基于单片机的数据采集系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的数据采集系统设计本科生毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

当 ST 上跳沿 时，所 有 内 部 寄 存 器 清零 ； 下 跳沿 时， 开 始 进行 A/D 转换 ； 在转换 期间 ， ST 应保持 低 电 平。 EOC 为 转换 结束 信号。 当 EOC 为高电 平 时， 表明 转换 结束 ； 否 则 ， 表明正 在 进行 A/D 转换。 OE为输出允 许信号 ， 用于 控制三条输出锁存 器 向 单片机 输出 转换得到的数据。 OE＝ 1， 输出 转换得到的数据 ； OE＝ 0， 输出 数据 线呈 高 阻状 态。 D7－ D0 为 数 字 量 输出线。 CLK为 时 钟 输入信号线。 因 ADC0809的 内 部没 有 时 钟 电路，所 需 时 钟 信号 必须由 外界提供 ，通常 使 用 频率 为 500KHZ， VREF（ ＋ ） ， VREF（－）为 参考 电 压输入。 ADC0809 应用说明 ： （ 1） ADC0809 内 部带 有输出锁存 器，可以 与 AT89S51 单片机直接 相连。 （ 2） 初始 化 时， 使 ST 和 OE信号 全 为 低 电 平。 （ 3） 送 要 转换的 哪 一通 道 的 地址 到 A， B， C 端 口 上。 （ 4） 在 ST端 给 出 一个 至少 有 100ns 宽 的 正脉冲 信号。 （ 5）是 否 转换 完 毕 ，我们 根 据 EOC 信号 来 判断。 （ 6）当 EOC变为高 电 平 时，这时 给 OE 为高 电 平 ，转换的数据就 输出 给 单片机 了。 74LS74 芯片 74LS74 为带预置和清除端的两组 D 型触发器， 在这次的系统设计中，它为AD0809芯片提供 500KHz的时钟信号，这是利用了触发器的工作。 一个触发器可以 2分频，二个触发器连接可提供 4分频。 原理 其主要电特性的典型值如下： 表二 引出端符号 ： 第 16 页 逻辑图 ： 图 5 74LS74逻辑图 MAX232 芯片 MAX232 芯片为串口 TTL 电平转换芯片。 接口电路为： 第 17 页 图 6 MAX232 连接图 74LS244 芯片 74LS74 为 八同相三态缓冲器 /线驱动器。 这里主要用于驱动共阴数码管 LED的显示驱动。 结构图和功能图为 ： 图 7 74LS244 第 18 页 原理介绍 首先用 PROTEL 软件设计的原理图为 ： 图 8 系统原理图 系统总的功能原理， 系统开机， 89C51 芯片工作，由 控制 发光二极管 1指示系统工作状态，亮表 示工作，暗表示不工作 由 控制发光二极管 2指示AD0809 工作状态，亮表示工作，暗表示不工作。 控制转换开始和结束，~ 控制八个按钮用来选择模拟输入转换通道，另外一个复位按钮。 由 P0口输入 AD0809 芯片 的转换数据结果 ， 、 、 口接 AD0809 芯片的 ST、EOC、 OE3 个控制信号引脚，用于控制 AD0809 工作。 、 、 接 AD0809的 A、 B、 C 控制转换通道选择，另外 89C51 的 LEA。 数码管方面，有 P0 口输出数据， 、 、 控 制位选。 和微机接口方面， 89C51 的 RX、 TX 接 MAX232，MAX232 的 13和 14 引脚接 DB9 的 2引脚组成串口通信接线。 串口通信原理，单片机和 PC 机通信要经过 TTL 电平转换。 这里串行通信使用RS232 标准，它本是美国电子工业协会的推荐标准，现已在全世界的范围广泛采用。 RS232 实际上是串行通信的总线标准。 它用 3V 到 25V 表示逻辑“ 1” ， +3V到 +25V 表示逻辑“ 0”。 这里只用 3个引脚构成串口通信， 2 脚发送数据 TXD， 3第 19 页 脚接收数据 RXD 和 5脚接地。 单片机的串口通信，在单片机芯片中， UART 已 集成在其中，做为组成部分，构成一个串行口，这个串行口是全双工的。 单片机串口通信的波特率设置是有单片机的定时记数器 1 提供时钟。 串口通信用到串口发送缓冲寄存器 SBUF 和 及串行通信控制寄存器 SCON。 