精密測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

河南理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE42測(cè)控測(cè)控綜合課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)題目：精密測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：測(cè)控3班指導(dǎo)教師：河南理工大學(xué)目錄摘要 2設(shè)計(jì)任務(wù)書 31數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述 41.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本概念 41.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 41.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn) 62測(cè)量放大器集成芯片AD522 72.1測(cè)量放大器 72.2AD522型放大器 72.2.1AD522引腳說(shuō)明 72.2.2AD522的器件特性 83采樣定理與抗混濾波 103.1采樣定理 103.1.1采樣定理 103.3.2采樣定理中的兩個(gè)條件的物理意義 113.2頻率混疊 113.2.1頻混的產(chǎn)生 113.2.2頻混的消除 123.4有源濾波器 123.4.1三種常用有源濾波器的比較 133.4.2切比雪夫?yàn)V波器 133.5低通切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì) 143.5.1傳遞函數(shù)的計(jì)算 143.5.2電路設(shè)計(jì) 164模/數(shù)轉(zhuǎn)換器 214.1A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809 214.2AT89C51簡(jiǎn)介 224.3.硬件連接 244.3.軟件實(shí)現(xiàn) 255利用RS-232C實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信 275.1RS-232C簡(jiǎn)介 275.2MAX232芯片 285.3串行通信的硬件連接 285.4軟件實(shí)現(xiàn) 29設(shè)計(jì)總結(jié) 33參考文獻(xiàn) 34精密測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。將傳感器測(cè)得的微弱電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波，以8051單片機(jī)為核心，配以A/D0804模數(shù)轉(zhuǎn)換器件，使用四位一體七段LED數(shù)碼管來(lái)進(jìn)行顯示，LED采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，并且通過(guò)RS232協(xié)議將信息送到PC上位機(jī)中進(jìn)行顯示。關(guān)鍵字?jǐn)?shù)據(jù)采集；切比雪夫低通濾波器；8051單片機(jī)；ADC0809；RS232；設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目精密測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)目標(biāo)針對(duì)國(guó)際電工電壓標(biāo)準(zhǔn)±5V的規(guī)定，要求能根據(jù)信號(hào)源電壓的范圍進(jìn)行調(diào)理和計(jì)算，并能根據(jù)采樣定理設(shè)計(jì)滿足要求的濾波器，然后針對(duì)處理后的電壓值進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)標(biāo)定以及數(shù)碼顯示。設(shè)計(jì)內(nèi)容1.利用運(yùn)算電路把不同電壓范圍的信號(hào)處理到±5V范圍。2.根據(jù)采樣定理，利用有源濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行抗混濾波設(shè)計(jì)。3.利用ADC0809等器件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，采用C語(yǔ)言編寫A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程。4.編寫C語(yǔ)言上位機(jī)通信程序（采用RS232協(xié)議）實(shí)現(xiàn)對(duì)底層數(shù)據(jù)的采集與處理。設(shè)計(jì)要求1.采用切比雪夫有源濾波器；通帶增益Kp為1信號(hào)電壓范圍：-1.5V——2.5V；頻率成分：信號(hào)頻率50——300Hz，干擾頻率550——650Hz；濾波器類型：切比雪夫有源濾波器，通帶增益Kp=1.2.正確描述抗混濾波原理和采樣定理；3.要求列出詳細(xì)的調(diào)理電路計(jì)算分析和元器件的選擇過(guò)程。電路設(shè)計(jì)采用集成儀器運(yùn)算放大器。說(shuō)明書中應(yīng)寫明所采用的器件、器件特性及工作原理。4.系統(tǒng)描述濾波器設(shè)計(jì)和器件選擇過(guò)程；5.編寫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)單片機(jī)工作原理及有關(guān)器件的選擇原則和目的；6.編寫串口通信程序完成數(shù)據(jù)采集；7.說(shuō)明書中完整畫部分電路圖和程序描述。