基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)方案

1、 39/43摘 要在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在著大量諸如溫度、壓力、流量等的參數(shù)，研制一款多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)各種參數(shù)實(shí)時(shí)采集和處理，并與上位機(jī)進(jìn)行通訊，以滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。在分析了不同類型的單片機(jī)的特點(diǎn)與單片機(jī)與PC機(jī)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的采集系統(tǒng)，并通過串口通信實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送并將數(shù)據(jù)在PC機(jī)上進(jìn)行頻譜分析，完成單機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?；趩纹瑱C(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由將來自傳感器的信號(hào)通過放大、線性化、濾波、同步采樣保持等處理后，輸入AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由單片機(jī)采集，然后利用單片機(jī)與PC機(jī)的通信將數(shù)據(jù)送到PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、后期處理與顯示

2、，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大、顯示直觀、界面友好、性價(jià)比高、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、機(jī)電一體化、智能家居等諸多領(lǐng)域。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集,單片機(jī),A/D轉(zhuǎn)換器,頻譜分析AbstractThere are many parameters such as temperatures，pressure， flow and so on in the industrial fieldIt is important to gather and process all kinds of parameters and communicate with PC in real-timeIt is

3、necessary to develop a multichannel data acquisition system to meet the needs of application in the industrial field。Based on the analysis of the characteristics of different types of SCM and SCM and PC communication technology infrastructure, SCM control of the collection system designed and adopte

4、d MCU serial communication between PC and communications, Data transmission and analysis of the frequency spectrum on the PCSingle completed the multi-channel data acquisition system design and implementation. Based on SCMs multi-channel data acquisition system is adopted will come from the sensor s

5、ignal amplificalion, linear filtering After processing maintain synchronous sampling which converted to digital signal input AD conversion by SCM acquisition, Then,SCM and PC to PC communications data to the data storage, post-processing and display.A powerful data processing, visual shows, friendly

6、 interfrace and high performance-price ratio,a wide range of features can be widely used in industrial control equipment ,instruments,and electrial engineering integration,intelligent home and many other fields. Key Words:Data Acquisition,Microcontroller,A/D Converter, frequency spectrum analysis目 錄

7、TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc110419323摘要HYPERLINK l _Toc110419324ABSTRACT引HYPERLINK l _Toc110419325言1HYPERLINK l _Toc110419326第1章系統(tǒng)分析和方案確定2HYPERLINK l _Toc1104193271.1 信號(hào)采集分析2HYPERLINK l _Toc1104193281.1.1 信號(hào)采集2HYPERLINK l _Toc1104193291.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選取4HYPERLINK l _Toc1104193301.2 控制與顯示方法分析5HYPERLI

8、NK l _Toc1104193311.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)分析5HYPERLINK l _Toc1104193321.2.2 顯示與鍵盤分析6HYPERLINK l _Toc1104193331.3 傳輸方式分析7HYPERLINK l _Toc1104193331.4頻譜分析方式分析8HYPERLINK l _Toc110419334第2章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)10HYPERLINK l _Toc1104193352.1 信號(hào)調(diào)理電路10HYPERLINK l _Toc1104193362.2 數(shù)據(jù)采集電路10HYPERLINK l _Toc1104193372.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟10HYP

9、ERLINK l _Toc1104193382.2.2 ADC0809部功能與引腳介紹10HYPERLINK l _Toc1104193392.2.3 ADC0809與MCS-51系列單片機(jī)的接口方法12HYPERLINK l _Toc1104193402.4 控制器、振蕩源和復(fù)位電路14HYPERLINK l _Toc1104193412.5 鍵盤與顯示電路14HYPERLINK l _Toc1104193422.6 通信電路15HYPERLINK l _Toc110419343第3章軟件設(shè)計(jì)18HYPERLINK l _Toc1104193443.1 A/D轉(zhuǎn)換18HYPERLINK l

10、_Toc1104193453.2 標(biāo)度變換20HYPERLINK l _Toc1104193473.3鍵盤程序21HYPERLINK l _Toc1104193483.4 LED顯示程序22HYPERLINK l _Toc1104193493.5通信程序23HYPERLINK l _Toc1104193503.5.1 下位機(jī)程序23HYPERLINK l _Toc1104193513.5.2 上位機(jī)LabVIEW程序24HYPERLINK l _Toc110419352結(jié)論26HYPERLINK l _Toc110419354參考文獻(xiàn)28HYPERLINK l _Toc110419355附錄A

11、：系統(tǒng)電路圖29HYPERLINK l _Toc110419355附錄B：系統(tǒng)電路圖30HYPERLINK l _Toc110419356致辭 PAGEREF _Toc110419356 h 38引 言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普與，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集是工、農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)中至關(guān)重要的一環(huán)，在醫(yī)藥、化工、食品、等領(lǐng)域的生產(chǎn)過程中，往往需要隨時(shí)檢測(cè)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的溫度、濕度、流量與壓力等參數(shù)。同時(shí)，還要對(duì)某一檢測(cè)點(diǎn)任意參數(shù)能夠進(jìn)行隨機(jī)查尋，將其在某一時(shí)間段檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)換提取出來，以便進(jìn)行比較，做出決策，調(diào)整控制方案，提高產(chǎn)品的合格率，產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。 隨著工、農(nóng)業(yè)

12、的發(fā)展，多路數(shù)據(jù)采集勢(shì)必將得到越來越多的應(yīng)用，為適應(yīng)這一趨勢(shì)，作這方面的研究就顯得十分重要。在科學(xué)研究中，運(yùn)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動(dòng)態(tài)信息，也是獲取科學(xué)數(shù)據(jù)和生成知識(shí)的重要手段之一?？傊?，不論在哪個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理將直接影響工作效率和所取得的經(jīng)濟(jì)效益。 此外，計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)通信起了巨大的推動(dòng)作用.計(jì)算機(jī)和通信緊密結(jié)合構(gòu)成了靈活多樣的通信控制系統(tǒng)，也可以構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng),這樣對(duì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的必然產(chǎn)物。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從嚴(yán)格的意義上來說，應(yīng)該是用計(jì)算機(jī)控制的多路數(shù)據(jù)自動(dòng)檢測(cè)或巡回檢測(cè)，并且能夠?qū)?shù)據(jù)實(shí)行存儲(chǔ)、處理、分析計(jì)算以與從檢測(cè)的數(shù)據(jù)

