基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計

1、 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計理工學(xué)院自動化與電子信息學(xué)院二O一三年六月53 / 59基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計摘要：本文介紹了基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是模擬域與數(shù)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。本系統(tǒng)應(yīng)用ADC0809作為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路使其能夠進行8路數(shù)據(jù)實時采集，實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將采集到的實時數(shù)據(jù)通過RS232傳輸?shù)缴衔籔C機上。本系統(tǒng)將比較熱門的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)和單片機技術(shù)有效的結(jié)合，實現(xiàn)了高速的通信和數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)能夠?qū)Χ鄠€點進行同時監(jiān)控，且能夠與微機進行通信，可以

2、方便的實現(xiàn)人機對話。軟件部分應(yīng)用VC+編寫控制軟件，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進行了設(shè)計。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸；ADC0809；RS232；單片機Design of Data Acquisition and Transmission System Based on Single Chip MicrocomputerMA Liangyao(SichuanUniversity of Science and Engineering, Zigong, China, 643000)Abstract: This article describes the hardware

3、 design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer. The data acquisition system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The system applies ADC0809 as a high speed data conversion circuit to 8 road data real-time ac

4、quisition, implementation of the collected data to convert the analog quantity to digital quantity, and the transmission of real-time data were collected through RS232 to the upper PC. This system will be popular in the A/D conversion technology and single-chip microcomputer technology effectively c

5、ombined, realize the high-speed communication and data exchange. System can carry on the monitoring at the same time, to the multiple points and able to communicate with computer, easy to realize the man-machine dialogue. The software is partly programmed with VC+. The software can realize the funct

6、ion of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like data-acquisition treatment,data-display and data-communication ect.Key words: data acquisition；data transfer ；ADC0809；RS232；single chip microcomputer目錄摘要IABSTRACTII第1章引言11.1 研究的目的與意義11.2 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的概述11.3 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)

7、用21.4 本論文研究的主要容和結(jié)構(gòu)安排31.5 本章小結(jié)4第2章數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)理論52.1 數(shù)據(jù)采集的意義和任務(wù)52.2模擬信號數(shù)字化處理基本理論52.2.1 采樣過程52.2.2 采樣定理72.2.3 模擬信號的采樣控制方式82.3 數(shù)據(jù)傳輸理論基礎(chǔ)102.3.1 數(shù)據(jù)傳輸102.3.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)122.3.3 RS232C接口142.3.4 串口通信基本接線方法152.4 本章小結(jié)18第3章系統(tǒng)的硬件設(shè)計193.1 系統(tǒng)硬件框圖193.2 傳感器193.2.1 電壓型溫度傳感器LM35D193.2.2 氣壓傳感器MPX4115203.3 A/D轉(zhuǎn)換電路213.3.1 A

8、DC0809的介紹213.3.2 ADC0809時序圖233.4 單片機電路233.4.1 AT89S51說明243.4.2 單片機最小系統(tǒng)263.5 上位機通信電路283.6 顯示電路設(shè)計303.7 電源電路303.8 本章小結(jié)31第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計324.1 Keil uVision3簡介324.2 程序設(shè)計324.2.1 主程序流程圖324.2.2 LED數(shù)據(jù)顯示子程序334.2.3 串口初始化子程序344.2.4 串口通信子程序354.3 程序調(diào)試結(jié)果354.4 本章小結(jié)37第5章系統(tǒng)仿真385.1 系統(tǒng)仿真使用工具介紹385.2 系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果與分析395.3 本章小結(jié)42第6章結(jié)束

9、語43致44參考文獻45附錄46附錄一主要元器件清單46附錄二整體電路結(jié)構(gòu)圖47附錄三溫度數(shù)據(jù)采集與傳輸程序48附錄四壓力數(shù)據(jù)采集與傳輸程序52第1章 引 言1.1 研究的目的與意義數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸是指將溫度、壓力、流量、濕度等物理量從傳感器采集，經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過傳輸系統(tǒng)送入計算機（微處理器）進行存儲、處理、顯示或者打印的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機（或微處理器）的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)，根據(jù)不同需要可以把ADC采集的電壓信號進行相應(yīng)的計算和處理，獲得所需的數(shù)據(jù)，同時交予數(shù)碼管實現(xiàn)電壓顯示功能，便于對某些物理量的監(jiān)視和統(tǒng)計。雖然在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中

10、，對數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的功耗、便攜性、成本等方面有著不同的要求，但總體而言，要在確保精度的條件下，盡可能提高采集速度，以滿足實時采集、實時處理、實時控制的要求。實時性越高，工作效率越高，取得的經(jīng)濟效益也就越大。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)也在飛速提升。在計算機廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的在多個領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。在工業(yè)、工程、生產(chǎn)車間等部門，尤其是在對信息實時性能要求較高或者惡劣的數(shù)據(jù)采集環(huán)境中更突出其應(yīng)用的必要性。例如：在環(huán)境勘查中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲取多種物理量，并對勘察對象進行存儲、統(tǒng)計和分析，是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之

11、一，從而提高了人們對自然的認知能力；在科學(xué)實驗中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具。本文設(shè)計的8路數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場。1.2 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的概述數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)是信息科學(xué)的一個重要分支，也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志。近年來，數(shù)據(jù)采集與其應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集是對一個或多個信號獲取對象信息的過程。數(shù)據(jù)采集器是一種具有實驗室或現(xiàn)場進行實時數(shù)據(jù)采集、自動存儲記錄、信號預(yù)處理、即時顯示、即時狀態(tài)分析、自動傳輸?shù)裙δ艿淖詣踊O(shè)備?；趩纹瑱CAT89S51