1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本概念數(shù)據(jù)采集（DataAcquisition）就是將要獲取的信息通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為信號(hào)，并經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼和傳輸?shù)炔襟E，最后送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)和顯示。相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常是由傳感器（sensor）、信號(hào)調(diào)理電路（signalconditioningcircuit）、A/D轉(zhuǎn)換器（analog-digitalconverter，ADC）及微型計(jì)算機(jī)等4個(gè)主要部分組成。信號(hào)調(diào)理電路包括信號(hào)放大、隔離、模擬濾波、多路轉(zhuǎn)換等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得到所需的數(shù)據(jù)。同時(shí)，將計(jì)算機(jī)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的見(jiàn)識(shí)，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制某些物理量。1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有硬件和軟件兩部分組成，其中硬件部分又可分為模擬部分和數(shù)字部分。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成如下圖1-1所示。圖1-1計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件基本組成從圖1-1可以看出，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般有傳感器、前置放大器、濾波器、多路模擬開關(guān)、采樣/保持（Ｓ/Ｈ）器、模數(shù)（Ａ/Ｄ）轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。以下介紹各個(gè)組成部分的功能。（1）傳感器傳感器的作用是把非電的物理量（如速度、溫度、壓力等）轉(zhuǎn)變成模擬電量（如電壓、電流、電阻或頻率）。（2）前置放大器前置放大器用來(lái)放大和緩沖輸入信號(hào)。由于傳感器輸出的信號(hào)較小（如：常用熱電偶的輸出變化往往在幾毫伏到幾十毫伏之間，電阻應(yīng)變片輸出電壓的變化只有幾個(gè)毫伏），因此需要加以放大以滿足大多數(shù)Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器的慢量程輸入５～１０Ｖ的要求。此外，某些傳感器內(nèi)阻比較大，輸出功率較小，這樣放大器還起到阻抗變換器的作用來(lái)緩沖輸入信號(hào)。（3）濾波器傳感器以及后續(xù)處理電路中的器件常會(huì)產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過(guò)各種耦合渠道使信號(hào)通道感染上噪聲。例如，工頻信號(hào)可以成為一種人為的干擾源。為了提高模擬輸入信號(hào)的信噪比，常常需要使用濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行一定的衰減。（4）多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)可以分時(shí)選通來(lái)自多個(gè)輸入通道中的某一路通道。因此，在多路模擬開關(guān)后的單元電路，如采樣/保持電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及處理器電路等，只需要一套即可，這樣可以節(jié)省成本和體積，但這僅適用于物理量變化比較緩慢、變化周期在數(shù)十至數(shù)百毫秒之間的情況下。一般模擬多路開關(guān)有個(gè)模擬輸入端，N個(gè)通道選擇器，由N個(gè)選通信號(hào)控制選擇其中一個(gè)開關(guān)閉合，使對(duì)應(yīng)的模擬輸入端與多路開關(guān)的輸出端接通，讓該路模擬信號(hào)通過(guò)。有規(guī)律地周期性改變N個(gè)選通信號(hào)，可以按固定的序列周期性閉合各個(gè)開關(guān)，構(gòu)成一個(gè)周期性分組的分時(shí)復(fù)用輸出信號(hào)，由后面的A/D轉(zhuǎn)換器分時(shí)復(fù)用對(duì)個(gè)通道模擬信號(hào)進(jìn)行周期性轉(zhuǎn)換。（5）采樣/保持器多路模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，它包括采樣/保持電路和A/D轉(zhuǎn)換電路。采樣/保持電路的作用是快速拾取多路模擬開關(guān)輸出的子樣脈沖，并保持幅值恒定，以提高A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，如果把采樣/保持電路放在模擬多路開關(guān)之前（毎道一個(gè)），還可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣。A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)希望A/D轉(zhuǎn)換器輸入端的模擬信號(hào)電壓保持不變，以保證有較高的轉(zhuǎn)換精度。這可以利用采樣/保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)，采樣/保持器的加入，大大提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率。