基于rs232数据采集系统设计

基于rs232数据采集系统设计内容摘要：

16 程序流程图 17 利用仿真进行上位机程序调试 17 第 5 章 结论 19 参考文献 20 附录 21 吉林化工学院课程设计说明书 1 第 1 章 概述 数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程，数据采集器是一种具有实验室或现场进行实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、即时显示、即时状态分析 、自动传输等功能的自动化设备。 数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品等领域生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。 同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查询，将其在某一时间段内检测到的数据 经过转换提取出来，以便进行比较，做出策略。 数据采集系统从严格 意义来说， 应该使用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。 由于 RS232 在微机通信接口中广泛应用，技术已相当成熟。 在近端与远端通信过程中，采用串行 RS232 标准，实现 PC 机与单片机间的数据传输。 数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机 8051 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括 A/D 模数转换模块，显示模块，和串行接口部分。 该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。 8 路 被测电压通过模数转换器 ADC0832 进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过串行口传输到上位机，并用LED 数码显示管来显示所采集的结果。 基于 RS232 的数据采集系统设计 2 第 2 章 单元电路原理 本硬件电路包括的单元电路有 X5045 看门狗电路、 MAX232 电平转换芯片、时钟电路、指示电路、开关量采集电路、模拟量采集电路以及 ADC0832A/D 转换电路。 X4051 看门狗电路 X5045 具有上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和 512 字节的块锁串行 E2 PROM 存储器四种常用功能，为 SPI 总线 、双列直插 DIP8 封装， 引脚 如图 21 所示： 图 21 X4051 引脚说明 CS —— 片选引脚 ：当 CS 芯片使能信号 ,当其为高电平时 ,芯片不被选择 , SO 脚为高阻态 ,除非一个内部的写操作正在进行 ,否则芯片处于待机模式。 当引脚为低电平时 ,芯片处于活动模式 ,在上电后 ,在任何操作之前需要 CS 引脚的一个从高电平到低电平的跳变。 SO —— 串行数据输出 引脚： 在一个读操作的过程 中 ,数据从 SO 脚移位输出。 在时钟的下降沿时 数据改变。 SI —— 串行数据输入引脚：所有的操作码、字节地址和数据从 SI脚写入 ,在时钟的上升沿时数据被锁定。 SCK —— 串行时钟引脚 ：控制总线上数据输入和输出路 ,从而使 RESET 引脚有效。 该信号可避免系统的时序。 WP —— 写保护引脚：当 WP 引脚为低时 ,芯片禁止写入 ,但是其他的功能正常。 当 WP 引脚为高电平时 ,所有的功能都正常。 当 CS 为低时 ,WP 变为低可以中断对芯片的写操作。 但是如果内部的写周期已经被初始化后 ,WP 变为低不会对写操作造成影响。 RESET—— 复位输出端 VCC—— 电源端。 VSS—— 接地端。 吉林化工学院课程设计说明书 3 X4051 工作原理 X5045 是一种集上电复位、看门狗、电压监控和串行 EEPROM 四种功能于一身的可编程控制电路 ,它有助于简化应用系统的设计 ,减少电路板的占用面积 ,提高可靠性。 上电复位 X5045 加电时会激 活其内部的上电复位电路 ,从而使 RESET 引脚有效。 该信号可避免系统微处理器在电压不足或振荡器未稳定的情况下工作。 当 VCC 超过器件的 Vtrip 门限值时 ,电路将在 200ms（典型）延时后释放 RESET 以允许系统开始工作。 低电压检测 工作时 , X5045对 VCC电平进行监测 ,若电 源电压跌落至预置的最小 Vtrip以下时 ,系统即确认 RESET,从而避免微处理器在电源失效或断开的情况下工作。 当 RESET 被确认后 ,该 RESET信号将一直保持有效 ,直到电压跌到低于 1V。 而当 VCC 返回并超过 Vtrip 达 200ms 时 ,系统重 新开始工作。 看门狗电路 看门狗定时器的作用是通过监视 WDI 输入来监视微处理器是否激活。 由于微处理器必须周期性的触发 CS/WDI引脚以避免 RESET信号激活而使电路复位 ,所以 CS/WDI引脚必须在看门狗超时时间终止之前受到由高至低信号的触发。 