智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計說明書

1、智能儀表綜合訓(xùn)練設(shè)計說明書第一章緒論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)、 單片機技術(shù)、自動化技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(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)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，測控儀器儀表的智能化、 總線化、網(wǎng)絡(luò)化已成為整個行業(yè)發(fā)展的主要趨勢，同時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)，極大的擴充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用圍。只能儀器憑其體積小、功能強、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：(1) 操作自動化。儀器的整個測量過程如鍵盤掃描、

2、量程選擇、開關(guān)啟動閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理以及顯示打印等都用單片機或微控制器來控制操作，實現(xiàn)測量過程的全部自動化。(2) 具有自測功能，包括自動調(diào)零、自動故障與狀態(tài)檢驗、自動校準、自診斷及量程自動轉(zhuǎn)換等。智能儀表能自動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時運行，同時也可在儀器工作中運行，極方便了儀器的維護。(3) 具有數(shù)據(jù)處理功能，這是智能儀器的主要優(yōu)點之一。智能儀器由于采用了單片機或微控制器，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)字萬用表不僅能進行上述測

3、量，而且還具有對測量結(jié)果進行諸如零點平移、取平均值、求極值、統(tǒng)計分析等復(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，就能實現(xiàn)某種測量功能。與此同時，智能儀器還通過顯示屏將儀器的運行情況、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等標準的通信接口，可以很方便地與PC機和其他儀器一起組成用戶所需要的多種功能的自動測量系統(tǒng)，來完成更復(fù)雜的測

4、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 智能儀器的概述智能儀器的基本組成智能儀器硬件組成主要由單片機、模擬量和開關(guān)量I/O 通道、人 - 機聯(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器接口LED、LCD

5、等計程序存儲器ROM算打印機接口微型打印機機數(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. 主機電路：常由單片機構(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)行程序進而實現(xiàn)各種運算、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 接口送入計算機。開關(guān)量輸入信號只要電平匹配則可直接送入計算機。3. 輸出通道：模擬量輸出通道由 D/A 轉(zhuǎn)換器及驅(qū)動電路等構(gòu)成。 用于將主機處理的結(jié)果轉(zhuǎn)換為模擬量并

6、輸出。開關(guān)量輸出信號可直接由計算機輸出或經(jīng)隔離、驅(qū)動電路輸出。4. 人機接口：由鍵盤、顯示器和打印機接口等組成。用于實現(xiàn)人機對話。5. 通信接口：用于實現(xiàn)智能儀器與其它儀器、 設(shè)備或計算機系統(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)。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中；單片機根據(jù)儀器所設(shè)定的初值進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)運算和處理( 如非線性校正等 ) ；運算的結(jié)果被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)進行顯

7、示和打??；同時單片機把運算結(jié)果與存儲于片F(xiàn)lashROM(閃速存儲器 ) 或 E2PROM(電可擦除存貯器 ) 的設(shè)定參數(shù)進行運算比較后，根據(jù)運算結(jié)果和控制要求，輸出相應(yīng)的控制信號 ( 如報警裝置觸發(fā)、繼電器觸點等) 。此外，智能儀器還可以與PC機組成分布式測控系統(tǒng)，由單片機作為下位機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PC機，由 PC機進行全局管理。1.3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的概述隨著計算機的發(fā)展與普及，社會已進入信息時代。作為獲取信息重要工具的微機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，日益廣泛地深入到生產(chǎn)、科研的各個領(lǐng)域，形成了一種興旺發(fā)達的產(chǎn)業(yè)，它也就自然地成為電子信息工程專業(yè)的學(xué)生或其它有關(guān)專業(yè)的

8、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)部的一個接口。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，即隔一定時間（即采樣周期）對同一點數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時值，也可是某段時間的一個特征值。準確的數(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、計算機軟硬件等的總稱。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)用， 在生產(chǎn)過程中， 應(yīng)用這一系統(tǒng)可對

9、生產(chǎn)現(xiàn)場中的工藝參數(shù)進行采集、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)可獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬時物過程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一?？傊?，不論在哪個領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集和處理越及時， 工作效率就越高， 取得的經(jīng)濟效益就越大。 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，以滿足實時采集、實時處理和實時控制對速度的要求。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：實時檢測控制，DCS、 SCADA；（2

10、） 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、錄象機、智能記錄、存儲；（5） 計算機仿真系統(tǒng)：汽車駕駛培訓(xùn)、潛艇仿真運行、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) 基于通用微型計算機 ( 如 Pc 機) 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進行處理，然后再顯示處理結(jié)果或經(jīng)過D A 轉(zhuǎn)換輸出。它主要有以下幾個特點：系統(tǒng)較強的軟、 硬件支

