智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說明書

1、智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)說明書第一章緒論1.1 智能儀器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用與發(fā)展1. 智能儀器技術(shù)是一門集電子技術(shù)、 單片機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等于一體的跨學(xué)科的專業(yè)技術(shù)課程。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，測控儀器儀表的智能化、 總線化、網(wǎng)絡(luò)化已成為整個(gè)行業(yè)發(fā)展的主要趨勢，同時(shí)也日益成為工程界和科技界人士所關(guān)注的重要問題之一。智能儀器的出現(xiàn)，極大的擴(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用范圍。只能儀器憑其體積小、功能強(qiáng)、功耗低等優(yōu)勢，迅速的在家用電器、科研單位和工業(yè)企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。2. 與傳統(tǒng)儀器儀表相比，智能儀器具有以下功能特點(diǎn)：(1) 操作自動(dòng)化。儀器的整個(gè)測量過程如鍵盤掃描

2、、量程選擇、開關(guān)啟動(dòng)閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機(jī)或微控制器來控制操作，實(shí)現(xiàn)測量過程的全部自動(dòng)化。(2) 具有自測功能，包括自動(dòng)調(diào)零、自動(dòng)故障與狀態(tài)檢驗(yàn)、自動(dòng)校準(zhǔn)、自診斷及量程自動(dòng)轉(zhuǎn)換等。智能儀表能自動(dòng)檢測出故障的部位甚至故障的原因。這種自測試可以在儀器啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行，同時(shí)也可在儀器工作中運(yùn)行，極大地方便了儀器的維護(hù)。(3) 具有數(shù)據(jù)處理功能，這是智能儀器的主要優(yōu)點(diǎn)之一。智能儀器由于采用了單片機(jī)或微控制器，使得許多原來用硬件邏輯難以解決或根本無法解決的問題，現(xiàn)在可以用軟件非常靈活地加以解決。例如，傳統(tǒng)的數(shù)字萬用表只能測量電阻、交直流電壓、電流等，而智能型的數(shù)字萬用表不僅能進(jìn)行

3、上述測量，而且還具有對測量結(jié)果進(jìn)行諸如零點(diǎn)平移、取平均值、求極值、統(tǒng)計(jì)分析等復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理功能，不僅使用戶從繁重的數(shù)據(jù)處理中解放出來，也有效地提高了儀器的測量精度。(4) 具有友好的人機(jī)對話能力。智能儀器使用鍵盤代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的切換開關(guān)，操作人員只需通過鍵盤輸入命令，就能實(shí)現(xiàn)某種測量功能。與此同時(shí)，智能儀器還通過顯示屏將儀器的運(yùn)行情況、工作狀態(tài)以及對測量數(shù)據(jù)的處理結(jié)果及時(shí)告訴操作人員，使儀器的操作更加方便直觀。(5) 具有可程控操作能力。一般智能儀器都配有GPIB、 RS232C、 RS485等標(biāo)準(zhǔn)的通信接口，可以很方便地與PC機(jī)和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動(dòng)測量系統(tǒng)，來完成更復(fù)

4、雜的測試任務(wù)。3. 智能儀器發(fā)展趨勢(1) 微型化。如巡航導(dǎo)彈控制部分、植入病人體內(nèi)的多參量測量儀等。(2) 多功能。如數(shù)字任意波形發(fā)生器、人體生命特征測量儀等。(3) 人工智能化。具有視覺、聽覺、思維等。(4) 網(wǎng)絡(luò)化(5) 虛擬儀器是智能儀器發(fā)展的新階段(6) 微功耗。1.2 智能儀器的概述1.2.1 智能儀器的基本組成智能儀器硬件組成主要由單片機(jī)、模擬量和開關(guān)量I/O 通道、人 - 機(jī)聯(lián)系部件及其接口電路、數(shù)據(jù)通信接口等組成。如圖1-1 所示。開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入接口開關(guān)量輸出接口開關(guān)量輸出模擬量輸入輸入A/D轉(zhuǎn)單D/A轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與片控制量電路換接口換接口執(zhí)行電路微面板健盤鍵盤輸入接口型顯示

