畢業(yè)設計（論文）基于單片機的多路數(shù)據采集系統(tǒng)設計

1、<p>　　基于單片機的多路數(shù)據采集系統(tǒng)設計 </p><p>　　[摘要]:數(shù)據采集系統(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。本設計采用了單片機AT89C52來實現(xiàn)，硬件部分是以單片機為核心，還包括A/D模數(shù)轉換模塊，顯示模塊，和串行接口部分。該系統(tǒng)下位機負責數(shù)據采集并應答上位機機的命令。4路被測電壓通過模數(shù)轉換器ADC0809進行模數(shù)轉換，實現(xiàn)對采集到的數(shù)據進行模擬量到數(shù)

2、字量的轉換，并將轉換后的數(shù)據通過串行口MAX232傳輸?shù)缴衔粰C，由上位機負責數(shù)據的接受、處理和顯示，并用LED數(shù)碼顯示器來顯示所采集的結果。軟件部分應用VB編寫控制軟件，對數(shù)據采集系統(tǒng)、模數(shù)轉換系統(tǒng)、數(shù)據顯示、數(shù)據通信等程序進行了設計。本設計經調試完成了數(shù)據采集、模數(shù)轉換、顯示及上位機繪圖各項功能。</p><p>　　[關鍵詞]: 數(shù)據采集; 89C52單片機; ADC0809; MAX232;</p&g

3、t;<p>　　The Design Of Multi-channel Data Acquisition System Based On SCM</p><p>　　[Abstract]：Data acquisition systems are analog and digital domains essential link between its presence has a very impo

4、rtant role. This design uses a single-chip AT89C52 to achieve, the hardware part is a microcontroller as the core, but also including A / D conversion module, display module, and serial interface section. The system is r

5、esponsible for lower machine data acquisition and PC answering machine commands. 4 measured voltage through the ADC ADC0809 analog to digital conversion, to achie</p><p>　　[Key words]: data acquisition; AT89

6、C52; ADC0809; MAX232;</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　研究背景及其目的意義</p><p>　　近年來，數(shù)據采集及其應用受到了人們越來越廣泛的關注，數(shù)據采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應用于各種領域。</p><p>　　數(shù)據采集系統(tǒng)起始于20世紀50年代，195

7、6年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標是測試中不依靠相關的測試文件，由非成熟人員進行操作，并且測試任務是由測試設備高速自動控制完成的。由于該種數(shù)據采集測試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據采集和測試任務，因而得到了初步的認可。大概在60年代后期，國內外就有成套的數(shù)據采集設備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。[8]</p><p>　　20世紀70年代后期，隨著微型機的發(fā)展，誕生了采集器、

8、儀表同計算機溶為一體的數(shù)據采集系統(tǒng)。由于這種數(shù)據采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動檢測儀表和專用數(shù)據采集系統(tǒng)，因而獲得了驚人的發(fā)展。從70年代起，數(shù)據采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實驗室數(shù)據采集系統(tǒng)，一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據采集系統(tǒng)。[8]</p><p>　　20世紀80年代隨著計算機的普及應用，數(shù)據采集系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據采集與自動測試系統(tǒng)。該階段的數(shù)據采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀表

9、儀器和采集器、通用接口總線和計算機組成。這類系統(tǒng)主要應用于實驗室，在工業(yè)生產現(xiàn)場也有一定的應用。第二類以數(shù)據采集卡、標準總線和計算機構成，這一類在工業(yè)現(xiàn)場應用較多。20世紀80年代后期，數(shù)據采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計算機、單片機和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，是系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成倍增加，數(shù)據處理能力大大加強。[8]</p><p>　　20世紀90年代至今，在國際上技術先進的國家，數(shù)據采集系統(tǒng)