11、持。 通用微型計算機系統(tǒng)所有的軟、硬件資源都可以用來支持系統(tǒng)進往工作。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， 軟硬件擴展能力較好。在工業(yè)環(huán)境中運行的可靠性差，對安放的環(huán)境要求較高。 程序在 RAM中運行，易受外界干擾破壞。(2) 基于單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)它是由單片機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：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，具有最佳的性價比；系統(tǒng)的軟件一般都有應(yīng)用程序。系統(tǒng)的可靠性好， 使用方便。應(yīng)

12、用程序在 ROM中運行不會因外界的干擾而破壞，而且上電后系統(tǒng)立即進入用戶狀態(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)的特點如下： 精度高、靈活性好、可靠性高、容易集成、分時復(fù)用等，但同時其價格不菲。(4) 基于混合型計算機采集系統(tǒng)這

13、是 - 種近年來隨著 8 位單片機出現(xiàn)而在計算機應(yīng)用領(lǐng)域中迅速發(fā)展的一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。它是由通用計算機(PC 機) 與單片機通過標準總線 ( 例如 RS-485標準 ) 相連而成。單片機及其外圍電路構(gòu)成的部分是專為數(shù)據(jù)采集等功能的要求而配置的，主機則承擔(dān)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的人機對話、大容量的計算、記錄、打印、圖形顯示等任務(wù)固?；旌闲陀嬎銠C數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有以下特點：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)。主機可遠離現(xiàn)場而構(gòu)成各種局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。充分利用主機資源，但不會占有主機的全部CPU時間。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)， 具體地說，就是采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)

14、換成計算機能識別的數(shù)字信號， 然后送入計算機， 根據(jù)不同的需要由計算機進行相應(yīng)的計算和處理， 得出所需的數(shù)據(jù)。 與此同時，將計算得到的數(shù)根進行顯顯示和打印，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)具有以下幾個方面的功能。1數(shù)據(jù)采集計算機按照預(yù)先選定的采樣周期，對輸入到系統(tǒng)的模擬信號進行采樣，有時還要對數(shù)字信號、開關(guān)信號進行采樣。2模擬信號處理模擬信號是指隨時間連續(xù)變化的信號，這些信號在規(guī)定的一段連續(xù)時間，其幅值為連續(xù)值，即從一個量變到另一個量時中間沒有間斷，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， 另一種是由儀器、變送器輸出的 0-10

15、mA 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)換輸入計算機后， 常常要進行數(shù)據(jù)的正確性判斷、 標度變換、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號的幅值或相位發(fā)生畸變。 因此，有時還需要對模擬信號做零點漂修正、 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上取值間斷的信號。 在二進制系統(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)字信號的特點是，它只代表某個瞬時的量值，不是連續(xù)的信號。數(shù)字信號是由某些類型的傳感器或儀器輸出，它在線路上的傳送形式

16、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)字信號輸入計算機后，常常需要進行碼制的轉(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個還是每路各用一個，多路模擬輸人通道可分為集

17、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計定時與邏輯控制算機D/A轉(zhuǎn)換器接口鍵盤圖 3-2 微型計算機數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖由圖可知，微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由傳感器、模擬多路開關(guān)、放大器、計算機、A/D 轉(zhuǎn)換器等組成的。3.2 系統(tǒng)工作原理處理核心模塊AT89C52是 51 系列單片機的一個型號， 它是 ATMEL公司生產(chǎn)的。 AT89C52 有 40 個引腳， 32 個外部雙向輸入 / 輸出（ I/O ）端口，同時含 2 個

18、外中斷口， 3 個 16 位可編程定時計數(shù)器 ,2 個全雙工串行通信口， 2 個讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程, 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Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本。圖3-3 所示是它的引腳圖：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，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地

19、址（低8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活部上拉電阻。在 Flash 編程時， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。P1 口：P1 是一個帶部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。對端口寫“ 1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻， 某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時/ 計數(shù)器2 的外部計數(shù)輸入（ P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX ）， Fl

20、ash編程和程序校驗期間，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，時鐘輸出P1.1T2EX（定時 / 計數(shù)器2）P2 口：P2 是一個帶有部上拉電阻的8 位雙向 I/O 口，P2的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對端口P2寫“ 1”，通過部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電(IIL)。在訪問外部程序存儲器或16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVXDPTR 指令）時， P2 口送出高

21、 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， P2 口輸出 P2鎖存器的容。Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。P3 口：P3 口是一組帶有部上拉電阻的8 位雙向 I/O口。P3 口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4 個 TTL 邏輯門電路。對P3 口寫入“ 1”時，它們被部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，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 Flash閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。表 3.2P3 口的第二功能端

22、口引腳第二功能P3.0RXD (串行輸入口 )P3.1TXD（串行輸出口）P3.2INT 0 ( 外部中斷 0)P3.3INT 1（外部中斷 1）P3.4T0（定時器0）P3.5T1（定時器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， RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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 仍以時鐘振蕩頻率的1/6輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存