5、器接口LED、LCD等計(jì)程序存儲器ROM算打印機(jī)接口微型打印機(jī)機(jī)數(shù)據(jù)存儲器RAM通信接口RS-232、GPIB等電源圖1-1智能儀器硬件組成框圖1. 主機(jī)電路：常由單片機(jī)構(gòu)成， 也是區(qū)別于傳統(tǒng)儀器的核心部件。 主要用于存儲程序、數(shù)據(jù)，執(zhí)行程序進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理和各種控制功能。2. 輸入通道：模擬量輸入通道由輸入電路和 A/D 轉(zhuǎn)換接口構(gòu)成。 用于對被測量的輸入信號進(jìn)行所需的各種變換、放大、濾波、采樣 - 保持、 A/D 轉(zhuǎn)換等處理，經(jīng) A/D 接口送入計(jì)算機(jī)。開關(guān)量輸入信號只要電平匹配則可直接送入計(jì)算機(jī)。3. 輸出通道：模擬量輸出通道由 D/A 轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成。 用于將主機(jī)處理

6、的結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬量并輸出。開關(guān)量輸出信號可直接由計(jì)算機(jī)輸出或經(jīng)隔離、驅(qū)動(dòng)電路輸出。4. 人機(jī)接口：由鍵盤、顯示器和打印機(jī)接口等組成。用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話。5. 通信接口：用于實(shí)現(xiàn)智能儀器與其它儀器、 設(shè)備或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)和信息。6. 電源系統(tǒng)：用于為智能儀器各部分提供合格的能源供應(yīng)。1.2.2 智能儀器的基本工作原理傳感器拾取被測參量的信息并轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)濾波去除干擾后送入多路模擬開關(guān)；由單片機(jī)逐路選通模擬開關(guān)將各輸入通道的信號逐一送入程控增益放大器，放大后的信號經(jīng)A D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號后送入單片機(jī)中；單片機(jī)根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理( 如非線性校正等 ) ；運(yùn)

7、算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打印；同時(shí)單片機(jī)把運(yùn)算結(jié)果與存儲于片內(nèi)FlashROM(閃速存儲器 ) 或 E2PROM(電可擦除存貯器 ) 內(nèi)的設(shè)定參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算比較后，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果和控制要求，輸出相應(yīng)的控制信號( 如報(bào)警裝置觸發(fā)、繼電器觸點(diǎn)等) 。此外，智能儀器還可以與PC機(jī)組成分布式測控系統(tǒng)，由單片機(jī)作為下位機(jī)采集各種測量信號與數(shù)據(jù)，通過串行通信將信息傳輸給上位機(jī)PC機(jī)，由 PC機(jī)進(jìn)行全局管理。1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的概述隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展與普及，社會(huì)已進(jìn)入信息時(shí)代。作為獲取信息重要工具的微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，日益廣泛地深入到生產(chǎn)、科研的各個(gè)領(lǐng)域，形成了一種興旺發(fā)達(dá)的產(chǎn)業(yè)，它也就自然地成為電子

8、信息工程專業(yè)的學(xué)生或其它有關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員的專業(yè)知識。數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)化為電信號的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集一般是采集方式，即隔一定時(shí)間（即采樣周期）對同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)量測是數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：處理信息的I/O 設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟硬件等的總稱。第二章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的意義和任務(wù)近年來，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用技術(shù)收到人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速的得到應(yīng)

9、用， 在生產(chǎn)過程中， 應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場中的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。在科學(xué)研究領(lǐng)域中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，是研究瞬時(shí)物過程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一?？傊徽撛谀膫€(gè)領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集和處理越及時(shí)， 工作效率就越高， 取得的經(jīng)濟(jì)效益就越大。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。 在保證精度的條件下， 應(yīng)盡有可能地提高采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制對速度的要求。因此，研究并開發(fā)新型、有更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是非常有必要的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛，主要應(yīng)用有：（1） 工業(yè)過程控制：實(shí)