12、的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機具多外設(shè)電路配置簡單、擴展方便、操作容易、可靠性高、實用性強、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而ADC0809又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c同時進行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這就使得以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。20世紀90年代至今，在國際上技術(shù)先進的國家，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空電子設(shè)備與宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。目前有的DAS產(chǎn)品精度已達16位

13、，采集速度每秒達到幾千萬次以上。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該階段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進的模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個新的系統(tǒng)11。1.3 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用以微型計算機為核心平臺的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)逐漸暴露出許多缺陷，如：工業(yè)環(huán)境一般條件惡劣，而微型計算機的防塵、防震等功能較差；體積大，不易攜帶和使用；擴展性差、成本高。隨著微型計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和普與，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測已成為日益重要的檢測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時監(jiān)控溫度、壓力、流量、濕度等場合。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制

14、等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，通常采用一些功能相對獨立的單片機系統(tǒng)來實現(xiàn)，作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)11。技術(shù)的進步已經(jīng)消除或顯著地減少了大多數(shù)問題?，F(xiàn)在可提供選擇的圍很廣，用戶可以定做設(shè)備，也可以購買成套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著PC時代的到來，嵌入式數(shù)據(jù)采集技術(shù)以其可靠性高、體積小、重量輕、攜帶維護方便、易擴展、成本低、功能強等優(yōu)勢在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要用于環(huán)境、傳感器信號的測量、智能樓宇控制與地震預(yù)警等應(yīng)用系統(tǒng)中，并在工業(yè)現(xiàn)場信號隔離與長線傳輸、工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的獲取與記錄、設(shè)備運行監(jiān)視、RS-232/485總線工業(yè)自動化控制系統(tǒng)等

15、領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用11。 當(dāng)今現(xiàn)代化建設(shè)和國民經(jīng)濟發(fā)展迅速。社會對生產(chǎn)環(huán)境和生活環(huán)境意識的要求也越來越高。人們的日常生活和周圍環(huán)境息息相關(guān)，石油、化工、航天、制藥、檔案保管、糧食存儲等領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境也有著較高的要求。因此，環(huán)境的監(jiān)測和控制已成為生產(chǎn)過程中非常重要的技術(shù)。目前我國環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展相對完善,已經(jīng)建立了一整套數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。主要包括自動監(jiān)測和手工監(jiān)測兩種,并正隨著信息技術(shù)的進步而逐步向智能化監(jiān)測發(fā)展。環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和管理是建立在環(huán)境監(jiān)測、自動控制、計算機、電子、通信等多個領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)上的系統(tǒng)工程。1.4 本論文研究的主要容和結(jié)構(gòu)安排鑒于數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和其特有的優(yōu)勢

16、，設(shè)計了一個8路高速數(shù)據(jù)采集采集器和一個可以與上位機串行通信的數(shù)據(jù)傳輸電路，并將這兩部分合并起來成為數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括傳感器，A/D轉(zhuǎn)換模塊，輸出控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，顯示模塊五個部分。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。整個系統(tǒng)的核心是進行實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，完成了設(shè)計所有要求。本設(shè)計應(yīng)用性比較強，系統(tǒng)可以作為工業(yè)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，利用單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控并通過計算機存儲數(shù)據(jù)。設(shè)計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實驗室溫度監(jiān)控系統(tǒng)、管道里流量監(jiān)控系統(tǒng)等等。本論文結(jié)構(gòu)安排如下：第1章 引言部分。對數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的研究目

17、的、意義、發(fā)展與應(yīng)用做了一個詳細概述。第2章 理論部分。介紹數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)理論，包括采樣、傳輸、接口標(biāo)準(zhǔn)。第3章 硬件部分。提出8路高速數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的整體設(shè)計思路，并對各部分電路進行了具體的設(shè)計。第4章 軟件設(shè)計。根據(jù)硬件設(shè)計和任務(wù)要求完成軟件部分的設(shè)計，完成軟件調(diào)試，并給出調(diào)試結(jié)果。 第5章 系統(tǒng)仿真。在protues環(huán)境下，對設(shè)計好的硬件電路進行仿真，分析數(shù)據(jù)是否達到設(shè)計要求。第6章 結(jié)束語。列舉本論文研究成果，分析其中的不足之處，展望研究前景。最后在附錄里給出本次設(shè)計中的元件清單、完整電路圖和軟件程序。1.5 本章小結(jié)在環(huán)境監(jiān)測和管理系統(tǒng)中，常常需要對眾多監(jiān)測點進行實時監(jiān)測

18、，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進行處理。由于監(jiān)測點過于分散，分布較廣，而且大多數(shù)啊設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，環(huán)境監(jiān)測設(shè)備可以將采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與時發(fā)送到管理中心進行處理，便于管理。總之?dāng)?shù)據(jù)采集技術(shù)正朝著靠性高、體積小、重量輕、攜帶維護方便、易擴展、低成本、多功能、網(wǎng)絡(luò)化和遙測等方面飛速發(fā)展。第2章 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)理論2.1 數(shù)據(jù)采集的意義和任務(wù)數(shù)據(jù)采集是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示或打印的過程。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)：采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號，