（6）模/數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣/保持電路輸出的信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。由于輸入信號(hào)變化的速度不同，系統(tǒng)對(duì)分辨率、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本的要求也不同，因此Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器的種類也較多。目前，采樣/保持電路和Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換電路普遍采用單片集成電路，有的單片A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部還包含有采樣/保持電路、基準(zhǔn)電源和接口電路。A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)果輸出給計(jì)算機(jī)，有的采用并行輸出，有的則采用串行輸出。使用串行輸出結(jié)果的方式對(duì)長(zhǎng)距離傳輸和需要光電隔離的場(chǎng)合較為有利。（7）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是整個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心。計(jì)算機(jī)控制整個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常工作，并且把A/D轉(zhuǎn)換器輸出的結(jié)果讀入到內(nèi)存，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)硬件和計(jì)算機(jī)軟件，其中計(jì)算機(jī)硬件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，而計(jì)算機(jī)軟件是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的靈魂。（8）定時(shí)與邏輯控制電路定時(shí)電路就是按照各個(gè)器件的工作次序產(chǎn)生各種時(shí)鐘信號(hào)，而邏輯控制電路是依據(jù)時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生各種邏輯控制信號(hào)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)個(gè)器件的定時(shí)關(guān)系是比較嚴(yán)格的，如果定時(shí)不合適就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的精度。1.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)是：（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，能夠滿足中、小規(guī)模數(shù)據(jù)采集的要求。（2）微型計(jì)算機(jī)對(duì)環(huán)境的要求不是很高，能夠在比較惡劣的環(huán)境下工作。（3）微型計(jì)算機(jī)的價(jià)格低廉，降低了數(shù)據(jù)采集的成本。（4）微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可作為集散型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一個(gè)基本組成部分。（5）微型計(jì)算機(jī)的各種I/O模板及軟件都比較齊全，很容易構(gòu)成系統(tǒng)，便于使用和維修。2測(cè)量放大器集成芯片AD5222.1測(cè)量放大器在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被檢測(cè)的物理量經(jīng)過(guò)傳感器變換成模擬電信號(hào)，往往是很微弱的毫伏級(jí)信號(hào)，需要用放大器加以放大。而通用運(yùn)算放大器一般都具有毫伏級(jí)的失調(diào)電壓和毎度數(shù)的溫漂，因此通用運(yùn)算放大器不能直接用于發(fā)達(dá)微弱信號(hào)，而測(cè)量放大器則能較好地實(shí)現(xiàn)此功能。測(cè)量放大器是一種帶有精密差動(dòng)電壓增益的器件，由于它具有高輸入阻抗、低輸出阻抗、強(qiáng)抗共模干擾能力、低溫漂、低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益等特點(diǎn)，使其在檢測(cè)微弱信號(hào)的系統(tǒng)中被廣泛用作前置放大器。測(cè)量放大器的電路原理如下圖1-2所示。由圖可見(jiàn)，測(cè)量放大器由三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成，并分為二級(jí)：第一級(jí)是兩個(gè)同相放大器、，因此輸入阻抗高；第二級(jí)是普通的差動(dòng)放大器，把雙端輸入變成對(duì)地的單端輸出。圖1-2測(cè)量放大器原理電路2.2AD522型放大器在此次課程設(shè)計(jì)中，選用了美國(guó)AnalogDevices公司提供的AD522型放大器。該放大器就是按照上述原理設(shè)計(jì)的單片集成測(cè)量放大器。2.2.1AD522引腳說(shuō)明AD522是集成精密測(cè)量放大器，它的非線性度為0.005%（G=100時(shí)），在0.1Hz~100Hz頻帶內(nèi)噪聲的峰-峰值為1.5mV，共模抑制比MRR>100dB(G=100)。