10、時(shí)檢測控制，DCS、 SCADA；（2） 遙測遙控：航天、航空、火箭、衛(wèi)星發(fā)射；（3） 智能儀表、測試儀器：微機(jī)控制、數(shù)字顯示；（4） 家用電器、民用電子產(chǎn)品： 智能控制、紅外、 電視、洗衣機(jī)、錄象機(jī)、智能記錄、存儲；（5） 計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)：汽車駕駛培訓(xùn)、潛艇仿真運(yùn)行、鉆井仿真培訓(xùn)等均離不開 DAS的應(yīng)用（數(shù)據(jù)來自現(xiàn)場，輸出卻不對現(xiàn)場起作用） 。工業(yè)上使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大致可分為四類：(1) 基于通用微型計(jì)算機(jī) ( 如 Pc 機(jī)) 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)這種系統(tǒng)主要功能是將采集來的信號通過外部的采樣和A D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過接口電路送入微機(jī)進(jìn)行處理，然后再顯示處理結(jié)果或經(jīng)過D A 轉(zhuǎn)換輸出。它主要

11、有以下幾個(gè)特點(diǎn)：系統(tǒng)較強(qiáng)的軟、 硬件支持。 通用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所有的軟、硬件資源都可以用來支持系統(tǒng)進(jìn)往工作。具有自主開發(fā)能力。系統(tǒng)的軟硬件的應(yīng)用配置比較小，系統(tǒng)的成本較高， 但二次開發(fā)時(shí)， 軟硬件擴(kuò)展能力較好。在工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行的可靠性差，對安放的環(huán)境要求較高。 程序在 RAM中運(yùn)行，易受外界干擾破壞。(2) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)它是由單片機(jī)及其一些外圍芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)：系統(tǒng)不具有自主開發(fā)能力。因此，系統(tǒng)的軟硬件開發(fā)必須借助開發(fā)工具。系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)與配置規(guī)模都是以滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能要求為原則，因此系統(tǒng)的軟硬件應(yīng)用，配置比接近于1，具有最佳的性價(jià)比；系統(tǒng)的軟件一般都有應(yīng)

12、用程序。系統(tǒng)的可靠性好， 使用方便。應(yīng)用程序在 ROM中運(yùn)行不會(huì)因外界的干擾而破壞，而且上電后系統(tǒng)立即進(jìn)入用戶狀態(tài)。(3) 基于 DSP數(shù)字信號微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DSP數(shù)字信號微處理器從理論上而言就是一種單片機(jī)的形式，DSP數(shù)字信號微處理器與通用微處理器相比，除了它們的機(jī)構(gòu)不同以外，其基本差別是： DSP 數(shù)字信號微處理器有能力響應(yīng)和處理采樣模擬信號得到的數(shù)據(jù)流， 如乘法和累加求和運(yùn)算。常用的數(shù)字信號處理芯片有兩種類型， 一種是專用 DSP芯片，另一種是通用 DSP芯片?；?DSP數(shù)字信號微處理器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)如下： 精度高、靈活性好、可靠性高、容易集成、分時(shí)復(fù)用等，但同時(shí)其價(jià)格不

13、菲。(4) 基于混合型計(jì)算機(jī)采集系統(tǒng)這是 - 種近年來隨著 8 位單片機(jī)出現(xiàn)而在計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中迅速發(fā)展的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。它是由通用計(jì)算機(jī)(PC 機(jī)) 與單片機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)總線 ( 例如 RS-485標(biāo)準(zhǔn) ) 相連而成。單片機(jī)及其外圍電路構(gòu)成的部分是專為數(shù)據(jù)采集等功能的要求而配置的，主機(jī)則承擔(dān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的人機(jī)對話、大容量的計(jì)算、記錄、打印、圖形顯示等任務(wù)固。混合型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：通常具有自開發(fā)能力。系統(tǒng)配置靈活，易構(gòu)成各種大中型測控系統(tǒng)。主機(jī)可遠(yuǎn)離現(xiàn)場而構(gòu)成各種局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。充分利用主機(jī)資源，但不會(huì)占有主機(jī)的全部CPU時(shí)間。2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)， 具體