10、已成功的運用到軍事、航空電子設備及宇航技術、工業(yè)等領域。由于集成電路制造技術的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機數(shù)據采集系統(tǒng)（DAS）。數(shù)據采集技術已經成為一種專門的技術，在工業(yè)領域得到了廣泛的應用。該階段的數(shù)據采集系統(tǒng)采用模塊式結構，根據不同的應用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結合系統(tǒng)編程，就可擴展或修改系統(tǒng)，迅速組成一個新的系統(tǒng)。[8]</p><p>　　盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據采集與處理采

11、集技術的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展，而且組成一個數(shù)據采集系統(tǒng)只需要一塊數(shù)據采集卡，把它插在微機的擴展槽內并輔以應用軟件，就能實現(xiàn)數(shù)據采集功能，但這并不會對基于單片機為核心的數(shù)據采集系統(tǒng)產生影響。相較于數(shù)據采集板卡成本和功能的限制，單片機具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而雙單片機又具有精度較高、轉換速度快、能夠對多點同時進行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應用要求的、電路結構簡單的、可靠性高的數(shù)據采集系統(tǒng)。這就使得以單

12、片機為核心的數(shù)據采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用。</p><p><b>　　國內外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　數(shù)據采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號并轉換成數(shù)字信號，并進行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。它起始于20世紀中期，在過去的幾十年里，隨著信息領域各種技術的發(fā)展，在數(shù)據采集方面的技術也取得了長足的進步，采集數(shù)據的信息化是目前社會的發(fā)展主

13、流方向。各種領域都用到了數(shù)據采集，在石油勘探、科學實驗、飛機飛行、地震數(shù)據采集領域已經得到應用。</p><p>　　我國的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震數(shù)據采集系統(tǒng)。近年來，又成功研制了動態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強、低功耗可靠性的TDE-324C型地震數(shù)據采集系統(tǒng)。該數(shù)據采集對拾震計輸出的電信號模擬放大后送至A/D數(shù)字化，A/D采用同時采樣，采樣數(shù)據經DSP數(shù)字濾波處理

14、后，變成數(shù)字地震信號。該數(shù)據采集系統(tǒng)具備24位A/D轉化位數(shù)，采樣率有50HZ、100HZ、200HZ。[8]</p><p>　　由美國PASCO公司生產的“科學工作室”是將數(shù)據采集應用于物理實驗的嶄新系統(tǒng)，它由3部分組成：（1）傳感器：利用先進的傳感技術可實時采集技術可實時采集物理實驗中各物理量的數(shù)據；（2）計算機接口：將來自傳感器的數(shù)據信號輸入計算機，采樣速率最高為25萬次/S；（3）軟件：中文及英文的應用

15、軟件。[8]</p><p>　　受需求牽引，新一代機載數(shù)據采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應用也在快速地發(fā)展。如愛爾蘭ACRA公司2000年研發(fā)推出的新一代KAM500機載數(shù)據采集系統(tǒng)到了2006年。本系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達500K/S,同步時間為+/-250ns，可以利用方式組成高達1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。</p><p>　　該課題研究的主要內容內容&l

16、t;/p><p>　　數(shù)據采集技術是信息科學的重要分支之一, 它研究信息數(shù)據的采集、存儲、處理以及控制等問題。它是對傳感器信號的測量與處理, 以微型計算機等高技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。數(shù)據采集也是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。隨著微型計算機技術的飛速發(fā)展和普及,數(shù)據采集監(jiān)測已成為日益重要的檢測技術,廣泛應用于工農業(yè)等需要同時監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。數(shù)據采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),通常采用一些

17、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)據采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)?！?lt;/p><p>　　盡管現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據采集與處理技術作為數(shù)據采集技術的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展,并且適于通用微機(如IBM PC 系列) 使用的板卡級數(shù)據采集產品也已大量出現(xiàn),組成一個數(shù)據采集系統(tǒng)簡單到只需要一塊數(shù)據采集卡,把它插在微機的擴展槽內,并輔以應用軟件,就能實現(xiàn)數(shù)據采集功能,但這并不會對基