AD522采用14腳雙列直插式封裝，它的引腳功能如下圖1-3及表1-1所示：圖1-3AD522引腳圖1-4AD522的基本連接表1-1AD522引腳功能引腳名稱功能引腳名稱功能1+INPUT正輸入端8V+正電源端2RGAIN增益被償端9GND地參考端3-INPUT輸入端10NC不接4NULL空端11REF參考端5V-負(fù)電源端12SENSE補(bǔ)償端6NULL空端13DATAGUARD數(shù)據(jù)保護(hù)端7OUTPUT輸出端14RGAIN增益補(bǔ)償端引腳OFFSET（4，6）用于調(diào)整放大器零點(diǎn)，調(diào)整線路是芯片4、6端接到10電位器的兩個(gè)固定端，電位器滑動(dòng)端接負(fù)電源（腳5），AD522的基本連接如上圖1-4所示。引腳2和14連接調(diào)整放大倍數(shù)的電阻。引腳13用于連接信號(hào)傳輸導(dǎo)線的屏蔽網(wǎng)，以減少外電場(chǎng)對(duì)輸入信號(hào)的干擾。2.2.2AD522的器件特性AD522可以提供高精度的信號(hào)調(diào)理，它的輸出失調(diào)電壓漂移小于1V/℃，輸入失調(diào)電壓漂移低于2.0μV/℃,共模抑制比高于80dB(在G=1000時(shí)為110dB)，G=1時(shí)的最大非線性增益為0.001%，典型輸入阻抗為109Ω。AD522使用了自動(dòng)激光調(diào)整的薄膜電阻，因而公差小、損耗低、體積小、性能可靠。同時(shí)，AD522還具有單片電路和標(biāo)準(zhǔn)組件放大器的最好特性，是一種高性價(jià)比的放大器。為適應(yīng)不同的精確度要求和工作溫度范圍，AD522提供有三種級(jí)別。其中“A”和“B”為工業(yè)級(jí)，可用于-25～+85℃?！癝”為軍事級(jí)，用于-55～+125℃。AD522可以提供四種漂移選擇。輸出失調(diào)電壓的最大漂移隨著增益的增加而增加。失調(diào)電流漂移所引起的電壓誤差等于失調(diào)電流漂移和不對(duì)稱源電阻的乘積。另外，AD522的非線性增益將隨關(guān)閉環(huán)增益的降低而增加。AD522放大器的共模抑制比的測(cè)量環(huán)境條件為±10V,使用阻值為1kΩ的不對(duì)稱電阻。在低增益情況下，共模抑制比主要取決于薄膜電阻的穩(wěn)定性，但由于增益帶寬的影響，AD522在60Hz以下頻率時(shí)相對(duì)比較恒定。但在有限的帶寬中，AD522的相移將隨著直流共模抑制比的升高而增加。在動(dòng)態(tài)性能方面，AD522的穩(wěn)定時(shí)間、單位增益帶寬和增益成正比。3采樣定理與抗混濾波在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，信息總是用離散信號(hào)來(lái)表示的，而在生產(chǎn)和科學(xué)研究中經(jīng)常遇到的各種信號(hào)往往都是連續(xù)信號(hào)。而通過(guò)對(duì)信息的采樣可以將連續(xù)信息離散化。采樣定理是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的理論支持。采樣過(guò)程可以看作為脈沖調(diào)制過(guò)程，采樣開關(guān)可看作調(diào)制器。3.1采樣定理采樣定理決定了采樣信號(hào)的質(zhì)量和數(shù)量；太小，會(huì)使的數(shù)量劇增，占用大量的內(nèi)存單元；太小，會(huì)使模擬信號(hào)的某些信息被丟失，若將采樣后的信號(hào)恢復(fù)成原來(lái)的信號(hào)，就會(huì)出現(xiàn)失真問(wèn)題，影響數(shù)據(jù)處理的精度。因此，必須有一個(gè)的依據(jù)，以確保不失真地恢復(fù)原信號(hào)。這個(gè)依據(jù)就是采樣定理。3.1.1采樣定理設(shè)有連續(xù)信號(hào)，其頻譜為，以采樣周期采得的采樣信號(hào)為。如果頻譜和采樣周期滿足下列條件：（1）頻譜為有限頻譜，即當(dāng)時(shí)，（2）或則連續(xù)信號(hào)（式1-1）唯一確定。式中。就是在采樣時(shí)間間隔內(nèi)能辨認(rèn)的信號(hào)最高頻率，稱為截止頻率，又稱為奈奎斯特頻率。采樣定理指出，對(duì)一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，當(dāng)采樣頻率為時(shí)，由采樣后得到的采樣信號(hào)能無(wú)失真地回復(fù)為原信號(hào)。3.3.2采樣定理中的兩個(gè)條件的物理意義條件（1）的物理意義是：連續(xù)模擬信號(hào)的頻率范圍是有限的，即信號(hào)的頻率在之間。條件（2）的物理意義是：采樣周期不能大于信號(hào)周期的一半。采樣定理為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)確定采樣頻率提供了理論依據(jù)。只要遵守采樣定理，一般情況下是能夠由采樣信號(hào)不失真地恢復(fù)出原模擬信號(hào)。3.2頻率混疊3.2.1頻混的產(chǎn)生一般來(lái)說(shuō)，采樣定理在時(shí)是不適用的。另外，當(dāng)時(shí)，還容易產(chǎn)生頻率混淆現(xiàn)象（簡(jiǎn)稱頻混）。采樣定理嚴(yán)格地規(guī)定了采樣時(shí)間間隔的上限，即。如果取的過(guò)大，使時(shí)，將會(huì)發(fā)生中的高頻成分（）被疊加到低頻成分（）上去的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為頻混。不產(chǎn)生頻混現(xiàn)象的臨界條件是?；蛘哒f(shuō)，當(dāng)采樣間隔一定時(shí)，不發(fā)生頻混的信號(hào)最高頻率。信號(hào)中能相互頻混的頻率為（）（式1-2）式中，、為能相互混淆的頻率。3.2.2頻混的消除為了使采樣信號(hào)的頻譜不失真，在采樣時(shí)一定要滿足采樣定理的兩個(gè)條件。為了滿足采樣定理的兩個(gè)條件，有兩個(gè)方法：一是要提高采樣頻率；二是要對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，以去除引起混頻的高頻成分。實(shí)際上，由于信號(hào)頻率都不是嚴(yán)格有限的，而且實(shí)際使用的濾波器也都不具有理想濾波器在截止頻率處的垂直截止特性，故不足以把稍高于截止頻率的頻率成分衰減掉。