14、地說，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號， 然后送入計(jì)算機(jī)， 根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理， 得出所需的數(shù)據(jù)。 與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)根進(jìn)行顯顯示和打印，以便文現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)可以知道，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的功能。1數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)按照預(yù)先選定的采樣周期，對輸入到系統(tǒng)的模擬信號進(jìn)行采樣，有時(shí)還要對數(shù)字信號、開關(guān)信號進(jìn)行采樣。2模擬信號處理模擬信號是指隨時(shí)間連續(xù)變化的信號，這些信號在規(guī)定的一段連續(xù)時(shí)間內(nèi)，其幅值為連續(xù)值，即從一個(gè)量變到另一個(gè)量時(shí)中間沒有間斷，如正弦信號。模擬信號有兩種類型： 一種是由各種傳感器獲得的低電平信號，

15、 另一種是由儀器、變送器輸出的 0-10mA 或 4-20mA 的電流信號。這些模擬信號經(jīng)過采樣和A/D（模擬 / 數(shù)字）轉(zhuǎn)換輸入計(jì)算機(jī)后， 常常要進(jìn)行數(shù)據(jù)的正確性判斷、 標(biāo)度變換、線性化等處理。模擬信號便于傳送， 但它對于干擾信號很敏感， 干擾信號容易使傳送中信號的幅值或相位發(fā)生畸變。 因此，有時(shí)還需要對模擬信號做零點(diǎn)漂修正、 溫漂修正和數(shù)字濾波等處理。3數(shù)字信號處理數(shù)字信號是指在有限的離散瞬時(shí)上取值間斷的信號。 在二進(jìn)制系統(tǒng)中， 數(shù)字信號是由有限字長的數(shù)字組成，其中每位數(shù)字不是 0 就是 1，這可由脈沖的有無來體現(xiàn)。數(shù)字信號的特點(diǎn)是，它只代表某個(gè)瞬時(shí)的量值，不是連續(xù)的信號。數(shù)字信號是由某些

16、類型的傳感器或儀器輸出，它在線路上的傳送形式有兩種：數(shù)字信號對傳送線路上的不完善性（畸變、噪聲）不敏感，數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)后，常常需要進(jìn)行碼制的轉(zhuǎn)換處理，如BCD碼轉(zhuǎn)換成 ASCII 碼，以便顯示數(shù)字信號。第三章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要分為以下幾個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、鍵盤控制模塊、時(shí)鐘模塊、液晶顯示模塊、串口通信模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊包括 AD電壓信號量采集和系統(tǒng)工作溫度采集。各模塊關(guān)系圖如圖3-1 。物理模擬量數(shù)據(jù)采集模塊單片機(jī)液晶顯示鍵盤圖3-1系統(tǒng)模塊關(guān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隨其用途而具有不同的組成形式。按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一

17、個(gè)還是每路各用一個(gè)，多路模擬輸人通道可分為集中采集式和分散采集式兩大類型。本文介紹的是集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如圖3-2 所示。傳感器信號調(diào)節(jié)器與處理放大信號調(diào)節(jié)多傳感器路與處理開關(guān)傳感器信號調(diào)節(jié)與處理傳感器數(shù)字信號傳感器開關(guān)信號采A/D樣轉(zhuǎn)保換顯示器持器器打印機(jī)計(jì)定時(shí)與邏輯控制算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器接口鍵盤圖 3-2 微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖由圖可知，微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由傳感器、模擬多路開關(guān)、放大器、計(jì)算機(jī)、A/D 轉(zhuǎn)換器等組成的。3.2 系統(tǒng)工作原理3.2.1 CPU 處理核心模塊AT89C52是 51 系列單片機(jī)的一個(gè)型號，它是 ATMEL公司生產(chǎn)的。 AT89C52有40 個(gè)引腳，32 個(gè)

18、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， 3個(gè)16 位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫口線，AT89C52 可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程, 但不可以在線編程。其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的效地降低開發(fā)成本。圖 3-3 所示是它的引腳圖：Flash存儲器可有圖 3-3 芯片管腳圖管腳介紹：VCC：電源電壓GND:地P0口：P0 口是一組8 位漏極開路型雙向I/O口，也即地址 / 數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)

19、據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 口：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。與AT89C51 不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/ 計(jì)數(shù)器2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ P1