13、中提取可用的信息，供顯示、記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。由于RS-232在微機(jī)通信接口中廣泛采用，技術(shù)已相當(dāng)成熟。在近端與遠(yuǎn)端通信過程中，采用串行RS-232標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸。LabVIEW是虛擬儀器領(lǐng)域中最具普適性的圖形化編程開發(fā)工具，是當(dāng)前國(guó)際上應(yīng)用最廣效果最佳的數(shù)據(jù)采集與控制開發(fā)軟件之一，主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析與顯示等領(lǐng)域，適用于多種不同的操作系統(tǒng)。而其自帶的VISA子模塊，則可更方便、快捷地實(shí)現(xiàn)串口編程，完成控制機(jī)與儀器之間的連接與控制的功能。系統(tǒng)分析和方案確定根據(jù)系統(tǒng)基本要求，將本系統(tǒng)劃分為如下幾個(gè)部分：信號(hào)調(diào)理電路8路模擬信號(hào)的產(chǎn)生與A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)送端

14、的數(shù)據(jù)采集與傳輸控制器人機(jī)通道的接口電路數(shù)據(jù)傳輸接口電路采集數(shù)據(jù)的頻譜分析數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)一般由信號(hào)調(diào)理電路，多路開關(guān)，采樣保持電路，A/D，單片機(jī)，電平轉(zhuǎn)換接口，接收端（單片機(jī)、PC或其它設(shè)備）組成。系統(tǒng)框圖如圖1.1所示圖1.1系統(tǒng)框圖1.1 信號(hào)采集分析被測(cè)電壓為05V直流電壓，可通過電位器調(diào)節(jié)產(chǎn)生。1.1.1 信號(hào)采集多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用共享數(shù)據(jù)采集通道的結(jié)構(gòu)形式。數(shù)據(jù)采集方式有順序控制數(shù)據(jù)采集和程序控制數(shù)據(jù)采集。方案一：順序控制數(shù)據(jù)采集，顧名思義，它是對(duì)各路被采集參數(shù)，按時(shí)間順序依次輪流采樣。原理如下圖1.2系統(tǒng)的性能完全由硬件設(shè)備決定。在每次的采集過程中，所采集參數(shù)的數(shù)目、采樣

15、點(diǎn)數(shù)、采樣速率、采樣精度都固定不變。若要改變這些指標(biāo)，需改變接線或更換設(shè)備方能實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集時(shí)，控制多路傳輸門開啟和關(guān)閉的信號(hào)來自脈沖分配器，在時(shí)鐘脈沖的推動(dòng)下，這些控制信號(hào)不斷循環(huán)，使傳輸門以先后順序循環(huán)啟閉。圖1.2數(shù)據(jù)采集原理方案二：程序控制數(shù)據(jù)采集，由硬件和軟件兩部分組成。，據(jù)不同的采集需要，在程序存儲(chǔ)器中，存放若干種信號(hào)采集程序，選擇相應(yīng)的采集程序進(jìn)行采集工作，還可通過編新的程序，以滿足不同采樣任務(wù)的要求。如圖1.3所示。程序控制數(shù)據(jù)采集的采樣通道地址可隨意選擇，控制多路傳輸門開啟的通道地址碼由存儲(chǔ)器中讀出的指令確定。即改變存儲(chǔ)器中的指令容便可改變通道地址。由于順序控制數(shù)據(jù)采集方式圖

16、1.3程序控制數(shù)據(jù)采集原理缺乏通用性和靈活性，所以本設(shè)計(jì)中選用程序控制數(shù)據(jù)采集方式。采集多路模擬信號(hào)時(shí)，一般用多路模擬開關(guān)巡回檢測(cè)的方式，即一種數(shù)據(jù)采集的方式。利用多路開關(guān)（MUX）讓多個(gè)被測(cè)對(duì)象共用同一個(gè)采集通道，這就是多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)。當(dāng)采集高速信號(hào)時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器前端還需加采樣/保持(S/H)電路。待測(cè)量一般不能直接被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通常要進(jìn)行放大、特性補(bǔ)償、濾波等環(huán)節(jié)的預(yù)處理。被測(cè)信號(hào)往往因?yàn)榉递^小，而且可能還含有多余的高頻分量等原因，不能直接送給A/D轉(zhuǎn)換器，需對(duì)其進(jìn)行必要的處理，即信號(hào)調(diào)理。如對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、衰減、濾波等。通常希望輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)能接近A/D轉(zhuǎn)換器的

17、滿量程以保證轉(zhuǎn)換精度，因此在直流電流電源輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器之間應(yīng)接入放大器以滿足要求。本設(shè)計(jì)中的被測(cè)量為05V直流信號(hào)，由于輸出電壓比較大，滿足A/D轉(zhuǎn)換輸入的要求，故可省去放大器，而將電源輸出直接連接至A/D轉(zhuǎn)換器輸入端。多路數(shù)據(jù)采集輸入通道的結(jié)構(gòu)圖1.4所示。圖1.4多路數(shù)據(jù)采集輸入通道結(jié)構(gòu)注：緩慢變化信號(hào)和直流信號(hào)，采樣保持電路可以省略。1.1.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選取1.轉(zhuǎn)換時(shí)間的選擇轉(zhuǎn)換速度是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需時(shí)間的倒數(shù)，是一個(gè)很重要的指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器型號(hào)不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。通常，8位逐次比較式ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右。由于本系統(tǒng)的控制時(shí)間允許，可選8位逐次比較式

18、A/D轉(zhuǎn)換器。2.ADC位數(shù)的選擇A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號(hào)采集的精度和分辨率。要求精度為0.5%。對(duì)于該8個(gè)通道的輸入信號(hào)，8位A/D轉(zhuǎn)換器，其精度為輸入為05V時(shí)，分辨率為A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程值 ADC的二進(jìn)制位數(shù)量化誤差為ADC0809是TI公司生產(chǎn)的8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè)8位的逼近型的ADC部分，并提供一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設(shè)計(jì)提供了很大的方便。用它可直接將8個(gè)單端模擬信號(hào)輸入，分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，在多點(diǎn)巡回監(jiān)測(cè)、過程控制等領(lǐng)域中使用非常廣泛,所以本設(shè)計(jì)中選用該芯片作為A/D轉(zhuǎn)換電路的核心。1.2 控制與顯示方法分析用單片機(jī)作為這一控制系統(tǒng)的