所以，在信號(hào)分析中，常先經(jīng)消除頻混濾波器濾波，然后將采樣頻率提高到，再對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣和處理。3.4有源濾波器有源濾波器是指用運(yùn)算放大器作為電壓源或電流源，配上RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的有源網(wǎng)絡(luò)。有源濾波器有能源補(bǔ)充，因而可以完全不顧及網(wǎng)絡(luò)的損耗。有源低通濾波器廣泛應(yīng)用于模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）與數(shù)模轉(zhuǎn)換（Ｄ/A）的過(guò)程中。為了避免信號(hào)失真，輸入到A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)頻率必須小于，經(jīng)D/A處理之后的輸出信號(hào)必須是平滑的，這都需要由較理想的低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。有源濾波器具有：良好的反饋穩(wěn)定性；較低的傳輸阻抗；較理想的頻響；較強(qiáng)的抗干擾能力；電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。一個(gè)理想濾波器的幅度響應(yīng)在要求的通帶內(nèi)應(yīng)具有均勻而穩(wěn)定的增益，而在通帶以外則具有無(wú)窮大的衰減。這在物理上不可能實(shí)現(xiàn)。然而，可以采用各種傳遞函數(shù)逼近理想濾波器的頻率特性。一般，所需設(shè)計(jì)濾波器的傳遞函數(shù)表示為：（式1-3）典型一階、二階低通濾波器傳遞函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)形式為：，（式1-4）其中，A是電壓增益；是截止角頻率；Q是品質(zhì)因數(shù)。任意的傳遞函數(shù)均可由若干一階濾波環(huán)節(jié)和二階濾波環(huán)節(jié)構(gòu)成，即濾波器的級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，其傳遞函數(shù)為：（式1-5）所以可以利用典型的一階和二階濾波環(huán)節(jié)構(gòu)建任意高階的濾波器。3.4.1三種常用有源濾波器的比較巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和貝塞爾（Bessel），具有相同的基本組成，即電阻R、電容C和運(yùn)算放大器，但通過(guò)各器件的信號(hào)和輸出量是有區(qū)別的，關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)折頻率及運(yùn)算放大器的增益。此三種濾波器的復(fù)頻響應(yīng)曲線如下圖1-5所示圖1-5復(fù)頻響應(yīng)曲線巴特沃斯濾波器是最簡(jiǎn)單的一種，只要保證處的轉(zhuǎn)折頻率不變，即不變，R和C的數(shù)值的選擇有較大的自由度。貝塞爾濾波器的增益和時(shí)間常數(shù)都是不同的，因?yàn)椋菢?biāo)準(zhǔn)化系數(shù)，是轉(zhuǎn)折頻率。切比雪夫是復(fù)雜的一種，因?yàn)閭鬟f函數(shù)的極點(diǎn)分布要復(fù)雜得多。3.4.2切比雪夫?yàn)V波器切比雪夫?yàn)V波器具有兩種形式：振幅特性在通帶內(nèi)是等波紋的、在阻帶內(nèi)是單調(diào)的切比雪夫Ⅰ型濾波器；振幅特性在通帶內(nèi)是單調(diào)的、在阻帶內(nèi)是等波紋的切比雪夫Ⅱ型濾波器。采用何種形式切比雪夫?yàn)V波器取決于實(shí)際情況。N階切比雪夫Ⅰ型濾波器的幅度平方函數(shù)用表示：（式1-6）式中，為小于1的正數(shù)，表示通帶內(nèi)幅度波動(dòng)的程度，愈大，波動(dòng)幅度也愈大。稱為通帶截止頻率。令，稱為對(duì)的歸一化頻率。稱為N階切比雪夫多項(xiàng)式，定義為（式1-7）當(dāng)N=0時(shí)，；當(dāng)N=1時(shí)，；當(dāng)N=2時(shí)，；當(dāng)N=3時(shí)，。由此可歸納出高階切比雪夫多項(xiàng)式的遞推公式為（式1-8）切比雪夫Ⅰ型濾波器的多項(xiàng)式特點(diǎn)：（1）切比雪夫多項(xiàng)式的過(guò)零點(diǎn)在的范圍內(nèi)；（2）當(dāng)時(shí)，，在范圍內(nèi)具有等波紋性；（3）當(dāng)時(shí)，是雙曲線函數(shù)，隨x單調(diào)上升。在不允許通帶內(nèi)有波紋的應(yīng)用中，顯然，巴特沃斯型比切比雪夫型更可取。然而，當(dāng)給定N值和通帶內(nèi)允許的偏差時(shí)，切比雪夫?yàn)V波器是所有全極型濾波器中最好的，因?yàn)樗赏◣У阶鑾?nèi)給定衰減值所需的過(guò)渡帶最小。3.5低通切比雪夫?yàn)V波器的設(shè)計(jì)3.5.1傳遞函數(shù)的計(jì)算在本次課程設(shè)計(jì)中，信號(hào)頻率為50—300Hz，干擾頻率550—650Hz。有用信號(hào)頻率與干擾信號(hào)頻率之間的過(guò)渡帶較窄，所以選用切比雪夫低通濾波器濾波器。通帶增益=1。所以選用了切比雪夫Ⅰ型濾波器。通帶截止頻率，通帶最大衰減選，阻帶截止頻率，阻帶最小衰減選。（1）該濾波器的技術(shù)要求：，，，（2）階數(shù)N和：（式1-9）（式1-10），取（式1-11）（3）求歸一化的傳輸函數(shù)：（式1-12）由公式（式1-13）求出時(shí)的歸一化極點(diǎn)：（式1-14）將上述歸一化極點(diǎn)帶入，得到：（式1-15）將去歸一化后的傳數(shù)函數(shù)為（式1-16）得到：（式1-17）3.5.2電路設(shè)計(jì)在電路設(shè)計(jì)中，高階濾波器通常采用一階或二階濾波器級(jí)聯(lián)來(lái)完成。