18、于單片機為核心的數(shù)據采集系統(tǒng)產生影響,因為單片機功能強大、抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點,使得基于單片機為核心的數(shù)據采集系統(tǒng)在許多領域得到了廣泛的應用.</p><p>　　傳統(tǒng)的基于單片機的數(shù)據采集系統(tǒng)由于沒有上位機的支持,不管采用什么樣的數(shù)據存儲器,它的存儲容量都是有限的,所以不得不對存儲的歷史數(shù)據進行覆蓋刷新,這樣不利于用戶對數(shù)據進行整體分析,因而也不能對生產過程的狀況進行準確的把握。&l

19、t;/p><p>　　本系統(tǒng)采用下位機負責模擬數(shù)據的采集,從單片機負責采集八路數(shù)據，并應答主機發(fā)送的命令，上位機即主機是負責處理接受過來的數(shù)字量的處理及顯示，主機和從機之間用RS-232進行通信。這樣用戶可以在上位機上編寫各種程序對文件中的數(shù)據進行有效查詢和分析,有利于工業(yè)過程的長期正常運行和檢查。該系統(tǒng)采用的是AT89S52單片機，此芯片功能比較強大，能夠滿足設計要求。</p><p>&l

20、t;b>　　方案論證及選擇</b></p><p><b>　　方案一</b></p><p>　　本方案采用AT89C52單片機、ADC0809作為A/D轉換器、RS-232C作為串行口、LED數(shù)碼管作為顯示部分以及用按鍵開關作為通道切換，每只按鍵接單片機的一條I/O線，通過對線的查詢可識別各按鍵狀態(tài)。原理圖如圖2.1所示。</p>

21、<p>　　錯誤!未找到引用源。</p><p>　　圖2.1 方案一原理框圖</p><p><b>　　方案二</b></p><p>　　本方案硬件電路采用AT89C51單片機最小系統(tǒng)、ADC0809模數(shù)轉換電路、HD7279鍵盤控制與LED顯示電路、RS-232C串行通信電路四部分組成。該方案較一來說，鍵盤控制比方案一更加方便

22、，且實現(xiàn)簡單。原理圖如圖2所示。</p><p>　　錯誤!未找到引用源。</p><p>　　圖2.2 方案二原理框圖</p><p><b>　　方案選擇</b></p><p>　　為了節(jié)省資源以及考慮到各器件性價比方面，選擇方案一作為最終方案。89C51市面上已被許多新型單片機取代，故采用現(xiàn)階段主流的AT89C5

23、2單片機。而ADC0809為逐漸逼近式A/D轉換器，它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉換器，其轉換時間在幾微秒到幾百微秒之間。在顯示部分采用動態(tài)掃描顯示法選擇性價比更高的LED數(shù)碼管。通道選擇方面，通過對硬件的優(yōu)化使得避免使用鍵盤，而只需兩個按鍵開關去實現(xiàn)通道切換。</p><p><b>　　硬件部分</b></p><p>　　該系統(tǒng)是一個上、下位式多路

24、數(shù)據采集系統(tǒng)，下位機用單片機實現(xiàn)，負責數(shù)據處理和顯示，上位機負責將采集到的數(shù)據用坐標的形式動態(tài)描繪出結果。上位機和下位機之間用RS-232進行通信。該部分由AT89C52、ADC0809、MAX232、LED數(shù)碼顯示器組成。</p><p><b>　　單片機</b></p><p><b>　　單片機的概述</b></p><

25、;p>　　單片機是一種集成的電路芯塊采用了超大規(guī)模技術把具有運算能力（如算術運算、邏輯運算、數(shù)據傳送、中斷處理）的微處理器（CPU）,隨機存取數(shù)據存儲器（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），顯示驅動電路（LCD或LED驅動電路），脈寬調制電路(PWM)，模擬多路轉換及A/D轉換器等電路集成到一塊單片機上，構成一個最小然而很完善的計算機系統(tǒng)。這些電路能在軟件的控制