23、儲器時將跳過一個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，該引腳會被微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，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，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。 在此期間， 當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器， 將跳過兩次 PSEN信號。EA/VPP：外部訪問允許

24、。 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)位時部會鎖存EA 端狀態(tài)。如EA 端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行部程序存儲器中的指令。Flash存儲器編程時，該引腳加上+12V的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V編程電壓Vpp。XTAL1：振蕩器反相放大器的及部時鐘發(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）、雙通道 A/D轉(zhuǎn)換；（3）、輸入輸出電平與 TTL/CMOS相兼容；（4）、

25、 5V電源供電時輸入電壓在 05V之間；（5）、工作頻率為 250KHZ，轉(zhuǎn)換時間為 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引腳圖ADC0832芯片各個引腳說明：（1）、CS 片選使能，低電平芯片使能。（

26、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 256 級，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。 其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)換時間僅為 32 S，據(jù)有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差， 轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性強。 獨立的芯

27、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，可以輕易的實現(xiàn)通道功能的選擇。3. 單片機對 ADC0832的控制原理一般情況下單片機與 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 端在通信時并未同時有效與單片機的借口是雙向的， 所以電路設(shè)計時可以將 DO和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。當(dāng) ADC0832未工作時其 CS輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，CLK和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進行A/D轉(zhuǎn)換時，須先將CS端置于低電平并且保持低電平知道轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入

28、端 CLK提供時鐘脈沖， 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 個時鐘脈沖到來之前 DI 端必須是高電平。在第 2、3 個時鐘脈沖到來之前 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，只對 CH0 進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 1”、“ 1”時，只對 CH1進行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2 位數(shù)據(jù)為“ 0”、 “ 0”時，將 CH0作為正輸入端 IN+，CH1作為負輸入端 IN- 進行輸入。當(dāng) 2 位

29、數(shù)據(jù)為“ 0”、“ 1”時，將 CH0作為負輸入端 IN- ，CH1 作為正輸入端 IN+進行輸入。到第 3 個脈沖的下沉之后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進行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。 從第 4 個脈沖下沉開始由 DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位 DATA7，隨后每一個脈沖下沉 DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第 11 個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù) DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。 也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)， 即從第 11 個字節(jié)的下沉輸出 DATD0。隨后輸出 8 位數(shù)據(jù)，到第 19 個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將 CS置

30、高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。在單片機系統(tǒng)中使用液晶顯示器作為輸出器件有以下優(yōu)點：（ 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4.1 Keil51的介紹C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言，它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。 C語言有功能豐富的庫函數(shù)、運算速度快、編譯效率高、有良好的可移植性，而且可以直接實現(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)計語言，它支持當(dāng)前程序設(shè)計中廣泛采用的由頂向下結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計技術(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)計方法提供

31、了有力的保障。 因此，使用 C語言進行程序設(shè)計已成為軟件開發(fā)的一個主流。用 C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期， 且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進和擴充，從而研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)，用C語言進行單片機程序設(shè)計是單片機開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。所以作為一個技術(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 程序編譯為機器碼，這樣單片機才能執(zhí)行編寫好的程序。KEIL51 是眾多單片機應(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，同時還支持

32、，PLM，匯編和 C 語言的程序設(shè)計， 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大的功能。 因此本系統(tǒng)采用 KEIL 進行軟件的編寫和調(diào)試。的特點：1. C語言作為一種非常方便的語言而得到廣泛的支持，國最通用的是 KeilC51.2. C 語言程序本身不依賴于機器硬件系統(tǒng)， 基本上不作修改就可將程序從不同的單片機中移植過來。3. C 提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點運算，開發(fā)效率高，故可縮短開發(fā)時間，增加程序可讀性和可維護性。4.2 Keil 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)長度值域圍d

33、ata片直接尋址RAM80127idata片間接尋址RAM80255pdata分頁尋址片外RAM80255xdta片外數(shù)據(jù)存儲（ 64K）16065535code片統(tǒng)一編址 ROM（ 64K）16065535bdata片可位尋址的 RAM（16byet） 10127的數(shù)據(jù)類型：在表 4.2 中， C51的數(shù)據(jù)類型有整型、實型、字符型所分，以及相應(yīng)的關(guān)鍵字、所占位數(shù)和數(shù)的表示圍。表 4.2 C51 的數(shù)據(jù)類型類型符號關(guān)鍵字所占位數(shù)數(shù)的表示圍整(signed) int16-3276832767型有16-3276832767(signed) short(signed) long32-21474836

34、482147483647unsigned int16065535無short16065535unsignedintunsigned long int3204294967295實有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)類型擴充定義：safer: 特殊功能寄存器聲明sfr16: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;的運算符與 C 語言基