本次課程設(shè)計(jì)中，是8階低通濾波器，所以采用4個(gè)二階低通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。本次課設(shè)使用的二階濾波器電路是薩倫—基（Sallen-Key）電路。薩倫——基電路看作是壓控電壓源低通濾波器，因?yàn)樗怯靡粋€(gè)運(yùn)算放大器和適當(dāng)連接的兩個(gè)電阻構(gòu)成一個(gè)壓控電壓源。如下圖1-6所示。圖1-6薩倫——基電路在二階低通濾波器的情況下，傳遞函數(shù)可寫為（式1-18）這里運(yùn)算放大器和電阻及構(gòu)成壓控電壓源。高階偶次濾波器可由兩個(gè)或多個(gè)二階濾波器級(jí)聯(lián)組成。傳遞函數(shù)必須被因式分解為式1-16所示的二階函數(shù)的乘積。分析圖1-6可見(jiàn)，得到式1-16的條件是（式1-19）（式1-20）（式1-21）這里是壓控電壓源的增益，它也是濾波器的增益。對(duì)于給定的增益和系數(shù)和，電容和及電阻、、和實(shí)際值的選定一定要滿足上式。由于在本次課設(shè)中，通帶增益為1，所以各級(jí)濾波器的增益都為1，由于=1，所以，選擇開路。由于傳遞函數(shù)中還有，所以需要先用一個(gè)比例運(yùn)算放大電路，然后再用4級(jí)二階壓控電壓源濾波器。（1）比例運(yùn)算放大電路（如下圖1-7所示）根據(jù)附表1中的標(biāo)準(zhǔn)電阻值，選，圖1-7比例運(yùn)算放大器分析上述電路圖，可得：（式1-21）（1）第一級(jí)二階濾波器（式1-22）（式1-23）（式1-24）由式1-23、1-24可得：選則計(jì)算得，選E24系列中的。（3）第二級(jí)二階濾波器（式1-25）（式1-26）（式1-27）由式1-26、1-27可得：差附表1和附表2，選，則計(jì)算得，選E24系列中的。（4）第三級(jí)二階濾波器（式1-28）（式1-29）（式1-30）由式1-29、1-30可得：查附表1和附表2，選，則計(jì)算得，選E24系列中的。（5）第四級(jí)二階濾波器（式1-31）（式1-32）（式1-33）由式1-32、1-33可得：查附表1和附表2，選，則計(jì)算得，選E96系列中的。（6）總的濾波器電路圖如下圖1-8所示：圖1-88階切比雪夫有源低通濾波器整體電路圖4模/數(shù)轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一種器件，它把采集到的采樣模擬信號(hào)經(jīng)量化和編碼后，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并輸出。因此，在將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過(guò)程中，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是一核心器件，簡(jiǎn)稱為A/D或ADC（analogtodigitalconverter）?，F(xiàn)在，A/D轉(zhuǎn)換電路已集成在一塊芯片上，所以應(yīng)用比較方便。在本次課設(shè)中，選用了ADC0804。4.1A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型摸數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。分辨率8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間100μs，輸入電壓范圍為0~5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計(jì)算機(jī)連接時(shí)，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接在CPU數(shù)據(jù)總線上，無(wú)須附加邏輯接口電路。信號(hào)引腳ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見(jiàn)上圖。對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說(shuō)明如下：IN7～I(xiàn)N0——模擬量輸入通道ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.A、B、C——地址線。通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表9-1。CLK——時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。Vcc——+5V電源。Vref——參考電源參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V,Vref(-)=-5V).4.2AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)的主要特性與MCS-51兼容；4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器；壽命：1000寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年；全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz；三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定；128×8位內(nèi)部RAM；32可編程I/O線；兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；5個(gè)中斷源；可編程串行通道；低功耗的閑置和掉電模式；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；AT89C51單片機(jī)的引腳AT89C51引腳圖如圖1-11所示。各引腳定義：（1）VCC：供電電壓。