20、.0/T2 ）和輸入（ P1.1/T2EX ）， Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8 位地址。P1.0和P1.1還有第二功能，如表3.1 所示 .表3.1 P1.0和P1.1的第二功能引腳號功能特性P1.0T2，時(shí)鐘輸出P1.1T2EX（定時(shí) / 計(jì)數(shù)器2）P2 口：P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對端口P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電(IIL) 。在訪問外部程序存儲器或16 位地址

21、的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXRI 指令）時(shí)，P2 口輸出 P2鎖存器的內(nèi)容。 Flash編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向 I/O口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè) TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“ 1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3 口將用上拉電阻輸出電流（IIL ）。 P3口除了作為一般的I/O 口線外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口還接收一些用于Fl

22、ash閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。表 3.2 P3口的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXD (串行輸入口 )P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT0 (外部中斷 0)P3.3INT 1（外部中斷1）P3.4T0（定時(shí)器0）P3.5T1（定時(shí)器1）P3.6WR （外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7RD （外部數(shù)據(jù)存儲器都選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8 位字節(jié)。一般情況下，ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，

23、因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)將跳過一個(gè)ALE 脈沖。對Flash存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（SFR）區(qū)中的 8EH 單元的D0 位置位，可禁止ALE 操作。該位置位后，只有一條MOVX和 MOVC指令才能將ALE 激活。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置ALE 禁止位無效。PSEN程序儲存允許 （ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號， 當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個(gè)脈沖。 在此期間， 當(dāng)訪問外部

24、數(shù)據(jù)存儲器， 將跳過兩次 PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許。 欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址 0000H FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平（接Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時(shí)，該引腳加上+12V允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。的編程XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。322 ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換1.ADC0832的主要特性：（1）、 8位分辨率；（2）

25、、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換；（3）、輸入輸出電平與 TTL/CMOS相兼容；（4）、 5V電源供電時(shí)輸入電壓在 05V之間；（5）、工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為 32 S；（6）、一般功耗僅為 15mW；（7）、 8P、14PDIP（雙列直插）、 PICC 多種封裝；（8）、商用級芯片溫寬為0 +70，工業(yè)級芯片溫寬為- 40 +85。2. ADC0832 外部引腳及其說明 :ADC0832外部引腳，有 CS、CHO、CH1、GND、Vcc、CLK、DO、DI。其 ADC0832的引腳圖如圖 3-4 所示：CS18VCCCH027CLKCH136DOGND45DI圖 3-4 ADC0832引

26、腳圖ADC0832芯片各個(gè)引腳說明：（1）、CS 片選使能，低電平芯片使能。（2）、CH0 模擬輸入通道 0，或作為 IN+/ 使用。（3）、CH1 模擬輸入通道 1，或作為 IN / 使用。（4）、GND芯片參考 0 電位（地）。（5）、DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。（6）、DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。（7）、CLK 芯片時(shí)鐘輸入。（8）、VCC 電源輸入及參考電壓輸入。ADC0832 為 8 位分辨率 A/D 轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達(dá)256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 05V 之間。芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32 S，據(jù)有

27、雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI 數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易的實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。3. 單片機(jī)對 ADC0832的控制原理一般情況下單片機(jī)與 ADC0832的接口線為 4 條數(shù)據(jù)線，分別為 CS、CLK、DO、 DI 。但由于 DO和 DI 端在通信時(shí)并未同時(shí)有效與單片機(jī)的借口是雙向的， 所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC0832未工作時(shí)其 CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用，CLK和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS端置于低電平并且保持低電

28、平知道轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK提供時(shí)鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。 第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前 DI 端必須是高電平。在第 2、3 個(gè)時(shí)鐘脈沖到來之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能，其功能見下表表 3.3 ADC0832 的配位邏輯表配置位選擇通道輸入形式CH0CH1CH0CH110單端1100差分01如上表所示，當(dāng)此2 位數(shù)據(jù)為“ 1”、“0”時(shí)，只對 CH0 進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 1”時(shí)，只對 CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、 “ 0”時(shí)，將 CH0作