19、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)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分數(shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計算機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。2.2模擬信號數(shù)字化處理基本理論任何數(shù)字計算機或者數(shù)字設(shè)備只能接受和處理有限位的數(shù)字信號，因此模擬信號在輸入到計算機或者數(shù)字設(shè)備之前必須變成時間上和幅值上都離散的數(shù)字信號。這包含兩個過程，首先要在某些時間點上抽取連續(xù)模擬信號相應(yīng)的瞬時值，使模擬信號變成時間上離散的時域信號采樣信號，這個過程稱為采樣（sampling）。然后用一組數(shù)碼來逼近這些采樣信號，使采樣信號變成幅值上也離散的數(shù)字信

20、號，這個過程成為量化（quantization）。采樣和量化就是將模擬信號變?yōu)槿魏螖?shù)字計算機或者數(shù)字設(shè)備可以接受和處理的數(shù)字信號。2.2.1 采樣過程一個連續(xù)的模擬信號x(t)，通過一個周期性開閉（周期為TS，開關(guān)閉合時間為）的采樣開關(guān)K之后，在開關(guān)輸出端輸出一串在時間上離散的脈沖信號xs(nTs)，這個過程就稱為采樣過程。如圖2-1所示。采樣信號：xs(nTs)采樣時刻：0，TS ,2TS ,3TS 采樣時間：tx(t)x(t)KTs(t)xS(nTS )txS(nTS )TSTS2TS3TSx(t)x(t)x(t)x(t)tx(t)tx(t)x(t)tx(t)xS(nTS )x(t)tx(

21、t)xS(nTS )x(t)tx(t)Ts(t)xS(nTS )x(t)tx(t)KTs(t)xS(nTS )x(t)tx(t)KTs(t)xS(nTS )x(t)tx(t)KTs(t)xS(nTS )x(t)tx(t)KTs(t)xS(nTS )x(t)t圖2-1 采樣過程 采樣周期：TS采樣頻率：fS=1/TS在實際系統(tǒng)中，<<TS ，也就是說，在一個采樣周期，只有很短的一段時間采樣開關(guān)是閉合的。采樣過程可以看作為脈沖調(diào)制過程，采樣開關(guān)可看做調(diào)制器。這種脈沖調(diào)制過程是將輸入的連續(xù)模擬信號x(t)的波形，轉(zhuǎn)換為寬度非常窄而幅度由輸入信號確定的脈沖序列。如圖2-2所示。tx(t)x

22、(t)KTs(t)xS(nTS )txS(nTS )TSTS2TS3TSx(t)圖2-2 脈沖調(diào)整過程輸入信號與輸出信號之間的關(guān)系表達式可為 （2-1）因為<< Ts，所以假設(shè)采樣脈沖為理想脈沖，x(t)在脈沖出現(xiàn)瞬間nTS取值為x(nTS)，故，上式改寫為 （2-2）考慮到時間為負值沒有意義，上式改寫為 （2-3）在實際應(yīng)用中，<<TS。采樣周期TS決定了采樣信號的質(zhì)量和數(shù)量：TS，xS(nTS )，存量；TS，xS(nTS )，丟失的某些信息。不能無失真地恢復(fù)成原來的信號，出現(xiàn)誤差。因此，在進行連續(xù)信號的離散化處理時，采樣周期必須依據(jù)某個定理來選擇。2.2.2 采樣

23、定理一般連續(xù)信號x(t)可表示為無限個諧波的疊加，信號x(t)和頻譜X(f)關(guān)系為（2-4）要由x(nTs)恢復(fù)出x(t) ，頻譜X(f)和采樣間隔Ts必須滿足下列條件：X(f)有截止頻率fc時，當(dāng)| f | fc時，X(f) = 0Ts 1/2fc，或fc1/2Ts對一個頻率在0fC的連續(xù)信號進行采樣，當(dāng)采樣頻率為fS2 fC時，由采樣信號xS(nTS)能無失真地恢復(fù)為原來信號x(t) 。 滿足條件下離散信號xS(nTS)表示為當(dāng)| f |1/2Ts時，X(f) = 0，X(f)完全由(-1/Ts，1/Ts)上的值確定。在此區(qū)間上，展成付立葉級數(shù) 其中所以 （2-5）可以得到 （2-6）2.

24、2.3 模擬信號的采樣控制方式模擬信號采樣控制方式如圖2-3所示采樣無條件采樣條件采樣DMA方式采樣定時采樣（等間隔采樣）定時采樣（變步長采樣）程序查詢采樣中斷控制采樣圖2-3 采樣控制方式分類 無條件采樣采集設(shè)備（A/D轉(zhuǎn)換器）可以認為是隨時都是準(zhǔn)備好工作的，只要有讀取數(shù)據(jù)的命令發(fā)出系統(tǒng)就可以從采集設(shè)備上獲得數(shù)據(jù)而不需要控制系統(tǒng)和采集設(shè)備之間進行握手信號的交互。優(yōu)點：可以采集任何形式的信號，采集點嚴格按照時間順序排列。所需要的軟硬件最簡單，系統(tǒng)容易實現(xiàn)。缺點：由于采集設(shè)備總是在工作，所以每個時刻所采集到的數(shù)據(jù)是在變化的，所以每采集一次所獲得的數(shù)據(jù)必須在下一次采集的時候?qū)⑵涮幚硗戤叢⒈４妫ㄆ渲?/p>