19、核心，接受來自ADC0809的數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后通過串口傳送，由于系統(tǒng)功能簡(jiǎn)單，鍵盤僅由兩個(gè)開關(guān)和一個(gè)外部中斷端組成，完成采樣通道的選擇，單片機(jī)通過接口芯片與LED數(shù)碼顯示器相連，驅(qū)動(dòng)顯示器顯示相應(yīng)通道采集到的數(shù)據(jù)。1.2.1 單片機(jī)系統(tǒng)分析1.復(fù)位電路 單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理器CPU以與其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。51的RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。復(fù)位電平是高電平有效，持續(xù)時(shí)間要有24個(gè)時(shí)鐘周期以上。本系統(tǒng)中單片機(jī)時(shí)鐘頻率為6MHz則復(fù)位脈沖至少應(yīng)為4us。方案一：上電復(fù)位電路上電瞬間，RST端的的電位與Vcc一樣，隨著電容的逐步充電，充電電流減

20、小，RST電位逐漸下降。上電復(fù)位所需的最短時(shí)間是振蕩器建立時(shí)間加上二個(gè)機(jī)器周期，在這段時(shí)間里，振蕩建立時(shí)間不超過10ms。復(fù)位電路的典型參數(shù)為：C取10uF,R取8.2k,故時(shí)間常數(shù)圖1.5上電復(fù)位=RC=10108.210=82ms以滿足要求。方案二.外部復(fù)位電路按下開關(guān)時(shí)，電源通過電阻對(duì)外接電容進(jìn)行充電，使RES端為高電平，復(fù)位按鈕松開后，電容通過下拉電阻放電，逐漸使RET端恢復(fù)低電平。圖1.6外部復(fù)位方案三：上電外部復(fù)位電路 典型的上電外部復(fù)位電路是既具有上電復(fù)位又具有外部復(fù)位電路，上電瞬間，C與Rx構(gòu)成充電電路，RST引腳出現(xiàn)正脈沖，只要RST保持足夠的高電平，就能使單片機(jī)復(fù)位。一般取

21、C=22uF，R=200,Rx=1k,此時(shí)=2210110=22ms圖1.7外部上電復(fù)位當(dāng)按下按鈕，RST出現(xiàn)5=4.2V時(shí)，使單片機(jī)復(fù)位。2.振蕩源 在MCS-51部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1(19)、XTAL2(18)分別是此放大器的輸入端和輸出端。方案一：部方式與作為反饋元件的片外晶體或瓷諧振器一起組成一個(gè)自激振蕩器。方案二：外部方式 外部振蕩器信號(hào)的接法與芯片類型有關(guān)。CMOS工藝的MCU其XTAL1端接外部時(shí)鐘信號(hào)，XTAL2端可懸空。HMOS工藝的MCU則XTAL2端接外部時(shí)鐘信號(hào)，XTAL1端須接地。在MCS-51單片機(jī)系列芯片中，用8051或8751

22、芯片可以構(gòu)成最小系統(tǒng)。因?yàn)?051和8751是片有ROM/EPROM的單片機(jī)，用這種芯片構(gòu)成的單片與最小系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠。8051構(gòu)成的最小系統(tǒng)特點(diǎn)：受集成度所限，只能用于小型控制單元。有可供用戶使用的大量的I/O口線。僅有芯片部的存儲(chǔ)器，故存儲(chǔ)器的容量有限。8051的應(yīng)用軟件要依靠半導(dǎo)體掩膜技術(shù)植入，適于在大批量生產(chǎn)的應(yīng)用系統(tǒng)中使用。1.2.2 顯示與鍵盤分析 對(duì)系統(tǒng)發(fā)出命令和輸出顯示測(cè)量結(jié)果，主要是由鍵盤和LED數(shù)碼顯示器組成。緩慢變化信號(hào)和直流信號(hào)，要求用數(shù)碼管適時(shí)地進(jìn)行十進(jìn)制顯示，由于精度要達(dá)到0.5%，所以這里用5只LED數(shù)碼顯示器來表示該十進(jìn)制數(shù)，用兩只七段數(shù)碼顯示器表示通道號(hào)。為實(shí)

23、現(xiàn)通道的選取，用鍵盤實(shí)現(xiàn)控制功能。1譯碼方法用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)（掃描）顯示，按譯碼方式可分硬件譯碼和軟件譯碼之分。方案一：硬件譯碼硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件完成，CPU只要送出標(biāo)準(zhǔn)的BCD碼即可，硬件接線有一定標(biāo)準(zhǔn)。方案二：軟件譯碼 軟件譯碼是用軟件來完成硬件的功能，接線靈活，顯示段碼完全由軟件來處理，是目前常用的顯示驅(qū)動(dòng)方式。2顯示方法 在該單片機(jī)系統(tǒng)中，使用7段LED顯示器構(gòu)成8位顯示器，段選線控制顯示的字符，位選線控制顯示位的亮或暗。方案一：靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示，顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不用再管，直到下

24、一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次數(shù)據(jù)。編程容易，管理簡(jiǎn)單，顯示亮度高，顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間。但引線多，線路復(fù)雜，硬件成本高。方案二：動(dòng)態(tài)顯示動(dòng)態(tài)顯示需要CPU時(shí)刻對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，顯示數(shù)據(jù)會(huì)有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多。這兩種顯示方式各有利弊；靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定，占用很少的CPU時(shí)間，但每個(gè)顯示單元都需要單獨(dú)的顯示驅(qū)動(dòng)電路，使用的硬件較多；動(dòng)態(tài)顯示雖然有閃爍感，占用的CPU時(shí)間多，但使用的硬件少，能節(jié)省線路板空間。當(dāng)顯示裝置中有多個(gè)多段LED時(shí)，通常采用動(dòng)態(tài)掃描驅(qū)動(dòng)電路，節(jié)省開銷。3顯示接口芯片的選擇方案一：8279接口芯片8279是Intel公司的通用可編程鍵盤和顯示器