29、為正輸入端 IN+，CH1作為負(fù)輸入端 IN- 進(jìn)行輸入。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 1”時(shí)，將 CH0作為負(fù)輸入端 IN- ，CH1 作為正輸入端 IN+進(jìn)行輸入。到第 3 個(gè)脈沖的下沉之后DI 端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI 端則開始利用數(shù)據(jù)輸出 DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。 從第 4 個(gè)脈沖下沉開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個(gè)脈沖下沉 DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。 也正是從此位開始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)， 即從第 11 個(gè)字節(jié)的下沉輸出 DATD0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個(gè)

30、脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。3.2.3 LCD1602在單片機(jī)系統(tǒng)中使用液晶顯示器作為輸出器件有以下優(yōu)點(diǎn)：（ 1） 顯示質(zhì)量高（ 2） 數(shù)字式接口（ 3） 體積小、重量輕（ 4） 功耗低第四章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 Keil514.1.1 Keil C51的介紹C語言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能。 C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運(yùn)算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)硬件的控制。C 語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計(jì)中

31、廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，C 語言程序具有完善的模塊程序結(jié)構(gòu)，從而為軟件開發(fā)中采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法提供了有力的保障。 因此，使用 C語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已成為軟件開發(fā)的一個(gè)主流。用 C語言來編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期， 且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用C語言進(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。所以作為一個(gè)技術(shù)全面并涉足較大規(guī)模的軟件系統(tǒng)開發(fā)的單片機(jī)開發(fā)人員最好能夠掌握基本的C 語言編程。使用 C 語言肯定要使用到C 編譯器，以便把寫好的C 程序編譯為機(jī)器碼，這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫好的程序。KEIL51 是眾

32、多單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的 MCS51架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時(shí)還支持，PLM，匯編和 C 語言的程序設(shè)計(jì)， 它的界面和常用的微軟 VC+的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。 因此本系統(tǒng)采用 KEIL 進(jìn)行軟件的編寫和調(diào)試。4.1.2 C-51的特點(diǎn)：1. C 語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，國內(nèi)最通用的是Keil C51.2. C 語言程序本身不依賴于機(jī)器硬件系統(tǒng)， 基本上不作修改就可將程序從不同的單片機(jī)中移植過來。3. C 提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點(diǎn)運(yùn)算，開發(fā)效率高，故可縮短開發(fā)時(shí)間，增

33、加程序可讀性和可維護(hù)性。4.2 Keil C514.2.1 C51存儲類型C51存儲類型如圖4.1 所示。表 4.1 C51存儲類型存儲類型尋址空間數(shù)據(jù)長度值域范圍data片內(nèi)直接尋址RAM80127idata片內(nèi)間接尋址RAM80255pdata分頁尋址片外RAM80255xdta片外數(shù)據(jù)存儲（ 64K）16065535code片內(nèi)統(tǒng)一編址ROM（64K） 16065535bdata片內(nèi)可位尋址的 RAM10127（ 16byet ）4.2.2 C51的數(shù)據(jù)類型：在表 4.2 中， C51的數(shù)據(jù)類型有整型、實(shí)型、字符型所分，以及相應(yīng)的關(guān)鍵字、所占位數(shù)和數(shù)的表示范圍。表 4.2 C51 的數(shù)據(jù)

34、類型類型符號關(guān)鍵字所占位數(shù)數(shù)的表示范圍整(signed) int16-3276832767型有16-3276832767(signed) short(signed) long32-21474836482147483647unsigned int16065535無short16065535unsignedintunsigned long int3204294967295實(shí)有float323.4e-383.4e38型有double641.7e-3081.7e308字有char8-128127符無unsigned char80255型C51 的數(shù)據(jù)類型擴(kuò)充定義：safer: 特殊功能寄存器聲明sfr

35、16:sfr的 16 位數(shù)據(jù)聲明sbit:特殊功能位聲明bit:位變量聲明例： sfr SCON = 0X98;sfr16 T2 = 0xCC;sbit OV = PSW2;4.2.3 C51的運(yùn)算符與 C 語言基本相同：+-*/（加減乘除） = （位右移位左移） & |(按位與按位或 ) (按位異或按位取反 )4.2.4 C-51的基本語句if選擇語言switch/case多分支選擇語言while循環(huán)語言do-while循環(huán)語言for循環(huán)語言4.3 程序設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)包括以下方面：按照硬件電路對單片機(jī)位定義。編寫延時(shí)模塊程序。編寫驅(qū)動(dòng) LCD顯示模塊程序。編寫驅(qū)動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序。主程