25、處理包括采集、量化、編碼、存儲以與其他的一些應(yīng)用所需要的變換），否則會造成數(shù)據(jù)的采集失敗，采樣點的丟失。而且處理器和采集設(shè)備需要同時工作。 定時采樣（固定的采樣時間間隔）； 定點數(shù)采樣（在信號的周期才固定點數(shù)的值，采樣的間隔隨著信號的周期變化而變化）。 條件采樣采樣過程受到控制，并不是任何時候需要數(shù)據(jù)都可以得到滿足，常見的有程序查詢采樣和中斷控制采樣兩種。 程序查詢采樣：處理器不斷的詢問采集設(shè)備的狀態(tài)，了解是否已經(jīng)將所需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理完畢。特點：系統(tǒng)的實時性不是很高，處理器和采集設(shè)備之間的交互信息比較多，處理器的使用率不是很高，但是硬件設(shè)備簡單，控制程序容易實現(xiàn)（只需要一些循環(huán)語句和控制信號

26、就可以實現(xiàn)）不需要保護現(xiàn)場。 中斷控制采樣：處理器只啟動設(shè)備，一旦設(shè)備啟動后處理器就不干預(yù)其工作，等到設(shè)備采集完畢的時候，向處理器發(fā)送中斷信號通知處理器。（這兩種方式以與下面的DMA方式和微機原理中的三中I/O方式是同樣的道理，是它的一種實際應(yīng)用）。特點：處理器的使用效率可以提高。但是需要保護現(xiàn)場，軟件處理要求比較高一些。 DMA方式采樣利用中斷控制方式進行數(shù)據(jù)采集，可以大大提高CPU利用率。但是，中斷方式仍是由CPU通過程序把采集的數(shù)據(jù)從I/O端口傳送至累加器，然后再由累加器送至存。圖2-4中實線部分為中斷方式傳輸數(shù)據(jù)的示意。在這個過程中的最大傳輸效率不超過10000biat/s，從而使數(shù)據(jù)

27、傳輸需要一定的時間。如果要高速數(shù)據(jù)采集，采用中斷控制采樣是不合適的。內(nèi)存CPUI/O外設(shè)DMA控制器圖2-4 DMA傳送方式示意圖在DMA方式采樣控制下，由硬件完成數(shù)據(jù)傳送操作，數(shù)據(jù)直接在外部設(shè)備和存儲器MEM之間進行傳送，而不通過CPU和IO，因而可大大提高數(shù)據(jù)的采集速率。2.3 數(shù)據(jù)傳輸理論基礎(chǔ)依照適當(dāng)?shù)囊?guī)程，經(jīng)過一條或多條鏈路，在數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)終端之間傳送數(shù)據(jù)的過程。也為借助信道上的信號將數(shù)據(jù)從一處送往另一處的操作就稱為數(shù)據(jù)傳輸。2.3.1 數(shù)據(jù)傳輸 基帶、頻帶和數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸： 基帶傳輸是指由數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）送出的二進制“1”數(shù)據(jù)傳輸或“0”的電信號直接送到電路的傳輸方式。 大多數(shù)傳

28、輸信道是帶通型特性，基帶信號通不過。采用調(diào)制方法把基帶信號調(diào)制到信道帶寬圍進行傳輸，接收端通過解調(diào)方法再還原出基帶信號的方式，稱為頻帶傳輸。 數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸是利用數(shù)字話路傳輸數(shù)據(jù)信號的一種方式。 并行傳輸與串行傳輸： 并行傳輸是構(gòu)成字符的二進制代碼在并行信道上同時傳輸?shù)姆绞?，所傳送的?shù)據(jù)同時發(fā)送和接收。一個并行數(shù)據(jù)占多少二進制數(shù)，就要多少根傳輸線。這種通信方式數(shù)度快，但傳輸線多，價格貴，適合近距離傳輸。如圖 2-5所示。0011101000111010儀 器計 算 機圖2-5 并行傳輸方式 串行傳輸是構(gòu)成字符的二進制代碼在一條信道上以位（碼元）為單位，按時間順序逐位傳輸?shù)姆绞?。速度雖慢，但只需一

29、條傳輸信道，投資小，易于實現(xiàn)，是數(shù)據(jù)傳輸采用的主要傳輸方式。如圖2-6所示。儀器計算機發(fā)送接收圖2-6 串行傳輸方式 異步傳輸和同步傳輸： 異步傳輸是字符同步傳輸?shù)姆绞?。?dāng)發(fā)送一個字符代碼時，字符前面要加一個“起”信號，長度為1個碼元寬，極性為“0”，即空號極性；而在發(fā)完一個字符后面加一個“止”信號，長度為1，1.5或2個碼元寬，極性為“1”，即傳號極性。接收端通過檢測起、止信號，即可區(qū)分出所傳輸?shù)淖址?。字符可以連續(xù)發(fā)送，也可單獨發(fā)送，不發(fā)送字符時，連續(xù)發(fā)送止信號。如圖2-7所示。起始位1幀數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)位D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7停止位奇偶校驗停止位ASC碼ASC碼011P1P