（2）GND：接地。（3）P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

（4）P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用圖1-11AT89c51引腳作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。

（5）P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。

（6）P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。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。

P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表1-2表示：表1-2P3口引腳的特殊功能引腳名稱功能引腳名稱功能10P3.0/RXD串行輸入口14P3.4/T0記時(shí)器0外部輸入11P3.1/TXD串行輸出口15P3.5/T1記時(shí)器1外部輸入12P3.2/INT0外部中斷016P3.6/WR外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通13P3.3/INT1外部中斷117P3.7/RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。

（7）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

（8）ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。

（9）/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

（10）/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。

（11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

（12）XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。4.3.硬件連接ADC0804芯片內(nèi)含三態(tài)輸出緩沖器，且片外有三態(tài)緩沖器控制端OE，它的輸出端可以直接接到微機(jī)的數(shù)據(jù)總線上，只需解決通道選擇、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和輸出允許的控制信號(hào)即可。畫出ADC0804與8051單片機(jī)的接口電路如下圖1-12所示。在硬件設(shè)計(jì)中，顯示采用兩種方式進(jìn)行切換。一種是用四位一體7段碼LED進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，另外一種是用波形器顯示波形4.3.軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)上述電路圖的C語(yǔ)言源程序如下：#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint//各數(shù)字的數(shù)碼管段碼（共陰）ucharcodeDSY_CODE[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};sbitCLK=P1^3; //時(shí)鐘信號(hào)sbitST=P1^2; //啟動(dòng)信號(hào)sbitEOC=P1^1; //轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)sbitOE=P1^0; //輸出使能//延時(shí)voidDelayMS(uintms){ uchari; while(ms--)for(i=0;i<120;i++);}//顯示轉(zhuǎn)換結(jié)果voidDisplay_Result(uchard){ P2=0xf7; //第4個(gè)數(shù)碼管顯示個(gè)位數(shù) P0=DSY_CODE[d%10]; DelayMS(5); P2=0xfb; //第3個(gè)數(shù)碼管顯示十位數(shù) P0=DSY_CODE[d%100/10]; DelayMS(5); P2=0xfd; //第2個(gè)數(shù)碼管顯示百位數(shù) P0=DSY_CODE[d/100]; DelayMS(5);}//主程序voidmain(){ TMOD=0x02; //T1工作模式2 TH0=0x14; TL0=0x00; IE=0x82; TR0=1; P1=0x3f; //選擇ADC0809的通道3（0111）（P1.4~P1.6） while(1) { ST=0;ST=1;ST=0; //啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 while(EOC==0); //等待轉(zhuǎn)換完成 OE=1; Display_Result(P3); OE=0; }}//T0定時(shí)器中斷給ADC0809提供時(shí)鐘信號(hào)voidTimer0_INT()interrupt1{ CLK=~CLK;}5利用RS-232C實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信采用串行端口采集數(shù)據(jù)，即在各個(gè)生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置數(shù)據(jù)采集模塊，使得模擬信號(hào)的傳輸線路不長(zhǎng)，降低分布參數(shù)以及干擾的影響，保證A/D轉(zhuǎn)換的精度。