕩器，可以由它產(chǎn)生時鐘。該反相放大器的輸入端為引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳外接石英晶體振蕩器作為定時元件，內(nèi)部反向放大器自激振蕩，產(chǎn)生時鐘。C1，C2對頻率有微調(diào)作用。C1和C2值選擇為30PF。在實(shí)際連接中，為了減少寄生電容，更好地保證振蕩器穩(wěn)定，振蕩器和電容應(yīng)盡可能安裝得與單片機(jī)芯片靠近。 A/D轉(zhuǎn)換模塊A/D轉(zhuǎn)換是利用ADC0808芯片，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便于單片機(jī)對信號的接受，以及處理。 A/D轉(zhuǎn)換電壓信號是模擬信號，要將其進(jìn)行采集，必須將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，本設(shè)計(jì)應(yīng)用到ADC0808芯片。將傳送來的模擬信號轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號，若是多路的，ADC0808可以逐次的進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而完成多路采集的目的。 ADC0808介紹ADC0808是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個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，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0808是ADC0809的簡化版本，功能基本相同。一般在硬件仿真時采用ADC0808進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)際使用時采用ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 ADC0808管腳圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0808是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，它有8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型A/D轉(zhuǎn)換器。 引腳功能（外部特性）ADC0808芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝。1～5，26～28（IN0～I(xiàn)N7）：8路模擬量輸入端。 8，14，15，17～21：8位數(shù)字量輸出端。 22（ALE）：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 6（START）： A／D轉(zhuǎn)換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換）。 7（EOC）： A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸出一個高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 9（OE）：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。 10（CLK）：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHZ。 12（VREF（+））、16（VREF（））：參考電壓輸入端。 11（Vcc）：主電源輸入端。 13（GND）：地。 23～25（ADDA、ADDB、ADDC）：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路 。極限參數(shù)：電源電壓（Vcc）： 。控制端輸入電壓：—～15V 。其它輸入和輸出端電壓：～Vcc+ 。貯存溫度：—65℃～+150℃ 。功耗（T=+25℃）：875mW 。引線焊接溫度：①氣相焊接（60s）：215℃；②紅外焊接(15s)：220℃ 。抗靜電強(qiáng)度：400V。 ADC0808引腳結(jié)構(gòu)EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。地址輸入和控制線：ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B和C為地址輸入線，用于選通IN0－IN7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如下表所示。CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0808芯片與單片機(jī)連接如圖。 A/D轉(zhuǎn)換與單片機(jī)連接圖 輸入模塊在輸入模塊中，外界直接引入電源，通過可變電阻，來調(diào)節(jié)輸出的電壓值。 輸入電路電源由5V電壓供給，通過滑動變阻器，使其在0——5V間變換，因?yàn)锳DC0808可以接收的電壓在0——5V間，我們需要采集的就是滑動變阻器兩端的電壓值。輸入信號的下端與ADC0808相連，來將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，供給單片機(jī)的使用。 串口模塊RS232 模擬信號采集系統(tǒng)的上位機(jī)和下位機(jī)是通過串口相連，制定標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的。這里用的串口型號是RS232。其電氣特性為：RS232上傳送的數(shù)字量采用負(fù)邏輯，且與地對稱；在TXD和RXD上：邏輯1（MARK）=3V～15V；邏輯0（SPACE）=+3～＋15V；信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V；信號無效（接通，OFF狀態(tài)，正電壓）=3V～15V。由于RS232并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了DB2DB15和DB9各種類型的連接器。在本次設(shè)計(jì)中用的是DB9連接器。 DB9引腳圖 DB9針號功能表1數(shù)據(jù)載波檢測DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備DTR5信號地GND 6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR7請求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL串口通信最為簡單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)（TXD）和發(fā)送數(shù)據(jù)（RXD）三腳相連。RS232是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在RS232與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。MAX232MAX232芯片是專門為電腦的RS232串口設(shè)計(jì)的接口電路,使用+5V電源供電。、。 MAX232引腳圖 MAX232原理圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個部分：第一部分是電荷泵電路。由6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12V和12V兩個電源，提供給RS232串口電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由11114腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(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。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5V）。 串口通信模塊電路圖 電源模塊 本設(shè)計(jì)的電源通過計(jì)算機(jī)的USB口供給，使用套件提供的USB,A轉(zhuǎn)B口電纜連接計(jì)算機(jī)USB口與設(shè)計(jì)板即可。其次選擇USB是考慮到它的一下有點(diǎn)：（1）USB為所有的USB外設(shè)提供了單一的、易于使用的標(biāo)準(zhǔn)的連接類型。這樣一來就簡化了USB外設(shè)的設(shè)計(jì)，同時也簡化了用戶在判斷哪個插頭對應(yīng)哪個插槽的任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了單一的數(shù)據(jù)通用接口。（2）整個的USB的系統(tǒng)只有一個端口和一個中斷，節(jié)省了系統(tǒng)資源。（3）USB支持熱插拔和PNP，也就是說在不關(guān)閉PC的情況下可以安全的插上的斷開USB設(shè)備，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)動態(tài)地檢測外設(shè)的插拔，并且動態(tài)地加載驅(qū)動程序。其他普通的外圍連接標(biāo)準(zhǔn)，如SCSI設(shè)備等必須在關(guān)掉主機(jī)的情況下才能插拔外圍設(shè)備。（4）USB在設(shè)備供電方面提供了靈活性。USB直接連接到Hub或者是連接到Host的設(shè)備可以通過USB電纜供電，也可以通過電池或者其他的電力設(shè)備來供電，或者用兩種供電方式的組合，并且支持節(jié)約能源的掛機(jī)和喚醒模式。（5）。（6）為了適應(yīng)各種不同類型外圍設(shè)備的要求，USB提供