30、第n-1個字符第n+1個字符第n個字符數(shù)據(jù)流圖2-7 數(shù)據(jù)異步傳輸格式由圖可知，1幀數(shù)據(jù)是由以下4個部分按順序組成的：起始位當(dāng)通信線上沒有數(shù)據(jù)傳輸時，線路處于邏輯“1”狀態(tài)。當(dāng)儀器要發(fā)送一個字符數(shù)據(jù)時，首先發(fā)出一個邏輯“0”信號，這個邏輯低電平后，就開始準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位信號。因此，起始位所起的作用就是表示數(shù)據(jù)傳輸開始。數(shù)據(jù)位當(dāng)計算機接收到起始位后，緊接著就會收到數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位的位數(shù)可以是5、6、7或8位的數(shù)據(jù)。在字符數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)位從最小有效位（最低位）開始傳輸。奇偶校驗位數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，可以發(fā)送奇偶校驗位。奇偶校驗位用于有限差錯檢測，通信雙方在通信時須約定一致的奇偶校驗方式。就數(shù)據(jù)傳輸

31、而言，奇偶校驗位是冗余位，但它表示數(shù)據(jù)的一種性質(zhì)，這種性質(zhì)用于檢錯，雖有限但很容易實現(xiàn)。奇偶檢驗位可有可無，可奇可偶。停止位在奇偶位或數(shù)據(jù)位（當(dāng)無奇偶校驗位時）之后發(fā)送的是停止位?？梢允?位、1.5位或2位。停止位是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志。 同步傳輸是位（碼元）同步傳輸方式。該方式，如圖2-8必須在收、發(fā)雙方建立精確的位定時信號，以便正確區(qū)分每位數(shù)據(jù)信號。在傳輸中，數(shù)據(jù)要分成組（或稱幀），一幀含多個字符代碼或多個獨立碼元。在發(fā)送數(shù)據(jù)前，在每幀開始必須加上規(guī)定的幀同步碼元序列，接收端檢測出該序列標(biāo)志后，確定幀的開始，建立雙方同步。接收端DCE從接收序列中提取位定時信號，從而達到位（碼元）同步。數(shù)

32、據(jù)2數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)n校驗字節(jié)1-2個同步字符連續(xù)傳送n個字符校驗圖2-8 數(shù)據(jù)同步串行傳輸格式 單工、半雙工和全雙工傳輸：單工傳輸指數(shù)據(jù)只能按單一方向發(fā)送和接收；半雙工傳輸指數(shù)據(jù)可以在兩個方向傳輸?shù)荒芡瑫r進行，即交替收、發(fā)；全雙工傳輸指數(shù)據(jù)可以在兩個方向同時傳輸，即同時收和發(fā)。一般四線線路為全雙工數(shù)據(jù)傳輸，二線線路可實現(xiàn)全雙工數(shù)據(jù)傳輸。2.3.2 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口（Serial Communication Interface）按國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提供的電氣標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議劃分為RS-232、RS-485、USB、IEEE 1394等。RS-232和RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，不

33、涉與接插件、電纜或協(xié)議。USB和IEEE 1394是近幾年發(fā)展起來的新型接口標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于高速數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。所謂標(biāo)準(zhǔn)接口，就是明確定義若干信號線，使接口電路標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。借助串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，不同類型的數(shù)據(jù)通信設(shè)備可以很容易實現(xiàn)它們之間的串行通信連接。采用標(biāo)準(zhǔn)接口后，能很方便地把各種計算機、外部設(shè)備、測量儀器等有機地連接起來，進行串行通信。RS232C是由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）正式公布的、在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。它包括了按位串行傳輸?shù)碾娖骱蜋C械方面的規(guī)定。適合于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率和通信距離，EIA又公布了RS422，RS423和RS一485

34、串行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。20mA電流環(huán)是一種非標(biāo)準(zhǔn)的串行接口電路，但由于它具有簡單、對電器噪聲不敏感的優(yōu)點，因而在串行通信中也得到廣泛使用。為保證通信的可靠性要求，在選擇接口標(biāo)準(zhǔn)時，須注意兩點：通信速度和通信距離，抗干擾能力。 通信速度與距離通常的標(biāo)準(zhǔn)串行接口標(biāo)準(zhǔn)，其電氣特性都具有可靠傳輸時的最大通信速度和傳送距離兩方面指標(biāo)，但這兩方面指標(biāo)之間具有一定的相關(guān)性。通常情況下，適當(dāng)?shù)亟档屯ㄐ潘俣?，可提高通信距離，反之亦然。例如，采用RS-232C標(biāo)準(zhǔn)進行單向數(shù)據(jù)傳輸時，最大數(shù)據(jù)傳輸速率為20kb/s，最大傳送距離為15m，而改用RS-422標(biāo)準(zhǔn)時，最大傳輸速率可達10Mb/s，最大傳送距離為300m，在

35、適當(dāng)降低數(shù)據(jù)傳輸速率情況下，傳送距離可延伸到1200m。 抗干擾能力串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)的選擇，在保證不超過其使用圍情況下，還要考慮其抗干擾能力，以保證信號的可靠傳輸。但工業(yè)測控系統(tǒng)運行環(huán)境往往十分惡劣，因此，在通信介質(zhì)選擇、接口標(biāo)準(zhǔn)選擇時要充分注意其抗干擾能力，并采取必要的抗干擾措施。例如：在長距離傳輸時，使用RS-422標(biāo)準(zhǔn)，能有效地抑制共模信號干擾。在高噪聲污染環(huán)境中，使用帶有金屬屏蔽層、光纖介質(zhì)來減少電磁噪聲的干擾，采用光電隔離提高通信系統(tǒng)的安全性等，都是一些行之有效的辦法。2.3.3 RS232C接口RS-232是微型計算機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不