25、接口電路芯片，部有顯示RAM。8279可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤和顯示器的自動(dòng)掃描，識(shí)別閉合鍵的鍵號(hào)，完成顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。從而大大節(jié)省了CPU處理鍵盤和顯示器的時(shí)間，提高了CPU的工作效率。另外，8279與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，顯示穩(wěn)定，工作可靠。但8279所需外圍元件多（顯示驅(qū)動(dòng)、譯碼等）、命令字多，調(diào)試?yán)щy，占用電路板面積大、綜合成本高，在中小系統(tǒng)中常常大材小用。方案二：8155接口芯片采用并行口擴(kuò)展芯片擴(kuò)展并行口的方法來設(shè)計(jì)顯示系統(tǒng)。用做顯示系統(tǒng)的傳統(tǒng)的芯片有8155、8255、8279等。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是速度快，顯示數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是，占用單片機(jī)口線多。如用8155，其部集成有：256個(gè)字節(jié)的SRAM

26、、一個(gè)14位二進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器和3個(gè)并行端口PA、PB和PC。但此方案同樣需要驅(qū)動(dòng)顯示，同時(shí)顯示掃描還需占用CPU大量時(shí)間。但為設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單化帶來方便，所以采用該芯片作為顯示接口芯片，A口為位選線，B口為段選線。4鍵盤電路的確定為了在控制系統(tǒng)中完成采集通道的選擇，還需要為該系統(tǒng)設(shè)置鍵盤。由于功能要求簡(jiǎn)單，僅用兩個(gè)按鍵即可完成選擇功能，降低了系統(tǒng)的硬件開銷，軟件處理簡(jiǎn)單。1.3 傳輸方式分析1.傳輸方式的選擇串行通信有同步和異步兩種工作方式。方案一：同步方式要求發(fā)送與接受保持嚴(yán)格同步，由于串行傳輸逐位按順序進(jìn)行，為了約定數(shù)據(jù)是由哪一位開始傳輸，需設(shè)定同步字符。此方式傳輸速度快，但硬件復(fù)雜。方案二：異

27、步方式，規(guī)定了數(shù)據(jù)傳輸格式，每個(gè)數(shù)據(jù)均以一樣的幀格式傳送，每幀信息由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶效驗(yàn)位和停止位組成。幀與幀間用高電平分隔開，但每幀均需附加位，降低了傳輸效率。異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步。對(duì)硬件的要求低，實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單、靈活，適用于數(shù)據(jù)的隨機(jī)發(fā)送/接收，一般適用于509600bps的低速串行通信。2.電平轉(zhuǎn)換芯片選擇RS-232規(guī)定的電平和一般微處理器的邏輯電平不一致，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。方案一：采用MCl488和MCl489芯片的轉(zhuǎn)換接口MCl488和MCl489芯片為早期的RS-232至TTL邏輯電平的轉(zhuǎn)換芯片，需要12V電壓，并且功耗較大，不適合用于低功耗的系統(tǒng)。方案二

28、：采用MAX232芯片的轉(zhuǎn)換接口MAX232是MAXIM公司的產(chǎn)品，包含兩路驅(qū)動(dòng)器和接收器的RS-232轉(zhuǎn)換芯片。芯片部有一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電壓轉(zhuǎn)換為RS-232接口所需的10V電壓，尤其適用于沒有12V的單電源系統(tǒng)。由于RS-232信號(hào)電平與MSC-51型單片機(jī)信號(hào)電平（TTL電平）不一致，因此采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必須進(jìn)行信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換。RS-232與TTL電平轉(zhuǎn)換芯片各有特點(diǎn)，此處選用MAXIM公司的MAX232芯片。1.4頻譜分析方式分析對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，往往對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換，觀察其頻譜幅度與頻譜相位。在PC機(jī)上，我們需要完成的工作一是把數(shù)據(jù)接收下來，二是存儲(chǔ)，三

29、是顯示、處理。1.“超級(jí)終端”方法一般Microsoft的操作系統(tǒng)如win98，win2000，winxp都帶有“超級(jí)終端”，從“附件”中選擇“通訊”，在里面就可以打開“超級(jí)終端”。菜單欄里找“屬性”，然后選擇“com1”“com2”進(jìn)行連接，并對(duì)其配置，設(shè)定的規(guī)則要跟單片機(jī)設(shè)置的一樣。如波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)、停始位等。設(shè)定完成后就可以直接與單片機(jī)迸行通信，可以在工作區(qū)的白板里看到單片機(jī)傳輸來的數(shù)值。不但可以接收，還可以把數(shù)據(jù)發(fā)送出去。使用簡(jiǎn)單，若控制的程序難度不大，則用此方式方便。2.Matlab語言的設(shè)備控制箱Matlab是由美國(guó)Mathworks公司開發(fā)的面向理論分析研究、工程計(jì)算數(shù)

30、據(jù)處理和緩圖的一套具有強(qiáng)大功能的軟件系統(tǒng)。Mathworks公司在軟件中增加了設(shè)備控制箱(instrument control toolbox)，提供了對(duì)RS-232RS-485通信標(biāo)準(zhǔn)的串口通信的正式支持。利用該工具箱的serial類與instrcallback（）回調(diào)函數(shù)，能可靠地進(jìn)行實(shí)時(shí)串地通信。具體操作是將PC機(jī)串口與單片機(jī)USART口通過MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片相連，Matlab通過調(diào)用設(shè)備控制工具箱中的serial類與相關(guān)函數(shù)來創(chuàng)建串口設(shè)備對(duì)象，得到設(shè)備的文件句柄，從而以操作文件的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)PC機(jī)串行口的讀寫操作。因而PC機(jī)可以通過Matlab向串行口發(fā)送特殊指令，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)

31、此作出相應(yīng)的反應(yīng)，將A/D采樣數(shù)據(jù)通過串行口回送給PC機(jī)。此時(shí)，Matlab通過中斷的方式，實(shí)時(shí)接收單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并完成對(duì)數(shù)據(jù)的分析處理，文件存儲(chǔ)與圖形顯示。3.VB中使用MSComm控件VB(visual basic)是WINDOWS環(huán)境下簡(jiǎn)單、易學(xué)、高效的可視化編程語言開發(fā)系統(tǒng)，它不但提供了良好的界面設(shè)計(jì)能力，而且在微機(jī)串口通信方面也有很強(qiáng)的功能。特別是它所提供的MSComm控件，功能強(qiáng)大，簡(jiǎn)單易用，使得PC機(jī)與單片機(jī)等設(shè)備之間的通訊更加便捷，MSComm控件是微軟開發(fā)的專用通信控件，封裝了串口的所有功能，使用很方便，是Microsoft為簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程而提供的Act