串口有 3种工作方式，这里采用工作方式 1。 串口工作方式 1的原理为： TxD 脚发送 ， RxD 脚接收 ， 每次数据为 10 位 ， 一个起始位 0 ， 8 个数据位 ， LSB 在前及一个停止位 1， 当接收数据时停止位存于 SCON 的 RB8 内波特率可变由定时器 1 溢出速率决定。 串行口工作于模式 1时 ， 传输的是 10位 ； 1 位起始位 0， 8位 数据低位在先及一位停止位 1。 由 RxD接收 ， TxD发送。 接收时 ， 停止位存入 SCON 内 RB8。 80C51 波特率取决于定时器 1的溢出速率。 发送过程是由执行一条以 SBUF 为目的寄存器的指令启动的。 写 SBUF 信号还把 1 TB8 装入发送移位寄存器的第 9 位 ， 同时通知发送控制器进行发送。 实际上发送过程开始于 16 分频计数器下次翻转后的那个机器周期的 S1P1 时刻。 每位的发送时序与 16 分频计数器同步 ， 而并不与写 SBUF 信号同步。 发送以激活 SEND 端开始 ， 向 TxD发送一起始位一位时间以后 DATA端有效 ， 使输出 移位寄存器中数据得以送至 TxD。 再过一位 ， 产生第一个移位脉冲。 数据向右移出 ， 左边不断填以 0， 当数据字节的最高位移到移位寄存器的输出位置时 ， 其左边是装入 1的第 9位 ， 再左的内容均为 0。 此时通知 TX 控制器作最后一次移位 ， 然后禁止 SEND端并置位 TI。 这都发生于写 SBUF后 16分频计时器的第 10次翻转时。 接收在 RxD端检测到负跳变时启动 ， 为此 MCU对 RxD不断采样 ， 采速率为波特率的 16倍。 当检测到负跳变时 ， 16分频计数器立即复位 ， 同时将 1FFH 写入输入移位寄存器。 复位 16分频计时器确保计时器翻转时位与输入数据 位时间同步。 计数器的 16个状态将每个位时间分为 16份。 在第 9状态时 ， 位检测器对 RxD 端的值采样。 取值为三个采样值中取多数至少 2个作为读入值 ， 这样可以抑制噪声。 如果所接收的第一位不为 0， 说明它不是一帧数据的起始位 ， 该位被摒弃 ， 接收电路被复位 ， 等待另一个负跳变的到来。 这用来防止错误的起始位 ， 如果起始位有效 ， 则被移入输入移位寄存器 ， 并开始接收这一帧中的其它位。 当数据位逐一由右边移入时 ， 1从左边被移出。 当起始位 0移到最左边时 ， 通知接收控制器进行最后一次移位 ， 将移位寄存器内容 9 位分别装入 SBUF及 RB8， 并置 RI=1。 仅当最后一第 20 页 位移位脉冲产生时同时满足下述 2个条件 ： RI=0， SM2=0或接收到的停止位 =1，才会装载 SBUF和 RB8， 并且置位 RI。 上述两个条件任一不满足 ,所接收到的数据帧就会丢失 ， 不再恢复。 两者都满足时 ， 停止位就进入 RB88， 位数据进入 SBUF， RI=1。 这时无论上述条件满足与否 ， 接收控制单元都会重新等待 RxD的负跳变。 由于采样八百多 MHz,波特率要大于 9600BPS，这里我设置为 9600bps， 由定时器 1工作方式 2提供。 在 80C51 中模式 1 和模式 3 的波特率由定时器 1 的溢出速 率决定。 使用定时器 1 作波特率发生器 当定时器 1 用作波特率发生器模式 1 和 3 中波特率由定时器1 的溢出速率和 SMOD1 的值决定。 模式 1 、3 波特率 2 nS M O D（定时器 1 溢出速率） 在此应用中定时器 1 不能用作中断 ， 定时器 1 可以工作在定时或计数方式和 3 种工作模式中任何一个。 在最典型应用中它用作定时器方式工作自动重装载模式TMOD 的高半字节为 0010B， 它的波特率值由下式给出 ： 模式 1 、3 波特率 2 nS M O D 振荡器频率1 2 [ 2 5 6 ( T H 1 ) ] 可以定时器 1 的中断实现非常低的波特率将定时器配置为 16 位定时器 TMOD 的高半字节为 0001B， 并使用中断进行 16位软件重装。 LED显示原理，数码管的发光和发 光 2极管的显示原理相同。 这里采用静态显示原理，扫描显示。 软件设计 在这里我用 C 语言编写系统程序，用 C语言写程序的好处前面已经说过，KEILC51 真的是很好的软件，我写的程序在 KEIL 上仿真通过，程序见附录。 