36、平衡傳輸方式，即所謂的單端通信。RS-232C串行接口總線適用于：設(shè)備之間的通信距離不大于15m，傳輸速率最大為20kb/s。RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)接口目前最常用的串行通信總線接口是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）1969年推薦的RS232C。RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口的全稱是“使用二進制進行交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口”。計算機、外設(shè)、顯示終端等都屬于數(shù)據(jù)終端設(shè)備，而調(diào)制解調(diào)器則是數(shù)據(jù)通信設(shè)備。 接口信號一個完整的RS-232C接口有22根線，采用標(biāo)準(zhǔn)的25芯插頭座。表2-1給出了RS-232C串行標(biāo)準(zhǔn)接口信號的定義以與信號的分類。表2-1 RS-232C串行標(biāo)準(zhǔn)接口信號

37、的定義與信號的分類引腳號信號名稱簡稱方向信號功能1保護地接設(shè)備外殼，安全地線2發(fā)送數(shù)據(jù)TXDDCEDTE發(fā)送串行數(shù)據(jù)3接收數(shù)據(jù)RXDDTEDTE接收串行數(shù)據(jù)4請求發(fā)送RTSDCEDTE請求切換到發(fā)送方式5清除發(fā)送CTSDTEDCE清除發(fā)送6數(shù)據(jù)設(shè)備就緒DSRDTEDCE準(zhǔn)備就緒7信號地信號地8載波檢測（RLSD）DCDDTEDCE已接收到遠程信號20數(shù)據(jù)終端就緒DTRDCEDTE準(zhǔn)備就緒22振鈴指示RIDTE通知DTE，通信線路已妥通常使用25芯的接插件（DB25插頭和插座）來實現(xiàn)RS232C標(biāo)準(zhǔn)接口的連接。RS一232C標(biāo)準(zhǔn)接口（DB25）連接器的機械性能與信號線的排列如圖2-9所示。圖2-

38、9 DB25連接器的機械性能與信號線的排列 電氣特性RS-232C采用負邏輯，即：邏輯“1”為-5-15V，邏輯“0”為+5+15V。表2-2為RS-232C接口的主要電氣特性。表2-2 RS-232C接口的主要電氣特性不帶負載時驅(qū)動器輸出電平Vo<25V(-25+25V)負載電阻R0 37k負載電容（包括線間電容）CL<2 500pF空號（SPACE）或邏輯“0”時驅(qū)動器輸出電平+5+15V在負載端傳號（MARK）或邏輯“1”時>+3V驅(qū)動器輸出電平-5-15在負載端<-3V輸出短路電流<0.5A驅(qū)動器轉(zhuǎn)換速率<30V驅(qū)動器輸出電阻R<3002.3.

39、4 串口通信基本接線方法目前較為常用的串口有9針串口（DB9）和25針串口（DB25），通信距離較近時(<12m)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口(RS422,RS485較遠)，若距離較遠，需附加調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。最為簡單且常用的是三線制接法，即地、接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)三腳相連，本文只涉與到最為基本的接法，且直接用RS232相連。DB9和DB25的常用信號腳說明。如下表2-3所示。表2-3 DB9和DB25的常用信號腳說明9針串口（DB9）25針串口（DB25）針號功能說明縮寫針號功能說明縮寫1數(shù)據(jù)載波檢測DCD8數(shù)據(jù)載波檢測DCD2接收數(shù)據(jù)RXD3接收數(shù)據(jù)RXD3發(fā)送數(shù)據(jù)

40、TXD2發(fā)送數(shù)據(jù)TXD4數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR20數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好DTR5信號地GND7信號地GND6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR6數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好DSR7請求發(fā)送RTS4請求發(fā)送RTS8清除發(fā)送CTS5清除發(fā)送CTS9振鈴指示DELL22振鈴指示DELLRS232C串口通信接線方法（三線制）首先，串口傳輸數(shù)據(jù)只要有接收數(shù)據(jù)針腳和發(fā)送針腳就能實現(xiàn)：同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連，兩個串口相連或一個串口和多個串口相連，同一個串口的接收腳和發(fā)送腳直接用線相連 對9針串口和25針串口，均是2與3直接相連；兩個不同串口（不論是同一臺計算機的兩個串口或分別是不同計算機的串口）。上面表格是對微機標(biāo)準(zhǔn)串行口而言的

41、，還有許多非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，如接收GPS數(shù)據(jù)或電子羅盤數(shù)據(jù)，只要記住一個原則：接收數(shù)據(jù)針腳（或線）與發(fā)送數(shù)據(jù)針腳（或線）相連，彼此交叉，信號地對應(yīng)相接，就能百戰(zhàn)百勝。串口調(diào)試中要注意的幾點：串口調(diào)試時，準(zhǔn)備一個好用的調(diào)試工具，如串口調(diào)試助手、串口精靈等，有事半功倍之效果； 強烈建議不要帶電插撥串口，插撥時至少有一端是斷電的，否則串口易損壞。串口通訊流控制我們在串行通訊處理中，常常看到RTS/CTS和XON/XOFF這兩個選項，這就是兩個流控制的選項，目前流控制主要應(yīng)用于調(diào)制解調(diào)器的數(shù)據(jù)通訊中，但對普通RS232編程，了解一點這方面的知識是有好處的。這里講到的“流”，當(dāng)然指的是數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)在兩個串口之