26、下準確快速的完成程序設計者事先規(guī)定的任務?？偟亩詥纹瑱C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。[9]</p><p>　　單片機按內部數(shù)據通道的寬度，可分為4位、8位、16位及32位單片機。它們被應用在不同領域里，8位單片機由于功能強大，被廣泛的應用在工業(yè)控制、智能接口、儀表儀器等各個領域。8位單片機在中、小規(guī)模應用場合仍

27、占主流地位，代表了單片機的發(fā)展方向，在單片機應用領域發(fā)揮越來越大的作用。隨著移動通訊、網絡技術、多媒體技術等高科技產品進入家庭，32位單片機應用得到了長足發(fā)展。縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢：</p><p><b>　　微型單片化</b></p><p><b>　　低功耗CMOS</b></p><p>

28、;<b>　　3、與多品種共存</b></p><p>　　4、可靠性和應用水平越來越高</p><p>　　單片機有著微處理器所不具備的功能，它可以獨立地完成現(xiàn)代工業(yè)控制所要求的智能化控制功能這就是單片機的最大特點。然而單片機又不同于單板機，芯片在沒有開發(fā)前，它只是具備功能極強的超大規(guī)模集成電路，如果賦予它特定的程序，它便是一個最小的、完整的微機控制系統(tǒng)。它與單板機

29、或個人電腦有著本質的區(qū)別，單片機屬于芯片級應用，需要用戶了解單片機芯片的結構和指令系統(tǒng)以及其它集成電路應用技術和系統(tǒng)設計所需要的理論和技術，用這樣特定的芯片設計應用程序，從而使芯片具備特定的智能。[9]</p><p><b>　　單片機最小系統(tǒng)</b></p><p>　　AT89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲

30、器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使AT89C52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。[9]</p><p>　　AT89C52具有以下標準功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O 口線，看門狗

31、定時器，2 個數(shù)據指針，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外，AT89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。[8]單片機最小系統(tǒng)如圖3.1所示。</p><p>

32、　　錯誤!未找到引用源。</p><p>　　圖3.1 AT89C52最小系統(tǒng)</p><p>　　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口的所有引腳構成的單片機的輸入/輸出（I\O）引腳。最后一種是控制引腳，控制引腳有四條，部分引腳

33、具有復位功能。</p><p>　　綜上所述，單片機的引腳特點是：</p><p>　　單片機多功能，少引腳，使得引腳復用現(xiàn)象較多。</p><p>　　單片機具有四種總線形式：P0和P2組成的16位地址地址總線；P0分時復用為8位數(shù)據總線；ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD以及P1口的T2、T2EX組成控制總線；而P

34、3口的RXD、TXD組成串行通信總線。</p><p>　　89C52單片機的主要功能</p><p>　　?與MCS-51單片機產品兼容</p><p>　　8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器</p><p>　　?1000次擦寫周期</p><p>　　?全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz</p><

35、;p>　　?三級加密程序存儲器</p><p>　　?32個可編程I/O口線</p><p>　　?三個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　?八個中斷源</b></p><p>　　?全雙工UART串行通道</p><p>　　?低功耗空閑和掉電模式</p>&l

36、t;p><b>　　?掉電后中斷可喚醒</b></p><p><b>　　?看門狗定時器</b></p><p><b>　　?雙數(shù)據指針</b></p><p><b>　　?掉電標識符</b></p><p><b>　　LED數(shù)碼管

37、顯示器</b></p><p>　　簡單的講，LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組成的，LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方式：</p><p>　?。?）共陰極接法：把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極與輸入端相連。</p><p>　?。?）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，

38、每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。</p><p>　　為了顯示字符，要為LED顯示器提供顯示段碼（或稱字形代碼），組成一個“8”字的七段，再加上1個小數(shù)點位，共計八段。各段位碼位的對應關系如表3.1所示。[9]</p><p>　　表3.1 段位碼對應關系</p><p>　　本設計用四位共陰數(shù)碼管作為顯示部分。</p><p>　