32、iveX控件，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)，但要對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，則需要另外的軟件進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)較復(fù)雜。4.LabVIEW實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)采集的方法LabVIEW是虛擬儀器領(lǐng)域中最具普適性的圖形化編程開發(fā)工具，是當(dāng)前國(guó)際上應(yīng)用最廣效果最佳的數(shù)據(jù)采集與控制開發(fā)軟件之一，主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)分析與顯示等領(lǐng)域，適用于多種不同的操作系統(tǒng)。與以往的高級(jí)語言相比,LabVIEW圖形化語言編程針對(duì)的是非專業(yè)程序編制的普通工程設(shè)計(jì)人員，具有編程簡(jiǎn)潔、直觀性強(qiáng)、人機(jī)交互界面友好、數(shù)據(jù)可視化分析與設(shè)備控制能力優(yōu)等特點(diǎn)。而其自帶的VISA子模塊，則可更方便、快捷地實(shí)現(xiàn)串口編程，完成控制機(jī)與儀器之間的連接

33、與控制的功能。我們可以利用LabVIEW的VISA函數(shù)庫中的串口VI對(duì)串口進(jìn)行編程，完成對(duì)電壓的實(shí)時(shí)采集，并對(duì)采集到的電壓進(jìn)行頻譜分析。小結(jié)：經(jīng)簡(jiǎn)單的理論分析，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集部分核心采用ADC0809，單片機(jī)系統(tǒng)選用8051構(gòu)成的最小系統(tǒng)，用LED動(dòng)態(tài)顯示采集到的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸則選用RS232標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)的通信，采集到的數(shù)據(jù)在PC上利用LabVIEW進(jìn)行頻譜分析。第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1 信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理的任務(wù)是將被測(cè)對(duì)象的輸出信號(hào)變換成計(jì)算機(jī)要求的輸入信號(hào)。圖2.1信號(hào)調(diào)理過程對(duì)于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入通道，設(shè)置多路選擇開關(guān)，可降低硬件開銷。如圖2.1所示，為避免小信號(hào)通

34、過模擬開關(guān)造成較大的附加誤差，在傳感器輸出信號(hào)過小時(shí)，每個(gè)通道應(yīng)設(shè)前置放大環(huán)節(jié)（本文可不加以考慮）。2.2 數(shù)據(jù)采集電路把連續(xù)變化量變成離散量的過程稱為量化，也可理解為信號(hào)的采樣。 把以一定時(shí)間間隔T逐點(diǎn)采集連續(xù)的模擬信號(hào)，并保持一個(gè)時(shí)間t，使被采集的信號(hào)變成時(shí)間上離散、幅值等于采樣時(shí)刻該信號(hào)瞬時(shí)值的一組方波序列信號(hào)，即采樣信號(hào)。2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟1.采樣-保持為了能不失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)，采樣頻率應(yīng)不小于輸入模擬信號(hào)的頻譜中最高頻率的兩倍，這就是采樣定理，即 由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，所以在每次采樣結(jié)束后，應(yīng)保持采樣電壓在一段時(shí)間不變，直到下一次采樣的開始。實(shí)際中采樣-保持

35、是做成一個(gè)電路。2.量化與編碼模擬信號(hào)經(jīng)采樣-保持電路后，得到了連續(xù)模擬信號(hào)的樣值脈沖，他們是連續(xù)模擬信號(hào)在給定時(shí)刻上的瞬時(shí)值，并不是數(shù)字信號(hào)。還要把每個(gè)樣值脈沖轉(zhuǎn)換成與它幅值成正比的數(shù)字量。以上為A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟，在本電路中由ADC0809芯片完成。2.2.2 ADC0809部功能與引腳介紹分辨率和精度在第一章中已作了相應(yīng)的計(jì)算和分析。ADC0809八位逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器是一種單片CMOS器件，包括8位模擬轉(zhuǎn)換器、8通道轉(zhuǎn)換開關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。8路轉(zhuǎn)換開關(guān)能直接連通8個(gè)單端模擬信號(hào)中的任何一個(gè)。其部結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。圖2.2 ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.ADC0809主要性

36、能逐次比較型CMOS工藝制造單電源供電無需零點(diǎn)和滿刻度調(diào)整具有三態(tài)鎖存輸出緩沖器，輸出與TTL兼容易與各種微控制器接口具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)分辨率：8位功耗：15mW最大不可調(diào)誤差小于1LSB（最低有效位）轉(zhuǎn)換時(shí)間（）128us圖2.3 ADC0809引腳轉(zhuǎn)換精度：ADC0809沒有部時(shí)鐘，必須由外部提供，其圍為101280kHz。典型時(shí)鐘頻率為640kHz2.引腳排列與各引腳的功能，引腳排列如圖2.3所示。各引腳的功能如下：IN0IN7：8個(gè)通道的模擬量輸入端?？奢斎?5V待轉(zhuǎn)換的模擬電壓。D0D7：8位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。三態(tài)輸出，D7是最高位，D0是最低位。A、B、C：通道選擇端。當(dāng)CB

37、A=000時(shí)，IN0輸入；當(dāng)CBA=111時(shí)，IN7輸入。ALE：地址鎖存信號(hào)輸入端。該信號(hào)在上升沿處把A、B、C的狀態(tài)鎖存到部的多路開關(guān)的地址鎖存器中，從而選通8路模擬信號(hào)中的某一路。START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入端。從START端輸入一個(gè)正脈沖，其下降沿啟動(dòng)ADC0809開始轉(zhuǎn)換。脈沖寬度應(yīng)不小于100200ns。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)它自動(dòng)變?yōu)榈碗娖健E：輸出允許端。CLK：時(shí)鐘輸入端。ADC0809的典型時(shí)鐘頻率為640kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100s。REF(-)、REF(+)：參考電壓輸入端。ADC0809的參考電壓為5V。V、GND：供電電源端。ADC0809使

38、用5V單一電源供電。當(dāng)ALE為高電平時(shí)，通道地址輸入到地址鎖存器中，下降沿將地址鎖存，并譯碼。在START上升沿時(shí)，所有的部寄存器清零，在下降沿時(shí)，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，此期間START應(yīng)保持低電平。在START下降沿后10us左右，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，EOC為低電平時(shí)，表示正在轉(zhuǎn)換，為高電平時(shí)，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束。OE為低電平時(shí)，D0D7為高阻狀態(tài)，OE為高電平時(shí)，允許轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。2.2.3 ADC0809與MCS-51系列單片機(jī)的接口方法ADC0809與8051單片機(jī)的硬件接口有3種形式，分別是查詢方式、中斷方式和延時(shí)等待方式，本題中選用中斷接口方式。由于ADC0809無片時(shí)鐘，時(shí)鐘信號(hào)可由