42、間傳輸時，常常會出現(xiàn)丟失數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，或者兩臺計算機的處理速度不同，如臺式機與單片機之間的通訊，接收端數(shù)據(jù)緩沖區(qū)已滿，則此時繼續(xù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)就會丟失?，F(xiàn)在我們在網(wǎng)絡(luò)上通過MODEM進行數(shù)據(jù)傳輸，這個問題就尤為突出。流控制能解決這個問題，當(dāng)接收端數(shù)據(jù)處理不過來時，就發(fā)出“不再接收”的信號，發(fā)送端就停止發(fā)送，直到收到“可以繼續(xù)發(fā)送”的信號再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此流控制可以控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪M程，防止數(shù)據(jù)的丟失。 PC機中常用的兩種流控制是硬件流控制（包括RTS/CTS、DTR/CTS等）和軟件流控制XON/XOFF（繼續(xù)/停止），下面分別說明。 硬件流控制硬件流控制常用的有RTS/CTS流控制和DTR/DSR（

43、數(shù)據(jù)終端就緒/數(shù)據(jù)設(shè)置就緒）流控制。硬件流控制必須將相應(yīng)的電纜線連上，用RTS/CTS（請求發(fā)送/清除發(fā)送）流控制時，應(yīng)將通訊兩端的RTS、CTS線對應(yīng)相連，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（如計算機）使用RTS來起始調(diào)制解調(diào)器或其它數(shù)據(jù)通訊設(shè)備的數(shù)據(jù)流，而數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器）則用CTS來起動和暫停來自計算機的數(shù)據(jù)流。這種硬件握手方式的過程為：我們在編程時根據(jù)接收端緩沖區(qū)大小設(shè)置一個高位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的75）和一個低位標(biāo)志（可為緩沖區(qū)大小的25），當(dāng)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量達到高位時，我們在接收端將CTS線置低電平（送邏輯0），當(dāng)發(fā)送端的程序檢測到CTS為低后，就停止發(fā)送數(shù)據(jù)，直到接收端緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量低于低位而

44、將CTS置高電平。RTS則用來標(biāo)明接收設(shè)備有沒有準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。軟件流控制由于電纜線的限制，我們在普通的控制通訊中一般不用硬件流控制，而用軟件流控制。一般通過XON/XOFF來實現(xiàn)軟件流控制。常用方法是：當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量超過設(shè)定的高位時，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XOFF字符（十進制的19或Control-S，設(shè)備編程說明書應(yīng)該有詳細闡述），發(fā)送端收到XOFF字符后就立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)；當(dāng)接收端的輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)量低于設(shè)定的低位時，就向數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)出XON字符（十進制的17或Control-Q），發(fā)送端收到XON字符后就立即開始發(fā)送數(shù)據(jù)。一般可以從設(shè)備配套源程序中找到發(fā)送的是什么字符。應(yīng)該注意，

45、若傳輸?shù)氖嵌M制數(shù)據(jù)，標(biāo)志字符也有可能在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)而引起誤操作，這是軟件流控制的缺陷，而硬件流控制不會有這個問題。2.4 本章小結(jié)本章主要作用是確定設(shè)計方案，通過對采樣定理、數(shù)據(jù)傳輸方式、RS232串口通信的研究最終確定了本次論文設(shè)計的方案。傳感器負責(zé)采集數(shù)據(jù)、ADC0809負責(zé)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量、單片機負責(zé)處理數(shù)據(jù)、LCD電路負責(zé)顯示實時數(shù)據(jù)、RS232負責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)上傳給電腦。第3章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計本系統(tǒng)設(shè)計了一個基于單片機的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)采集模塊；A/D轉(zhuǎn)換模塊；單片機控制部分；數(shù)據(jù)傳輸模塊；數(shù)據(jù)顯示部分五大模塊。3.1 系統(tǒng)硬件框圖傳感器放大濾波電路A/

46、D轉(zhuǎn)換單片機AT89S51PC機顯示電路圖3-1 系統(tǒng)硬件框圖圖3-1為本設(shè)計的系統(tǒng)框圖。首先傳感器負責(zé)采集信號的模擬量交給放大濾波電路進行放大、濾波后，由AD0809進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；然后送到單片機進行處理；最后在顯示電路中顯示，并通過RS232模塊傳送到PC機上。3.2 傳感器本設(shè)計為數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，根據(jù)不同需要，采集的數(shù)據(jù)類型也有不同，如：溫度、壓力、流量等。在這里主要介紹2種用于數(shù)據(jù)采集的傳感器。3.2.1 電壓型溫度傳感器LM35DLM35D輸出電壓與攝氏溫度成正比，其靈敏度為10mV/；溫度圍為0100；電壓為4-30V，可直接用溫控電路的電源，但要加一個隔離二極管與平滑電容C

47、；精度為土1；最大線性誤差為土0.5；靜態(tài)電流為80µA；輸出電壓接數(shù)字萬用表2V直流電壓擋，可讀出分辨率為0.1的溫度讀數(shù)。如表上讀數(shù)為287mV，即溫度為28.7。該傳感器最大的特點是使用時無需外圍元件，也無需調(diào)試和校正（標(biāo)定），把測溫傳感器與放大電路做在一個硅片上，形成一個集成溫度傳感器。電路設(shè)計如圖3-2所示。圖3-2 LM35D相關(guān)電路3.2.2 氣壓傳感器MPX4115MPX4115系列壓電電阻傳感器是一個硅壓力傳感器。這個傳感器結(jié)合了高級的微電機技術(shù)，薄膜鍍金屬。還能為高水準(zhǔn)模擬輸出信號提供一個均衡壓力。在0-85的溫度下誤差不超過1.5%，溫度補償是-40-125。其