39、　模數(shù)轉換器ADC0809</p><p>　　在我們所測控的信號中軍事連續(xù)變化的物理量，而要對這些信號進行處理,則需要將其轉換為數(shù)字量，A/D轉換器就是為了將連續(xù)變化的模擬量轉換成計算機能接受的數(shù)字量。</p><p>　　按模擬量轉換成數(shù)字量的原理可以分為3種：雙積分式、逐次逼近式及并行式A/D轉換器。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。<

40、;/p><p>　　ADC0809是八通道的八位逐次逼近式A/D轉換器。由單一的5V電源供電，片內帶有鎖存功能的8選1的模擬開關。由C、B、A的編碼來決定所選的模擬通道。轉換時間為100us。轉換誤差為1/2LSB。它的引腳的排列及其功能，其引腳圖見圖3.3。</p><p>　　圖3.3 ADC0809引腳圖</p><p>　　IN7~IN0 ：八個通道的模擬輸入量

41、。</p><p>　　ADDA、ADDB、ADDC：模擬通道地址線。當CBA=000時，IN0輸入，當CBA=111時，IN7輸入。</p><p>　　ALE：地址鎖存信號。</p><p>　　START：轉換啟動信號，高電平有效。</p><p>　　D7~D0：數(shù)據輸出線。三態(tài)輸出，D7是最高位，D0是最低位。</p>

42、<p>　　OE：輸出允許信號，高電平有效。</p><p>　　CLK：時鐘信號，最高頻率為 640KHZ。</p><p>　　EOC：轉換結束狀態(tài)信號。上升沿后高電平有效。</p><p>　　Vcc：+5V電源。</p><p>　　Vref：參考電壓。</p><p>　　串口通信RS-232C&

43、lt;/p><p>　　計算機與計算機或計算機與終端之間的數(shù)據傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）

44、聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調制解調器廠家及計算機終端生產廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。它的全名是“數(shù)據終端設備（DTE）和數(shù)據通訊設備（DCE）之間 串行二進制數(shù)據交換接口技術標準”該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。</p><p>　?。?）接口的信號內容 實際上RS-232C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機與終端通訊中一般只使用

45、3-9條引線。RS-232C最常用的9條引線的信號內容。見表3.2所示</p><p>　　表3.2 RS-232C</p><p>　?。?）接口的電氣特性 在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯“1”，-5— -15V；邏輯“0” +5— +15V 。噪聲容量為2V。即要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高于—3V的信號作為邏輯“1”。</p

46、><p>　?。?）接口的物理結構 RS-232C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座，通常插頭在DCE端,插座在DTE端。一些設備與PC機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據”、“接收數(shù)據”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。</p><p>　　（4）傳輸電纜長度 由RS-232C標準規(guī)定在碼元畸變

47、小于4%的情況下，傳輸電纜長度應為50英尺，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10-20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺。3.5簡介MAX232</p><p>　　MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的接口電路,使用+5v單電源供電，可以實現(xiàn)TTL電平與RS-232C電平相互轉換的IC芯片。</p><

48、p>　　MAX內部結構圖如圖3.4所示</p><p>　　圖3.4 MAX內部結構圖</p><p>　　內部結構基本可分三個部分：</p><p>　　第一部分是電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構成。功能是產生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。</p><p>　　第二部分是數(shù)據轉換通道。

49、由7、8、9、10、11、12、13、14腳構成兩個數(shù)據通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據通道。TTL/CMOS數(shù)據從T1IN、T2IN輸入轉換成RS-232數(shù)據從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據從R1IN、R2IN輸入轉換成TTL/CMOS

50、數(shù)據后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　第三部分是供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。</p><p>　　引腳結構圖如圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5 MAX內部結構圖</p><p>　　其中引腳1-6（C1+、V+、C1_、C2+、C2-、V-）用于電源電壓轉換，只要在外部接入相應電解電容即可；引腳