39、單片機(jī)的ALE信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器二分頻后獲得。ALE引腳得脈沖頻率是8051時(shí)鐘頻率的1/6。該題目中單片機(jī)時(shí)鐘頻率采用6MHz,則ALE輸出的頻率是1MHz，二分頻后為500Hz,符合ADC0809對(duì)頻率的要求。由于ADC0809部設(shè)有地址鎖存器，所以通道地址由P0口的低3位直接與ADC0809的A、B、C相連。通道基本地址為7FF8H7FFFH。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2.1所示。地址碼輸入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表2.10809輸入通道地址控制信號(hào)：將P2.7作為片選信號(hào)，在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，由單片機(jī)的寫信號(hào)和P2.7控

40、制ADC的地址鎖存和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。由于ALE和START連在一起，因此ADC0809在鎖存通道地址的同時(shí)也啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，用單片機(jī)的讀信號(hào)和P2.7引腳經(jīng)或非門后，產(chǎn)生正脈沖作為OE信號(hào)，用一打開三態(tài)輸出鎖存器。其接口電路如圖2.4所示。圖 2.4 ADC0809與MCS-51的接口電路START信號(hào)和OE信號(hào)的邏輯表達(dá)式為圖2.5 ADC0809時(shí)序圖當(dāng)8051通過對(duì)7FF8H7FFFH（基本地址）中的某個(gè)口地址進(jìn)行一次寫操作，即可啟動(dòng)相應(yīng)通道的AD轉(zhuǎn)換；當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后,ADC0809的EOC端向8051發(fā)出中斷申請(qǐng)信號(hào)；8051通過對(duì)7FF8H7FFFH中的某個(gè)口地址進(jìn)行一次讀操作，

41、即可得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。注：ADC0809的基準(zhǔn)電壓可通過基準(zhǔn)電壓芯片供給，如MAX875,可供給5V基準(zhǔn)電壓2.4 控制器、振蕩源和復(fù)位電路復(fù)位即回到初始狀態(tài)，是單片機(jī)經(jīng)常進(jìn)入的工作狀態(tài)。單片機(jī)振蕩電路的振蕩周期和時(shí)鐘電路的時(shí)鐘周期決定了CPU的時(shí)序。1復(fù)位電路圖2.6電外部復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的。無論是HMOS還是CHMOS型，在振蕩器正運(yùn)行的情況下，RST引腳保持二個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)間的高電平，系統(tǒng)復(fù)位。在RST端出現(xiàn)高電平的第二個(gè)周期，執(zhí)行部復(fù)位，以后每個(gè)周期復(fù)位一次，直至RST端變低。本文采用上電外部復(fù)位電路，如圖2.6，相關(guān)參數(shù)為典型值。2.振蕩源圖2.7 內(nèi)部振蕩器方式

42、部方式時(shí)鐘電路如圖2.7所示。外接晶體以與電容、構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中，部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩，一般晶振可在1.212MHz之間任選。對(duì)外接電容值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小多少會(huì)影響振蕩頻率的高低、振蕩器的穩(wěn)定性、起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性。外接晶體時(shí)，和通常選30pF左右；外接瓷諧振器時(shí)，和的典型值為47pF。2.5 鍵盤與顯示電路1.鍵盤鍵盤由一組常開按鍵開關(guān)組成。鍵盤系統(tǒng)的主要工作包括與時(shí)發(fā)現(xiàn)有鍵閉合，并作相應(yīng)的處理。圖2.8 鍵盤硬件邏輯本系統(tǒng)中采用中斷方式的開關(guān)代替鍵盤，完成采集通道的選擇。硬件邏輯如圖2.8所示。2.顯示顯示部分為8個(gè)共陰極的七段LED顯示器，

43、8個(gè)七段LED的adp字段的引腳分別由8個(gè)OC門同相驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。OC門驅(qū)動(dòng)器用7407，當(dāng)7407輸出低電平時(shí)，沒有電流流過LED，當(dāng)7407輸出為開路狀態(tài)時(shí)，電流經(jīng)100限流電阻流入LED顯示器，每個(gè)七段LED的公共端都接一個(gè)反相驅(qū)動(dòng)器，反相驅(qū)動(dòng)器使用75452，當(dāng)某一字段需要亮?xí)r，該LED公共端的反相驅(qū)動(dòng)器必須是低電平輸出，并且這一字段的同相驅(qū)動(dòng)器必須是高電平輸出。單片機(jī)通過8155接口芯片的A口位選，經(jīng)B口確定那些字段LED發(fā)光。LED發(fā)光時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流計(jì)算如下，每一字段脈沖電流LED正向壓降晶體管的飽和壓降公共端最大電流原理圖如圖2.9所示圖2.9 顯示電路原理圖2.6 通信電路51單片

44、機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，所以單片機(jī)和PC之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。進(jìn)行串行通信時(shí)要滿足一定的條件，如PC的串口是RS232電平的，而單片機(jī)的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，這里用專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。MAX232如圖2.10所示。它包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器，部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的+5V電壓變換位RS-232輸出電平所需的+10V電壓。所以，用該芯片接口的串行通信只需單一的+5V電源就可以了。其應(yīng)用性更強(qiáng)。圖2.10（b）中上半部電容、與，是電源變換部分。實(shí)際應(yīng)用中，器件對(duì)電源噪聲很敏感。因此，對(duì)地需要加去耦電容，其值為1.0uF。

45、電容、取同樣數(shù)值的電解電容，以提高抗干擾能力。(a)(b)圖2.10 MAX232引腳圖和電容典型參數(shù)圖2.10（b）下半部分為發(fā)送和接收部分，可直接接TTL/CMOS電平的MCS-51型單片機(jī)的串行發(fā)送端TXD；,可直接接TTL/CMOS電平的MCS-51型單片機(jī)的串行接受端RXD；，可直接接PC機(jī)的RS-232串口接受端RXD；,可直接接PC機(jī)的RS-232串口發(fā)送端TXD。硬件原理圖如圖2.11所示。圖2.11 通信接口電路串口通信的硬件連接采用三線制連接串口，就是說和PC的9針串口只連接其中的3根線：第5腳的GND、第2腳的RXD、第3腳的TXD。這是最簡(jiǎn)單的連接方法，但是對(duì)本題來說已

