基于c51單片機的數據采集系統設計-wenkub.com

　 　

【正文】 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。 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。 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。 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。飛利蒲公司規定 A/D 器件地址為 1001。 AGND:模擬信號地。 VDD、 Vss:電源端。結構圖如圖 2 所示。有 4 路 A/D 轉換輸入， 1路 D/A 模擬 輸出。 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。如圖 （ 2）共陽極接法。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。 （ 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。如采用外部時鐘源驅動器件， XTAL2 應不接。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 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。如果微處理器在外部執行狀態 ALE 禁止，置位無效。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。 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。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。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。在 FLASH 編程和校驗時， P1 口作為第八位地址接收。 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。 STC89C52 單片機的管腳說明 VCC：供電電壓。還有由 P0口、 P1口、 P2口、 P3口的所有引腳構成的單片機的輸入 /輸出（ I\O）引腳。 STC89C52具有以下標準功能： ? 與 MCS51 產品指令系統完全兼容； ? 片內集成 4KB 的 FLASH 存儲器，可反復編程 /擦除 1000 次； ? 數據保留時間： 10 年； ? 全靜態設計，時鐘頻率范圍為 0～ 24MHz、 33MHz； ? 三個程序存儲器保密位； ? 128 8 字節的內部 RAM； ? 32 條可編程的 I/O 口線； ? 2 個可工作于 4 種模式的 16 位定時 /計數器； ? 5 個中斷源 /2 個中斷優先級； ? 可編程串行通道； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機工作模式和掉電工作模式； ? 片內振蕩器和時鐘電路； ? 具有 4 種工作模式的全雙工串行口； ? 低功耗的待機工作模式和掉電工作模式； ? 片內振蕩器和時鐘電路； 其引腳圖，如圖 圖 石家莊鐵道大學畢業設計 它一共有 40個引腳，引腳又分為四類。它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與 Intel 80C3X 單片機完全相同。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數器、串口、中斷繼續工作。 （ 2） 簡介 STC89C52 STC89C52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統可編程 Flash 存儲器。隨著移動通訊、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭， 32 位單片機應用得到了長足發展。總的而言單片機的特點可以歸納為以下幾個方面：集成度高、存儲容量大、外部擴展能力強、控制功能強、低電壓、低功耗、性能價格比高、可靠性高這幾個方面。 4． 手工調整： 自動布線雖然成功率很高，但往往存在不滿意的地方，這時就需石家莊鐵道大學畢業設計 要進行手工調整，以滿足設計要求。 2 2． ．元件布局： 規劃電路板并導入網絡表后，通過執行命令，系統將自動裝入元件并將元件布置在電路板邊框內。 24C01 是串行接口的 EEPROM 存儲器，常用于存儲需要掉電保存的數據。 STC89C52 的 XTAL1 端和 XTAL1 端與晶振相連。它由 STC89C5 PL230 LED 數碼顯示器組成。 I2C 總線在傳送數據過程中共有三種特殊類型信號， 它們分別是：開始信號、結束信號和應答信號。 常用的串行通信方式有： UART 異步串行通信、 I2C 總線串行同步通信、 SPI串行總線同步通信。 通信方式 計算機與計算機或計算機與終端之間的數據傳送可以采用串行通訊和并行石家莊鐵道大學畢業設計 通訊二種方式。在單片機中，為了節省硬件資源，多采用動態掃描顯示法。 LED 顯示部分 LED 數碼顯示管是一種由 LED 發光二極管組合顯示字符的顯示器件。 而本設計選用的是 STC89C52. 串行口的選擇 串行口我選用了標準 RS232C 接口，它是電平與 TTL 電平轉換驅動電路。 (3)并行式 A/D 轉換器：它又被稱為 flash（快速）型，它的轉換數度很高，但她采用了很多個比較器，而 n 位的轉換就需要 2n1 個比較器，因此電路規模也極大，價格也很貴，只適用于視頻 A/D 轉換器等數度特別高的領域。位數越高其分辨率就越高，價格也就越貴。