36、序流程圖 4-1 所示。開始STC89C51初始化有鍵按下嗎？鍵盤子程序N啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換標(biāo)度變化處理LCD顯示程序圖 4-1主程序流程圖4.3.1 LCD1602 顯示模塊程序設(shè)計(jì)經(jīng)分析， LCD1602顯示由初始化設(shè)計(jì)指令、相應(yīng)地址以及顯示字符ASCII 組成。初始化流程流程圖如圖4-2 所示。寫入功能設(shè)置指令寫入初始化設(shè)置指令忙標(biāo)志=1 ？YNN初始化完？Y寫入相應(yīng)地址寫入要顯示字符ASCII圖 4-2初始化程序流程圖4.3.2 ADC0832 模塊的程序設(shè)計(jì)正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、DO、DI。但由于 DO端與 DI 端在通信時(shí)

37、并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 （見圖 3 ）當(dāng) ADC0832未工作時(shí)其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將 CS 使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端 CLK 輸入時(shí)鐘脈沖， DO/DI 端則使用 DI 端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第 1 個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟始信號。在第 2 、 3 個(gè)脈沖下沉之前 DI 端應(yīng)輸入 2 位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能 .ADC

38、0832的程序流程圖如圖 4-3 所示。開始初始化啟動(dòng)ADC0832轉(zhuǎn)換結(jié)束？NY讀取數(shù)據(jù)返回圖 4-3 ADC0832 轉(zhuǎn)換程序流程圖第五章系統(tǒng)調(diào)試完成了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)， 制作和軟件編程之后， 要使系統(tǒng)能夠按設(shè)計(jì)意圖正常運(yùn)行，必須進(jìn)行系件和軟件調(diào)統(tǒng)調(diào)試。5.1 硬件的調(diào)試硬件調(diào)試的主要任務(wù)是排除硬件故障，其中包括設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤和工藝性故障等。1. 檢查所設(shè)計(jì)的硬件電路板所有的器件和引腳是否正確， 尤其是電源的連接是否正確；檢查各總線是否有短路的故障。檢查開關(guān)/ 按鍵是否正常，是否連接正確，為了保護(hù)芯片，應(yīng)先對各IC 座電位進(jìn)行檢查，確認(rèn)無誤后再插入芯片。a. 第一步，我們用數(shù)字萬用表進(jìn)行了逐一對

39、點(diǎn)的檢查，檢查各導(dǎo)線間是否有短路與開路的故障。（檢測導(dǎo)線導(dǎo)通 - 連接無誤）b. 第二步 , 測輸入 5V 電源（ 0V 地）線是否與電路中的對應(yīng)點(diǎn)的電源（地）線相連接是否正確； 及檢查開關(guān) / 按鍵是否正常， 是否連接正確。（檢測導(dǎo)線導(dǎo)通- 連接無誤 - 按鍵正常）c第三步，測芯片管座與芯片管座之間用導(dǎo)線連接起來的對應(yīng)腳是否導(dǎo)通與截止。（檢測對應(yīng)腳的導(dǎo)線連接導(dǎo)通- 連接正常）2. 將 40 芯片的仿真插頭插入單片機(jī)插座進(jìn)行調(diào)試，檢查各接口是否滿足設(shè)計(jì)的要求，有正常的程序測試硬件電路的好壞。3. 將顯示子程序經(jīng)過 keil 軟件仿真生成（ .hex ）文件，用編程器將生成的(.hex) 文件寫