46、經(jīng)足夠了，MAX232的第11腳和單片機(jī)的11號(hào)引腳連接，第12腳和單片機(jī)的10腳連接，第15腳和單片機(jī)的20腳連接。MAX232的第14腳和PC機(jī)串口的2號(hào)引腳連接，第13腳和PC機(jī)串口的3號(hào)引腳連接，第15腳和PC機(jī)串口的5號(hào)引腳連接。第3章 軟件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，作為主控的PC端的軟件設(shè)計(jì)與作為數(shù)據(jù)采集器的單片機(jī)終端節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用模塊化編程，將各部分功能分別實(shí)現(xiàn)，主要的功能子程序有：數(shù)據(jù)采集、標(biāo)度變換、數(shù)值顯示、發(fā)送、接收和部分中斷子程序。主程序流程圖如圖3.1所示。開始系統(tǒng)初始化調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序取相應(yīng)通道數(shù)據(jù)調(diào)用數(shù)據(jù)顯示子程序調(diào)用數(shù)據(jù)發(fā)送子程序圖3.1 主程

47、序流程圖3.1 A/D轉(zhuǎn)換中斷方式使用EOC信號(hào)作為向8051的中斷申請(qǐng)。在主程序中，向ADC發(fā)出首次啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)后，并計(jì)數(shù)管理轉(zhuǎn)換通道數(shù)。當(dāng)檢測(cè)到EOC的請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換，后繼續(xù)執(zhí)行。圖3.2為A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖。YN開始定義A/D轉(zhuǎn)換緩沖區(qū)首地址開中斷置通道數(shù)置DPTR啟動(dòng)轉(zhuǎn)換等待中斷各通道采完？中斷處理返回關(guān)中斷 圖3.2 數(shù)據(jù)采集程序流程圖開始取轉(zhuǎn)換量存入A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)緩沖區(qū)通道號(hào)+1緩存單元地址+1通道數(shù)-1啟動(dòng)下次轉(zhuǎn)換返回圖3.3 數(shù)據(jù)采集中斷程序流程圖3.2 標(biāo)度變換該單片機(jī)系統(tǒng)中，被測(cè)量經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，均統(tǒng)一為0255二進(jìn)制碼，因此

48、要把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)碼X變換成被測(cè)量的實(shí)際數(shù)值。開始定義標(biāo)度變換緩沖區(qū)R0指向A./D轉(zhuǎn)換緩沖區(qū)標(biāo)度變換變換完畢？返回NY圖3.4 標(biāo)度變換程序流程圖3.3 鍵盤程序鍵盤部分軟件主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)通道號(hào)指示緩沖區(qū)的數(shù)值進(jìn)行增或減，從而控制通道的選擇。開始 PSW,ACC壓棧保護(hù)按鍵2中斷(通道減)按鍵1中斷（通道加）PSW,ACC出棧P1.0=1?P1.1=1?返回YYNNP1.1=1? 圖3.5鍵盤中斷程序流程圖3.4 LED顯示程序開始返回指向A口取位選碼指定顯示位指向B口取顯示字符查七段碼段選碼B口送出調(diào)用1ms延時(shí)子程準(zhǔn)備顯示下一位位選YN8位顯示完畢？圖3.6 LED顯示程序流程圖將部R

49、AM中30H38H單元中的8個(gè)采樣數(shù)據(jù)，經(jīng)LED顯示出來，所顯示的通道數(shù)據(jù)由鍵盤部分決定，編制的程序如下：3.5 通信程序3.5.1下位機(jī)程序(1)接收中斷處理程序接收中斷處理程序主要負(fù)責(zé)接收微機(jī)發(fā)送到單片機(jī)接收緩沖區(qū)(不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以減少中斷占用的時(shí)間)的數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到規(guī)定的字符數(shù)或在一定等待時(shí)間無后續(xù)數(shù)據(jù)之后，置接收完畢標(biāo)志，以表明接收緩沖區(qū)中有待處理的數(shù)據(jù)并請(qǐng)求通信處理程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理。其流程圖如圖3.7所示接收斷點(diǎn)入口斷點(diǎn)保護(hù)讀字符到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是否接收完指定字符？置接收完標(biāo)志Y關(guān)閉接收定時(shí)器斷點(diǎn)回復(fù)N重新設(shè)置啟動(dòng)接收定時(shí)器返回?cái)帱c(diǎn)圖3.7接收子程序流程圖(2)發(fā)送中斷處理程序發(fā)送中

50、斷處理程序主要負(fù)責(zé)向微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送中斷一般處于禁止?fàn)顟B(tài)，只有在通信處理程序?qū)⑿枰l(fā)送的數(shù)據(jù)寫入單片機(jī)的發(fā)送緩沖區(qū)，并將發(fā)送中斷置為允許方式后，發(fā)送中斷才開始工作，并將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)逐一發(fā)送給微機(jī)。當(dāng)發(fā)送完指定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)后(發(fā)送緩沖區(qū)為空)，發(fā)送中斷處理程序?qū)l(fā)送中斷置為禁止(關(guān)閉)狀態(tài)，直到通信處理程序?qū)⑵湓僖淮伍_放。其流程如圖3.8所示。發(fā)送斷點(diǎn)入口斷點(diǎn)保護(hù)發(fā)送緩沖區(qū)數(shù)據(jù)是否為空？發(fā)送下一字符N發(fā)送緩沖區(qū)字符減斷點(diǎn)恢復(fù)返回?cái)帱c(diǎn)發(fā)送中斷關(guān)閉Y圖3.8發(fā)送子程序流程圖3.5.2上位機(jī)LabVIEW程序PC 機(jī)軟件部分主要完成向單片機(jī)發(fā)送命令、接收單片機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、頻譜分析和保存