由采集模塊采集模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)串行通信線、串行端口（RS232）傳送到計(jì)算機(jī)，將較好地解決板卡采集數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題。5.1RS-232C簡(jiǎn)介RS-232是目前被廣泛應(yīng)用的異步串行數(shù)字通信電氣標(biāo)準(zhǔn)，由電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicsIndustryAssociation）制定。RS-232串行接口是一個(gè)25針插頭（座），其針腳定義如下表1-3所示。表1-3RS-232C標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)針腳符號(hào)功能針腳符號(hào)功能1保護(hù)地14第二通道發(fā)送數(shù)據(jù)2TXD發(fā)送數(shù)據(jù)15傳輸信號(hào)單元定時(shí)3RXD接收數(shù)據(jù)16第二通道接收數(shù)據(jù)4RTS請(qǐng)求發(fā)送17接收信號(hào)單元定時(shí)5CTS清除發(fā)送18未分配6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好19第二通道請(qǐng)求發(fā)送7GND信號(hào)地20DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒8DCD接收線路信號(hào)檢測(cè)21信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)9接收線路建立測(cè)試22RI音響指示10接收線路建立測(cè)試23DSRD數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇11未分配24發(fā)送信號(hào)單元定時(shí)12第二通道接收線信號(hào)檢測(cè)25未分配13第二通道清除發(fā)送RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定信號(hào)的電平為：-12V表示“1”；+12V表示“0”。這樣的規(guī)定使“0”信號(hào)與下表1-4為RS-232C電氣特性表。表1-4RS-232C電氣特性表性能參數(shù)技術(shù)指標(biāo)不帶負(fù)載時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電平<25V(-25V~+25V)負(fù)載電阻范圍負(fù)載電容（包括線間電容）空號(hào)（SPACE）或邏輯“0”時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電平+5V~+15V在負(fù)載端>+3V傳號(hào)（MARK）或邏輯“1”時(shí)驅(qū)動(dòng)器輸出電平-5V~-15V在負(fù)載端<-3V輸出短路電流<0.5A驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換速率驅(qū)動(dòng)器輸出電阻(在斷電條件下測(cè)量)5.2MAX232芯片由上可知，RS-232C是用正負(fù)電壓來(lái)表示邏輯狀態(tài)，單片機(jī)串行口采用正邏輯TTL電平，這樣單片機(jī)和PC機(jī)的COM1或者COM2就不能直接連接。為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在RS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，MAX232芯片可實(shí)現(xiàn)TTLELA雙向電平轉(zhuǎn)換，MAX232系列芯片集成度高，+5V電源（內(nèi)置了電壓倍增電路及負(fù)電源電圖1-13MAX232引腳圖路），只需外接5個(gè)容量為的小電容即可完成兩路RS-232與TTL電平之間轉(zhuǎn)換。MAX232引腳圖如圖1-13所示。把MAX232和單片機(jī)連接起來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)的通信；下位機(jī)（單片機(jī)）串口使用查詢法接收和發(fā)送資料。上位機(jī)（PC）發(fā)出指定字符，下位機(jī)收到后返回給上位機(jī)原字符。5.3串行通信的硬件連接在Proteus中完成電路連接，單片機(jī)AT89C51串行口經(jīng)MAX232電平轉(zhuǎn)換后，與PC機(jī)串行口相連，電路如圖1-14所示：圖1-14串行通信電路上圖1-14為為串行通信電路。單片機(jī)與PC機(jī)間采用3線制，用MAX232實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，這樣可以把5V電平表示“1”，0V電平表示“0”的邏輯，轉(zhuǎn)換成-3~-15V電平表示“1”，+3~15V電平表示串行通信時(shí)，數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備先將數(shù)據(jù)代碼由并行形式轉(zhuǎn)換成串行形式，然后一位一位地放在傳輸線上發(fā)送；數(shù)據(jù)接收設(shè)備將接收到的串行形式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行形式存儲(chǔ)或處理。5.4軟件實(shí)現(xiàn)采用C語(yǔ)言編程如下所示：#include<reg52.h>

#definesend_a_byte(a_byte)TI=0;SBUF=a_byte;while(!TI);

voidCom_Init(unsignedcharbaud_rate)

{

SCON=0x50;

REN=1;

ES=0;

TMOD=(TMOD&0x0F)|0