40、入 AT89C51芯片。4. 將寫入顯示程序的芯片 AT89C51插入硬件電路單片機(jī)管座， 觀看顯示電路的 4 路數(shù)碼管是否正常發(fā)光。 【數(shù)碼管發(fā)光正常 - 電路能運(yùn)行】5. 將整機(jī)程序生成的 （.hex ）文件寫入 AT89C51芯片，插入單片機(jī)插座進(jìn)行調(diào)試，檢查各接口是否滿足設(shè)計(jì)的要求， 有正常的程序測試硬件電路的好壞。 當(dāng)我們把前幾步準(zhǔn)備工作都做完以后通電進(jìn)行總調(diào)。a. 通道號為 0 時(shí)，測 ADC0809的 26 腳（ IN0）顯示電路顯示通道號與電壓值為 02.95 ，對可變電位器進(jìn)行調(diào)試，顯示電壓變動(dòng)，用萬用表檢測ADC0809的28 腳對地電壓，與設(shè)計(jì)的顯示器上的值相差無幾。b.

41、 通道號為 1 時(shí)，測 ADC0809的 27 腳（ IN1）顯示電路顯示通道號與電壓值為 12.45 ，對可變電位器進(jìn)行調(diào)試，顯示電壓變動(dòng)，萬用表測試正常。c. 通道號為 2 時(shí)，測 ADC0809的 28 腳（IN2）顯示電路顯示通道號與電壓值為 24.45 ，對可變電位器進(jìn)行調(diào)試，顯示電壓變動(dòng)，萬用表測試正常。d. 當(dāng)按下【單路 / 多路巡檢】時(shí)，通道號與電壓值同步改變正常，再按一下【單路 / 多路巡檢】時(shí)通道號與電壓固定不再變動(dòng)。因?yàn)槲覀冏龅氖? 路巡檢，所以當(dāng)顯示電路的通道號為2 時(shí)，下一步顯示電路的通道號將變?yōu)?。e. 按下【通道選擇】時(shí)，每當(dāng)按一下時(shí)變一通道，在按一下時(shí)又變一個(gè)通

42、道，即完成通道號的選擇。f. 按下【復(fù)位】按鍵時(shí)，通道號將變成 0 通道，電壓也為初始值。g. 硬件電路調(diào)試與測試均正常。（硬件調(diào)試結(jié)果見附錄4）5.2 軟件的調(diào)試軟件調(diào)試的任務(wù)是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯(cuò)誤，同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。 軟件調(diào)試是一個(gè)模塊一個(gè)模塊進(jìn)行的。首先單獨(dú)調(diào)試各子程序是否能夠按照預(yù)期的功能，接口電路的控制是否正常。 最后調(diào)試整個(gè)程序。尤其注意的是各模塊間能否正確的傳遞參數(shù)。1. 檢查 LCD顯示模塊程序。觀察在 LCD上是否能夠顯示相應(yīng)的字符。2. 檢查按鍵模塊程序。3. 檢查 A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序。 可以在硬件電路的輸入端輸入已知的幾個(gè)電壓， 分別

43、觀察 LCD上是否顯示相應(yīng)的電壓值。 （軟件調(diào)試結(jié)果見附錄 4）4所有程序運(yùn)行正常后，在這個(gè)程序中加入中斷延時(shí)50ms。（軟件調(diào)試后加入中斷程序清單見附錄3）第六章總結(jié)首先我們由衷感謝老師提供給我們這樣一個(gè)鍛煉自己的機(jī)會(huì)， 讓我們感受到學(xué)來的知識不只是用來完成試卷的。其次我們在完成課程設(shè)計(jì)的過程中體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作的樂趣。 一向慣于“獨(dú)立思考”的我們學(xué)會(huì)了積極的同團(tuán)隊(duì)成員交流，取長補(bǔ)短，共同進(jìn)步。 “獨(dú)學(xué)而無友則孤陋而寡聞”，只有和同學(xué)多交流多學(xué)習(xí)才能不斷的提高自身水平。最后，也是最重要的一點(diǎn)， 我們學(xué)會(huì)了一種快速有效的學(xué)習(xí)方法。 以往的學(xué)習(xí)都是老師講學(xué)生記， 不懂得地方就靠解答大量習(xí)題幫助記憶， 學(xué)習(xí)的主要目的是通過最后的考試。 課程設(shè)計(jì)使我們發(fā)現(xiàn)考試真的并不是最重要，