51、的功能。在本系統(tǒng)中,調(diào)用了LabVIEW中功能模板的VISA 中的Serial 系列(包括VISA Configure Serial 、VISA Write 、VISARead、VISA Close) 來實(shí)現(xiàn)PC 機(jī)和單片機(jī)的通訊。數(shù)據(jù)處理和保存部分分別由功能模板中的Singal Processing 和File I/ O 系列完成。程序的前面板界面圖如圖3.9所示，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理，程序流程圖如圖3.10所示。 圖3.9 程序的前面板界面圖 圖3.10 程序流程圖結(jié)論通過對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)某醪窖芯?，?051、ADC0809、PC機(jī)和一些相關(guān)接口建立起這樣一個(gè)基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集和傳輸

52、系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，配合相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)8路模擬量的采集與傳輸，并對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。由于時(shí)間，水平有限本論文還有許多部分未能詳細(xì)分析，在此僅作簡(jiǎn)單了解和認(rèn)識(shí)。信號(hào)采集過程中，被測(cè)量一般由傳感器供給，常為微弱信號(hào)，需要對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。由于此處輸入信號(hào)滿足A/D轉(zhuǎn)換器的輸入要求，所以本文并為詳細(xì)討論。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中必不可少。信號(hào)調(diào)理的任務(wù)就是將被測(cè)對(duì)象的輸出信號(hào)變換成計(jì)算機(jī)要求的輸入信號(hào)。信號(hào)調(diào)理包括：阻抗匹配、放大電路、隔離電路、濾波等。a.阻抗匹配放大電路與傳感器之間往往存在阻抗不匹配的現(xiàn)象，信號(hào)要進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器也存在阻抗匹配問題，阻抗不匹配會(huì)使信號(hào)在傳輸過程中嚴(yán)重畸變，導(dǎo)致嚴(yán)

53、重檢測(cè)誤差，調(diào)理過程中必須十分注意阻抗匹配問題，一般阻抗匹配可以由運(yùn)放組成的跟隨器完成。b.信號(hào)放大電路信號(hào)放大電路是信號(hào)調(diào)理電路的核心，一般傳感器輸出的物理信號(hào)量幅值很小，需要通過放大調(diào)理電路來增加分辨率和敏感性，將輸入信號(hào)放大為A/D轉(zhuǎn)換所需要的電壓圍，為了獲得盡可能高的精度，應(yīng)將輸入信號(hào)放大至與ADC量程相當(dāng)?shù)某潭?。c.信號(hào)隔離電路隔離是指使用變壓器、光電耦合或電容耦合等方法在被測(cè)系統(tǒng)中與測(cè)試系統(tǒng)之間傳輸信號(hào)，避免直流的電流或電壓的物理連接的一種手段。（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所監(jiān)測(cè)的設(shè)備可能會(huì)有高壓瞬變現(xiàn)象，足以使計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集板損壞，隔離可使傳感器信號(hào)與計(jì)算機(jī)隔離開，使系統(tǒng)安全得到保障。（

54、2）保證數(shù)據(jù)采集各個(gè)環(huán)節(jié)間不受地電位或共態(tài)電壓差異的影響，從而影響測(cè)試精度，這是因?yàn)樵诓杉盘?hào)時(shí)，都需要以“地”為基準(zhǔn)，如果在兩“地”之間存在電位差，就可能導(dǎo)致地環(huán)路產(chǎn)生，從而導(dǎo)致所采集的信號(hào)再現(xiàn)不準(zhǔn)確，若這一電位差太大，可能危機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的安全，利用隔離電路的信號(hào)模塊可以消除地環(huán)路，并保證準(zhǔn)確的采集信號(hào)。模擬信號(hào)的隔離比數(shù)字信號(hào)的隔離難度大的多，成本高，常用的方法有：采用線性光耦或兩個(gè)特性幾乎完全接近的普通光耦用特殊的電路實(shí)現(xiàn)，另外，直接采用具有隔離作用的儀表放大器也行。d.信號(hào)濾波：幾乎所有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都會(huì)不同程度的受到來自電源線或機(jī)械設(shè)備的50Hz噪聲干擾，因此大多數(shù)信號(hào)調(diào)理電路包含低通

55、濾波器，最大限度的剔除50Hz或60Hz的噪聲。交流信號(hào)（如振動(dòng)）則往往需要防混淆濾波器，防混淆濾波器是一種低通濾波器，具有非常陡峭的截止頻率，幾乎可以將頻率高于采集板輸入信號(hào)帶寬的信號(hào)全部剔除；若不除去，這些信號(hào)將會(huì)錯(cuò)誤的顯示為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入帶寬的信號(hào)。本文采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)間的通信。RS-232是目前最常用的一種串行通訊接口。由于RS-232-C接口標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)較早，難免有不足之處，主要表現(xiàn)在：1.接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL電平不兼容,故需使用電平轉(zhuǎn)換電路才能與TTL電路連接。2、傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。3、接口使

56、用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。4、傳輸距離有限，最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為50英尺，實(shí)際上也只能用在50米左右。因此建議使用RS-485標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)就使其成為首選的串行接口。參考文獻(xiàn)1 徐愛卿,涵芳，盛煥鳴.單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開發(fā)系統(tǒng).航空航天大學(xué),1992年2 鄔寬明.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè) 數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè).航空航天大學(xué),1998年3 何立民,余永權(quán),小青，林康. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口.航空航天大學(xué),1992年4 毅剛,喜元,孟升衛(wèi)，兆慶. MCS-5

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59、程序設(shè)計(jì)從入門到精通.人民郵電,201019First InternationalWork Shop on Peer-to-Peer Systems. 200220Key Pre-distribution Schemes for SensorNetworks.2003附錄A：系統(tǒng)電路圖附錄B：系統(tǒng)程序清單ORG 0000H LJMP START ORG 0003H LJMP INT0 ORG 0013H LJMP INT1 ORG 0300HSTART:ACALL DSP1 ;初始化顯示0.0000ADC:MOV R1,#30H MOV DPTR,# 7FF8H SETB IT0 SETB E

60、X0 SETB EA MOVX DPTR,A ;啟動(dòng)ADCLJMP $ LJMP HUAN ACALL KEXAM ;查詢按鍵 JNZ ADC ACALL D10ms ACALL KEXAM JNZ ADC SETB P1.1 SETB P1.3 CLR P1.2 MOV A,P1 ANL A,#02H CJNE A,#02H,START AJMP ADCKEXAM:SETB P1.1CLR P1.2CLR P1.3 MOV A,P1ANL A,#02H ;0000 0010 RETDSP1:MOV R0,#30HMOV R1,#40H MOV R2,#3L0:MOV R1,#0 ACALL