SPI 串行存储器 该芯片内的串行 EEPROM 是具有 Xicor 公司块保护的 CMOS 串行 EEPROM,它被组织成 8位的结构 ,由一个四线构成的 SPI 总线方式进行操作 ,其擦写周期至少 1000000 次 ,并且写好的数据能够保持 100 年。 X4051 指令寄存器 X5045 主要是通过一个 8 位的指令寄存器来 控制器件的工作 ,其指令代码通过 SI 输入端写入寄存器。 当 CS 变低以后 , SI 线上的输入数据在 SCK 的第一个上升沿时被锁存。 而 SO 线上的数据则由 SCK 的下降沿输出。 用户可以停止时钟 ,然后再启动它 , 以便在它停止的地方恢复操作在整个工作期间 ,CS 必须为低。 芯片控制的指令被组织成一个字节 8bit ,这些命令中有两条只要将指令代码写入芯片即可 ,有两条读指令用于初始化输出 数据 ,其它的指令还需要一个 8 位的地址以及相关的数据 ,所有指令见于表 21。 它们都是通过 SPI 总线写入芯片的 ,所以指令、地址数据都是 MSB 先写。 基于 RS232 的数据采集系统设计 4 表 21 X5045 编程指令 指令名称 指令格式 完成的操作 WREN 0000 0110 写允许 WRDI 0000 0100 写禁止 RSDI 0000 0101 读状态寄存器 WRSR 0000 0001 写状态寄存器 看门狗和块锁定 READ 0000 As 011 从选定的开始地址单元中读数据 WRITE 0000 As 011 向选定的开始单元地址单元写入数据 116字节 X4051 状态寄存器 X5045 的状态寄存器包含四个非易失性状态位和两个易失性状态位。 控制位用于设置看门狗定时器的操作和存储器的块锁保护。 状态寄存器 的格式如表 22 缺省值为（ 00H）： 表 22 状态寄存器格式 7 6 5 4 3 2 1 0 0 0 WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP WIP是一个易失性的只读位，在片内编程，它指示器件“忙”。 这一位可以用 RDSR 指令读出，当读出这一位是“ 1”则表示内部正在进行写操 作，如果是“ 0”表示没有进行写操作。 WEL是一个易失性位，当该位为“ 1”时表示芯片处于写允许状态，而该位是“ 0”则代表芯片处于写禁止状态。 WEL 也是一个只读位，指令 WREN 将使 WEL 变为“ 1”。 而指令 WRDI 则是将这位变为“ 0”。 块锁定位 BL0 和 BL1用于设置块保护的层次。 这个非易失性的位通过 WRSR指令来编程，通过这两位的设置，可以使存储器的 1/ 1/2 全部都处于写保护状态，当然也可以全部都不出于写保护状态。 看门狗定时器控制位： WD0和 WD1，用于选择看门狗定时器的溢出时间。 具体情况见表格。 这两个 非易失性位通过 WRSR指令进行编程。 MAX232 转换芯片 MAX232 是一种双组驱动器 /接收器，片内含有一个电容性电压发生器以便在单 5V 电源供电时提供 EIA/TIA232E 电平。 每个接收器将 EIA/TIA232E 电平输入转换为 5V TTL/CMOS 电平。 这些收器具有 的典型门限值及 的典型迟滞，而且可以接收177。 30V 的输入。 每个驱动器将TTL/CMOS 输入电平转换为 TMEIA/TIA232E 电平。 所有的驱动器、接收器及电压发生器都可在德州仪器公司的 LinASIC 元件库中得 到标准单元。 MAX232 引脚说明 MAX232 为双列直插 DIP16 封装，其引脚如图 22 所示： 吉林化工学院课程设计说明书 5 电荷泵电路。 由 6 脚和 4 只电容构成。 功能是产生 +12v 和 12v两个电源，提供给 RS232串口电平的需要。 数据转换通道。 由 1 1 1 14脚构成两个数据通道。 其中 13脚（ R1IN）、 12 脚（ R1OUT）、 11脚（ T1IN）、 14脚（ T1OUT）为第一数据通道。 8 脚（ R2IN）、 9 脚（ R2OUT）、 10脚（ T2IN）、 7 脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 T1IN、 T2IN 输入转换成 RS232 数据从 T1OUT、 T2OUT 送到电脑 DP9 插头；DP9插头的 RS232 数据从 R1IN、 R2IN 输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 R1OUT、 R2OUT 输出。 供电。 15 脚 DNG、 16 脚 VCC（ +5v） MAX232 工作原理 Max232 产品是一款兼容 RS232 标准的芯片。 该器件包含 2 驱动器、 2 接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA232F 电平。 该器件符合 TIA/EIA232F 标准，每一个接收器 将TIA/EIA232F 电平转换成 5V TTL/CMOS 电平。 每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成TIA/EIA232F 电平。 MAX232 的优点是： 一片芯片可以完成发送转换和接收转换的双重功能。 单一电源 +5V供电 它的电路设计与连接比较简单而且功能齐全。 MAX232 特性 工作温度（自。