基于c51單片機的數據采集系統設計-資料下載頁

【導讀】與數字域之間必不可少的紐帶，它的存在具有著非常重要的作用。本文介紹的重點是數。據采集系統，而該系統硬件部分的重心在于單片機。數據采集與通信控制采用了模塊化。心，還包括A/D模數轉換模塊，顯示模塊，USB接口和串行接口部分。據采集并應答主機的命令。8路被測電壓通過模數轉換器PCF8591進行模數轉換，實現對。軟件部分應用Keiluvision3編寫控制軟件，對數據

　　

【正文】 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。 STC89C52 單片機的管腳說明 VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8 個 TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 P0 能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據 /地址的第八位。在 FLASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FLASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 P1 口： P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4 TTL 門電流。 P1 口管腳寫入 1 后，被內部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉 為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 P2 口： P2 口為一個內部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當 P2 口被寫 1時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數據存儲器進行存取時， P2 口輸出地址的高八位。在給出地址 1時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存 儲器進行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 P3 口寫入 1后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 ST89C52 的一些特殊功能口 ,P3 口管腳備選功能 : RXD（串行輸入口）； TXD（串行輸出口）； INT0（外部中斷 0）； INT1（外部中斷 1）； T0（計時器 0 外部輸入）； T1（計時器 1 外部輸入）； WR （外部數據存儲器寫選通）； RD （外部數據存儲器讀選通）； P3 口同時為閃爍編程石家莊鐵道大學畢業設計 和編程校驗接收一些控制信號。 RST：復位輸入。當振蕩器復位時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不 變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR 8EH 地址上置 0。此時， ALE 只有在執行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。 PSEN ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器讀取指令期間，每個機器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現。 EA /VPP：當 EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內部鎖定為 RESET；當 EA 端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩 和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。由于輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 整個 EPROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。在芯片擦除操作中，代碼陣列全被寫 1且在任何非空存儲字節被重復編程以前，該操作必須被執行。 （ 1）地址線上輸入欲編程的存儲單元地址；（ 2）在數據線上輸入編程數據；（ 3）加正確的控制信號組合；（ 4）在 高壓 模式下使 VPP 為 12V；（ 5）在 ALE 引腳上加一次負脈沖，可對 FLASH 存儲器的一個字節或保密位進行編程。編程一個字節的周期是內部自定時的，典型時間不會超過 。改變編程的存儲單元地址和編程數據重復步驟（ 1）～（ 5），直到編程文件最后。此外， STC89C52 設有穩態邏輯，可以在零頻率的條件下靜態邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作，但 RAM、定時器、計數器、串口和中斷系統仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直 到下一個硬件復位為止。 6. 主要工作和內容安排 綜上所述，本著實用、可靠、安全、簡潔及經濟等設計原則，設計開發了基于單片機STC89C52 石家莊鐵道大學畢業設計 LED數碼顯示器的應用原理 簡單的講， LED數碼顯示器就是由發光二極管組成的，其內部結構如圖 ，LED數碼顯示器有兩種連接方式： （ 1）共陰極接法：把發光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發光二極管的陽極與輸入端相連。如圖 （ 2）共陽極接法。把發光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，每個發光二 極管的陰極通過電阻與輸入端相連。