软件结构图： 第 21 页 开 机选择通道。 开始转换。 A / D 转换L E D 显示串口发送结束转换。 复 位YYYYNNN 图 9 软件流程图 可 分 为 4 个模块： （ 1）、控制模块 （ 2）、 AD 转换模块 （ 3）、 LED 显示模块 （ 4）、串口发送模块 PC 机上数据接收软件制作 在这里我用 VC++的 MFC 制作数据采集器的上位机数据接收软件。 下面讲述主要制作过程： ：打开 VC＋＋ ，建立一个基于对话框的 MFC 应用程序 cg1 MSComm 控件 选择 Project 菜单下 Add To Project子菜单中的 Components and Controls„选项，在弹出的对话框中双击Registered ActiveX Controls 项，则所有注册过的 ActiveX 控件出现在列表框中。 选择 Microsoft Communications Control, version ，单击第 22 页 Insert 按钮将它插入到我们的 Project 中来，接受缺省的选项。 这时在 ClassView视窗中就可以看到 CMSComm 类了，并且在控件工具栏 Controls 中出现了电话图标现在要做的是用鼠标将此图标拖到对话框中，程序运行后，这个图标是看不到的。 ClassWizard 定义 CMSComm 类控制对象 打开 ClassWizard－ Member Viariables 选项卡，选择 CGc1Dlg 类，为 IDC_MSCOMM1 添加控制变量： m_ctrlComm，这时你可以看一看，在对话框头文件中自动加入了//{{AFX_INCLUDES() include //}}AFX_INCLUDES （这时运行程序，如果有错，那就再从头开始）。 向主对话框中添加两个编辑框，一个用于接收显示数据 ID为 IDC_EDIT_RXDATA，另一个用于输入发送数据， ID 为 IDC_EDIT_TXDATA，再添加一个按钮，功能是按一次就把发送编辑框中的内容发送一次，将其 ID 设为IDC_BUTTON_MANUALSEND。 别忘记了将接收编辑框的 Properties－ Styles 中把 Miltiline 和 Vertical Scroll 属性选上，发送编辑框若你想输 入多行文字，也可选上 Miltiline。 再打开 ClassWizard－ Member Viariables 选项卡，选择CGc1g 类， 为 IDC_EDIT_RXDATA 添加 CString 变量 m_strRXData， 为IDC_EDIT_TXDATA 添加 CString 变量 m_strTXData。 OnComm() 打开 ClassWizard－ Message Maps，选择类 CGc1Dlg，选择 IDC_MSCOMM1，双击消息 OnComm，将弹出的对话框中将函数名改为 OnComm。 这个函数是用来处理串口消息事件的，如每当串口接收到数据，就会产生一个串口接收数据缓冲区中有字符的消息事件，我们刚才添加的函数就会执行，我们在 OnComm()函数加入相应的处理代码就能实现自已想要的功能了。 在函数中加入如下代码： void CGc1Dlg::OnComm() { VARIANT variant_inp。 COleSafeArray safearray_inp。 LONG len,k。 BYTE rxdata[1024]。 //设置BYTE An 8bit integerthat is not signed. 第 23 页 CString strtemp。 if(()==2) //事件值为 2表示接收缓冲区内有字符 { variant_inp=()。 //读缓冲区 safearray_inp=variant_inp。 //VARIANT 型变量转换为ColeSafeArray 型变量 len=()。 //得到有效数据长度 for(k=0。 klen。 k++) (amp。 k,rxdata+k)。 //转换为 BYTE 型数组 for(k=0。 klen。 k++) //将数组转换为 Cstring 型变量 { char bt=*(char*)(rxdata+。