雙機通信有兩種方式： RS232 標準接口串行通信和 PL2303 USB— UART 通信，由芯片 RS232 實現雙機的通信。由微處理器去完成程序控制，數據處理及大部分邏輯操作，使系統的靈活性和可靠性大大地提高，系統硬件成本和系統的重 建費用大大地降低。 第三章 數據采集 數據采集系統 數據采集，又稱數據獲取，是利用一種裝置，從系統外部采集數據并輸入到系統內部的一個接口。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境（ UVISION）將這些組合在一起。 用于簡單、直觀地進行調試的“編輯并繼續”功能 KeilUvision3 介紹 KeilSoftware公司推出的 uVision3是一款可用于多種 8051MCU的集成開發環境(IDE)，該 IDE 同時也是 PK51 及其它開發套件的一 個重要組件。 開發和部署基于客戶端服務器結構的 Windows 應用程序、 Web 應用程序、 SmartPhone 和 Pocket PC 應用程序。這個版本的 Visual Studio 包含有眾多版本，分別面向不同的開發角色。 （ 3）高級信號完整性分析系統（ Advanced Integrity 99）：信號完整性分析系統 提供了一個精確的信號完整性模擬器，可用來分析 PCB 設計、檢查電路設計參數、實驗超調量、阻抗和信號諧波要求等。 電路仿真與 PLD 部分 （ 1）電路模擬仿真系統（ Advanced SIM 99）：電路模擬 仿真系統包含一個數字 /模擬信號仿真器，可提供連續的數字信號和模擬信號，以便對電路原理圖進行信號模擬仿真，從而驗證其正確性和可行性。本系統的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關電路圖和零件庫的各種報表。 第二章 開發環境及開發工 具 在本設計中用到了 Protel99se 對單片機板子原理圖元件庫元件圖、單片機板子原理圖、單片機板子 PCB 圖元件庫元件圖、單片機板子 PCB 圖進行了畫圖；用到了KeilUvision3 編寫了電壓數據采集系統的代碼，進行了編譯并產生了一個 HEX 文件；用到了 Microsoft Visual Studio 2021 軟件編寫了一個 PC 機電壓數值顯示界面；同時還用到了 單片機驅動軟件將程序下載到主芯片STC89C52 中和串口調試助手 選好 COM 口后就會顯示電壓數據 的十六進制顯示。包括功能設計和電路布線設計；設計本系統的各個功能 模塊：按鍵、 LED顯示、 A/D模數轉換等功能，并設計各模塊間的接口，完成數據傳輸及采集工作。從而實現 PC機與單片機的同 步顯示。 實現步驟 用 Protel99se作圖軟 件畫出電路的 PCB圖和 SCH圖。 這樣用戶可以在上位機上編寫各種程序對文件中的數據進行有效查詢和分析 ,有利于工業過程的長期正 常運行和檢查。隨著微型計算機技術的飛速發展和普及 ,數據采集監測已成為日益重要的檢測技術 ,廣泛應用于工農業等需要同時監控溫度、濕度和壓力等場合。本系統采用 16 位（ A/D）模擬數字變換，總采樣率達 500K/S,同步時間為 +/250ns，可以利用方式組成高達 1000 通道的大容量的分布式采集系統。該數據采集系統具備 24 位 A/D 轉化位數，采樣率有 50HZ、 100HZ、 200HZ。各種領域都用到了數據采集，在石油勘探、科學實驗、飛機 飛行、地震數據采集領域已經得到應用。相較于數據采集板卡成本和功能的限制，單片機具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優點，而雙單片機又具有精度 較高、轉換速度快、石家莊鐵道大學畢業設計 能夠對多點同時進行采集，因此能夠開發出能滿足實際應用要求的、電路結構簡單的、可靠性高的數據采集系統。由于集成電路制造技術的不斷提高，出現了高性能、高可靠的單片機數據采集系統（ DAS）。這類系統主要應用于實驗室， 在工業生產現場也有一定的應用。由于這種數據采集系統的性能優良，超過了傳統的自動檢測儀表和專用數據采集系統，因而獲得了驚人的發展。 數據采集系統起始于 20 世紀 50 年代， 1956 年美國首先研究了用在軍事上的測試系統，目標是測試中不依靠相關的測試文件，由非成熟人員進行操作，并且測試任務是由測試設備高速自動控制完成的。 PCB 圖設計 ............................................................................................................... 單片機 .................................................... 13 LED數碼顯示器的應用原理 ..........................................................................錯誤 !未定義書簽。軟件部分應用 Keil uvision3 編寫控制軟件，對數據采集系統、模數轉換系統、數據顯示、數據通信等程序進行了設計。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的設計，數據采集與通信控制采用了單片機 STC89C52 來實現，硬件部分是以單片機為核心，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。 關鍵詞 ： 單片機 數據采集 STC89C52 PCF8591 Abstract This article describes the hardware design and software design of the data on which based on signalchip microputer .The data collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The intr