35、本相同：+-*/（加減乘除） >>=<<=（大于 大于等于 小于小于等于）= !=（測試等于測試不等于） &&| !（邏輯與邏輯或 邏輯非 ）>> <<（位右移位左移） & |(按位與按位或 ) (按位異或按位取反 )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)計主程序設(shè)計包括以下方面：按照硬件電路對單片機位定義。編寫延時模塊程序。編寫驅(qū)動 LCD顯示模塊程序。編寫驅(qū)動 A/D 轉(zhuǎn)換模塊程序。主程序流程圖 4-1 所示。開始STC89C51

36、初始化有鍵按下嗎？鍵盤子程序N啟動A/D轉(zhuǎn)換標度變化處理LCD顯示程序圖 4-1主程序流程圖顯示模塊程序設(shè)計經(jīng)分析， LCD1602顯示由初始化設(shè)計指令、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初始化程序流程圖模塊的程序設(shè)計正常情況下 ADC0832 與單片機的接口應(yīng)為 4 條數(shù)據(jù)線，分別是 CS、 CLK、DO、DI。但由于 DO端與 DI 端在通信時并未同時有效并與單片機的接口是雙向的，所以電路設(shè)計時可以將 DO 和 DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。

37、 （見圖 3 ）當(dāng) ADC0832未工作時其 CS 輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用， CLK 和 DO/DI 的電平可任意。當(dāng)要進行 A/D 轉(zhuǎn)換時，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。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端 CLK 輸入時鐘脈沖， 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 個時鐘脈沖的下沉之前 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 .ADC0832的程序流程圖如圖 4-3 所示。開始初始化啟動ADC0832轉(zhuǎn)換結(jié)束？NY讀取數(shù)據(jù)返回圖 4

38、-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， 制作和軟件編程之后， 要使系統(tǒng)能夠按設(shè)計意圖正常運行，必須進行系件和軟件調(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)計的錯誤和工藝性故障等。1. 檢查所設(shè)計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，為了保護芯片，應(yīng)先對各IC 座電位進行檢查，確認無誤后再插入芯片。a. 第一步，我們用數(shù)字萬用表進行了逐一對點的檢查，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

39、 5V 電源（ 0V 地）線是否與電路中的對應(yīng)點的電源（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插座進行調(diào)試，檢查各接口是否滿足設(shè)計的要求，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管座， 觀看顯示

40、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 - 電路能運行】5. 將整機程序生成的 （.hex ）文件寫入 AT89C51芯片，插入單片機插座進行調(diào)試，檢查各接口是否滿足設(shè)計的要求， 有正常的程序測試硬件電路的好壞。 當(dāng)我們把前幾步準備工作都做完以后通電進行總調(diào)。a. 通道號為 0 時，測 ADC0809的 26 腳（ IN0）顯示電路顯示通道號與電壓值為 02.95 ，對可變電位器進行調(diào)試，顯示電壓變動，用萬用表檢測ADC0809的28 腳對地電壓，與設(shè)計的顯示器上的值相差無幾。b. 通道號為 1 時，測 ADC0809的 27 腳（ IN1）顯示電路顯示通道號與電壓值為 12.4

41、5 ，對可變電位器進行調(diào)試，顯示電壓變動，萬用表測試正常。c. 通道號為 2 時，測 ADC0809的 28 腳（IN2）顯示電路顯示通道號與電壓值為 24.45 ，對可變電位器進行調(diào)試，顯示電壓變動，萬用表測試正常。d. 當(dāng)按下【單路 / 多路巡檢】時，通道號與電壓值同步改變正常，再按一下【單路 / 多路巡檢】時通道號與電壓固定不再變動。因為我們做的是3 路巡檢，所以當(dāng)顯示電路的通道號為2 時，下一步顯示電路的通道號將變?yōu)?。e. 按下【通道選擇】時，每當(dāng)按一下時變一通道，在按一下時又變一個通道，即完成通道號的選擇。f. 按下【復(fù)位】按鍵時，通道號將變成 0 通道，電壓也為初始值。g. 硬件

42、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)工具進行在線仿真調(diào)試，發(fā)現(xiàn)和糾正程序的錯誤，同時也能發(fā)現(xiàn)硬件的故障。 軟件調(diào)試是一個模塊一個模塊進行的。首先單獨調(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電壓， 分別觀察 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所有程序運行正常后，在這個程序中加入中斷延時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)首先我們由衷感老師提供給我們這樣一個鍛煉自己的機會， 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)計的過程中體會到團隊合作的樂趣。 一向慣于“獨立思考”的我們學(xué)會了積極的同團隊成員交流，取長補短，共同進步。 “獨學(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， 我們學(xué)會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