48、電路設(shè)計如圖3-3所示。圖3-3 壓力傳感器相關(guān)電路氣壓傳感器MPX4115的管腳說明如表3-1所示：表3-1 氣壓傳感器MPX4115的管腳說明123456VOUTGNDVSNSNSNS氣壓傳感器MPX4115的特性參數(shù)如表3-2所示表3-2 氣壓傳感器MPX4115的特性參數(shù)參數(shù)符號典型最小最大單位壓力圍Pop-15115Kpa供電電壓VS5.148.55.35Vdc供電電流LO7.0-10mAdc最大壓力偏置VPSS0.2040.1350.273Vdc滿量程輸出VOFF4.7974.7254.863Vdc滿量程比例VFSS4.5904.5214.695Vdc精度-±1.5%VP

49、SS靈敏度V/P45.9-Mv/Kpa響應(yīng)時間tR1.0-ms上升報警時間-20-ms偏執(zhí)穩(wěn)定性-±0.5-%VFSS3.3 A/D轉(zhuǎn)換電路在我們所測控的信號中均是連續(xù)變化的物理量，而要對這些信號進行處理,則需要將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，A/D轉(zhuǎn)換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成計算機能接受的數(shù)字量。按模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的原理可以分為3種：雙積分式、逐次逼近式與并行式A/D轉(zhuǎn)換器。而該系統(tǒng)選用的是ADC0809，下面就具體的介紹一下ADC0809的工作原理。3.3.1 ADC0809的介紹ADC0809是八通道的八位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。由單一的5V電源供電，片帶有鎖存功能的8選1的模擬

50、開關(guān)。由C、B、A的編碼來決定所選的模擬通道。轉(zhuǎn)換時間為100us。轉(zhuǎn)換誤差為1/2LSB。它的引腳的排列與其功能，其引腳圖與相關(guān)電路見圖3-4。圖3-4 AD0809引腳圖與相關(guān)電路ADC0809各引腳功能如下：IN7IN0 ：八個通道的模擬輸入量。ADDA、ADDB、ADDC：模擬通道地址線。當(dāng)CBA=000時，IN0輸入，當(dāng)CBA=111時，IN7輸入。ALE：地址鎖存信號。輸入高電平有效。START：轉(zhuǎn)換啟動信號，高電平有效。OUT8OUT1：數(shù)據(jù)輸出線。三態(tài)輸出，OUT8是最高位，OUT1是最低位。OE：輸出允許信號，高電平有效。CLK：時鐘信號，最高頻率為 640KHZ。EOC：轉(zhuǎn)

51、換結(jié)束狀態(tài)信號。上升沿后高電平有效。OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入高電平有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。Vcc：+5V電源。GND：接地。Vref：參考電壓。3.3.2 ADC0809時序圖ADC0809的時序圖如圖3-5所示：ADDAADDCALE/STARTEOCOEOUT1OUT8圖3-5 ADC0809的時序圖其工作過程是：ALE的上升沿將A、B、C端選擇的通道地址鎖存到8位A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端。START的下降沿啟動8位A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換開始使EOC端輸出低電平。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC輸出高電平。該信號通常可作為中斷申請信號。

52、OE為讀出數(shù)據(jù)允許信號。OE端為高電平時，可以讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。硬件電路設(shè)計時，需根據(jù)時序關(guān)系與軟件進行設(shè)計。3.4 單片機電路單片機是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術(shù)把具有運算能力（如算術(shù)運算、邏輯運算、數(shù)據(jù)傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）,隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），只讀程序存儲器（ROM），輸入輸出電路（I/O口），可能還包括定時計數(shù)器，串行通信口（SCI），顯示驅(qū)動電路（LCD或LED驅(qū)動電路），脈寬調(diào)制電路(PWM)，模擬多路轉(zhuǎn)換與A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一塊單片機上，構(gòu)成一個最小然而很完善的計算機系統(tǒng)。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

53、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8。在本設(shè)計中我們需要對數(shù)據(jù)進行采集和傳輸。所以選擇了在市場上應(yīng)用比較廣泛的51系列單片機。MCS51單片機是典型的8位高性能單片機，模塊式結(jié)構(gòu)。因此，本設(shè)計選用了AT89S51。3.4.1 AT89S51說明AT89S51單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片含4KB的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度，非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)與引腳。它集Flash程序存儲器，既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進行編程與通用8位微處理器于單片芯片中。其引腳

54、圖與相關(guān)電路圖，如圖3-6所示。圖3-6 AT89S51芯片引腳圖與相關(guān)電路它一共有40個引腳，引腳又分為四類。其中有四個電源引腳，用來接入單片機的工作電源。工作電源又分主電源、備用電源和編程電源。還有兩個時鐘引腳XTAL1、XTAL2。還有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引腳構(gòu)成的單片機的輸入/輸出（IO）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳具有復(fù)位功能。AT89S51芯片各引腳功能如下：VCC：電源正端輸入，接+5V。 GND：電源地端。XTAL1：單片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端。在XTAL1與XTAL2之間接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此