如圖 ： 圖 LED內部結構 圖 共陰極接法 圖 為了顯示字符，要為 LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個“ 8”字的七段，再加上 1個小數點位，共計八段。各段位碼位的對應關系如表 。 表 段位碼對應關系 段位碼 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位碼段 dp g f e d c b a 石家莊鐵道大學畢業設計 模數轉換器 PCF8591 在我們所采集的數據電壓值是隨著滑動變阻器的旋轉而不斷改變的，而要對這些數據進行處理 ,則需要將其轉換為數字量， A/D 轉換器就是為了將連續變化的模擬量轉換成計算機能接受的數字量。 按模擬量轉換成數字量的原理可以分為 3 種：雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D 轉換器。而該系統選用的是 PCF8591，下面就具體的介紹一下 PCF8591 的工作原理。 PCF8591 是具有 I2C 總線接口的 8位 VD 及 D/A 轉換器。有 4 路 A/D 轉換輸入， 1路 D/A 模擬 輸出。這就是說，它既可以作 A/D 轉換也可以作 D/A 轉換。 A/D 轉換為逐次比較型。引腳圖如圖 1所示。結構圖如圖 2 所示。電源電壓典型值為 SV。 AINO～ AIN3：模擬信號輸入端。 AO～ A3：引腳地址端。 VDD、 Vss:電源端。 (～ 6V) SDA、 SCL： I2C 總線的數據線、時鐘線。 OSC：外部時鐘輸入端，內部時鐘輸出端。 EXT：內部、外部時鐘選擇線使用內部時鐘時 EXT 接地。 AGND:模擬信號地。 AOUT: D/A 轉換輸出端。 VREF:基準電源端。 圖 PCF8591 的引腳圖 石家莊鐵道大學畢業設計 PCF8591 與 STC89C52 單片機的接口方式，如圖 所示： 圖 PCF8591 與單片機的連接圖 PCF8591 采用典型的 I2C 總線接口器件尋址方法，即總線地址由器件地址、引腳地址和方向位組成。飛利蒲公司規定 A/D 器件地址為 1001。引腳地址為 A2 A1 A0，其值由用戶選擇，因此 I2C 系統中最多可接 8個具有 I2C 總線接口的 A/D 器件。地址的最后一位為方向位 R/w，當主控器對 A/D 器件進行讀操作時為 1，進行寫操作時為 0。總線操作時，由器件地址、引腳地址和方向位組成的從地址為主控器發送的第一字節。 控制字節： 控制字節用于實現器件的各種功能，如模擬信號由哪幾個通道輸入等。控制字節存放在控制寄存器中。總線操作時為主控器發送的第二字節。其格式如下所示： 石家莊鐵道大學畢業設計 MSB LSB 0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 Dl DO 其中： Dl、 DO 兩位是 A/D 通道編號： 00 通道 0， 01 通道 1， 10 通道 2， 通道 3 D2 自動增益選擇（有效位為 1）。 D D4 模擬量輸入選擇： 00 為四路單數入、 01 為三路差分輸入、 10 為單端與差分配合輸入、 11 為模擬輸出允許有效。 當系統為 A/D 轉換時，模擬輸出允許為 0。模擬量輸入選擇位取值由輸入方式決定：四路單端輸入時取 00，三路差分輸入時取 01，單端與差分輸入時取 10，二路差分輸入時取 11。最低兩位時通道編號位，當對 0 通道的 模擬信號進行 A/D 轉換時取 00，當對 1 通道的模擬信號進行 A/D 轉換時取 01，當對 2通道的模擬信號進行 A/D轉換時取 10，當對 3 通道的模擬信號進行 A/D 轉換時取 11。 在進行數據操作時，首先是主控器發出起始信號，然后發出讀尋址字節，被控器做出應答后，主控器從被控器讀出第一個數據字節，主控器發出應答，主控器從被控器讀出第二個數據字節，主控器發出應答?一直到主控器從被控器中讀出第 n 個數據字節，主控器發出非應答信號，最后主控器發出停止信號。 第五章 軟件部分 單片機主程序設計 本數據采集系統系統的設計有一個主 程序 ,六個子程序部分，六個子程序部分分別為 I2C通信的啟動 i2c_start(）與停止 i2c_stop()操作、 I2C通信的應答 i2c_ACK()與非應 i2c_waitACK()答操作、 I2C 通信的數據發送 i2c_sendbyte()與接收i2c_recbyte()操作、 I2C 通信的讀數據 i2c_readbyte()操作、采用 UART 發送數據UART_Send_Byte()到 PC 機界面操作、數碼管數據的顯示與刷新 refresh()操作。 （ 1）主程序 石家莊鐵道大學畢業設計 主程序對系統進行初始化，先讀取 I2C 通信中的讀數據函數 的數據，通過 UART發送數據到 PC 機界面，同時將所讀的十六進制的數據轉換為十進制的數據顯示在四位數碼管上。其流程圖見圖 圖 主程序 （ 2） I2C 通信的啟動 i2c_start(）與停止 i2c_stop()操作 該子程序部分 SCL 為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩定，只有 SCL 信號為低電平期間， SDA 狀態才允許變化。如圖所示： 開始 I2C 通信的讀數據 UART 發送數據到 PC 機界面顯示 將所讀十六進制數據轉換為十進制數據 LED 顯示 石家莊鐵道大學畢業設計 （ 3） I2C 通信的應答 i2c_ACK()與非應 i2c_waitACK()答操作 該子程序部分在主機寫數據時，每發送一個字節，接收機需要回復一個應答位“ 0”，通過應答位來判斷從機是否接收成功。主機讀數據時，接收一個字節結束后，主機也需要發送一應答位“ 0”，但是當接收最后一個字節結束后，則需發送一個非應答位“ 1”，發完了 1 后，再發一個停止信號，最終結束通信。其流程圖如圖 所示 （ 4） I2C 通信的數據發送 i2c_sendbyte()與接收 i2c_recbyte()操作 I2C 總線是數據線 SDA 和時鐘 SCL 構成的串行總線，可發送和接收數據。該子程序部分 是通過改變 SDA和 SCL的高低電平來實現控制 24C01從而實現發送和接收。 SCL為高電平期間，數據線上的數據必須保持穩定，只有 SCL 信號為低電平期間， SDA 狀態才允許變化。如圖