51、7-10和引腳11-14構成兩組TTL信號電平與RS-232C信號電平的轉換電路，對應引腳可直接與單片機串行口的TTL電平引腳和PC的RS-232C電平引腳相連。</p><p><b>　　軟件部分</b></p><p>　　該設計軟件部分分為下位機與上位機兩部分。下位機用KeilUvision4編寫程序，上位機用Visual Basic6.0編寫程序。</

52、p><p><b>　　下位機軟件部分</b></p><p>　　簡介KeilUvision4</p><p>　　Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（UVISION）將這些組合在一起。</p><p>　　Keil有以下幾個特點：<

53、/p><p>　　全功能的源代碼編輯器；</p><p>　　器件庫用來配置開發(fā)工具設置；</p><p>　　項目管理器用來創(chuàng)建和維護用戶的項目；</p><p>　　集成的MAKE工具可以匯編、編譯和連接用戶嵌入式應用；</p><p>　　所有開發(fā)工具的設置都是對話框形式的；</p><p>

54、　　真正的源代碼級的對CPU和外圍器件的調試器；</p><p>　　高級GDI(AGDI)接口用來在目標硬件上進行軟件調試以及和Monitor-51進行通信。</p><p>　　4.1.2 下位機軟件設計</p><p>　　根據數(shù)據采集系統(tǒng)的指標要求，由于系統(tǒng)需要實時顯示任一通道數(shù)據采集結果，所以在顯示完采集數(shù)據信息后，程序將自動跳回A/D采樣環(huán)節(jié)重復執(zhí)行。下

55、位機程序流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 下位機程序流程圖</p><p>　　按照圖4.1所示的程序流程圖，用C語言編譯的程序見附錄C。單片機AT89C52控制ADC0809實行數(shù)據采集與轉換的程序通過Keil4進行程序的編譯與修改，程序編譯成功后利用STC-ISP軟件把程序的.hex文件下載到單片機中AT89C52。AT89C52控制ADC0809實行數(shù)據采集與轉換

56、的程序編譯界面如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 下位機程序編譯界面</p><p>　　從圖4.2的左下方的英文字母可以看出程序編譯成功，并且生成“最終程序.hex”文件。將生成的“最終程序.hex”通過STC-ISP軟件下載到AT89C52單片機中?！白罱K程序.hex”文件下載到AT89C52成功的界面如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3

57、下載成功界面</p><p><b>　　上位機軟件部分</b></p><p>　　Visual Basic6.0介紹</p><p>　　Visual Basic是Microsoft公司開發(fā)的Windows應用程序開發(fā)工具，Visual——“可視化的”，是一種開發(fā)圖形戶界面（GUI）的方法。</p><p>　　英文

58、Visual的意思是“視覺的”，“可視的Basic”這個名字可能抽象了點，但實際上它卻是最直觀的編程方法，之所以叫做“可視”，你只要看到VB的界面就會明白，實際上你無需編程，就可以完成許多步驟。</p><p>　　在VB中引入了控件的概念，在Windows中控件的身影無處不在，如按鈕、文本框等，VB把這些控件模式化，并且每個控件都有若干屬性用來控制控件的外觀，工作方法，能夠響應用戶操作（事件）。</p&g

59、t;<p>　　這樣你就可以象在畫板上一樣，隨意點幾下鼠標，一個按鈕就完成了，這些在以前的編程語言下是要經過相當復雜的工作的。</p><p>　　Visual Basic的特點：</p><p>　　可視化的程序設計工具</p><p>　　可視化是開發(fā)Windows環(huán)境下圖形用戶界面(GUI)的方法，獲得所見即所得(WYSIWYG—What You

60、 See Is what You Get)的效果。</p><p><b>　　集成開發(fā)環(huán)境。</b></p><p>　　程序的編輯、編譯、調試和運行都在同一環(huán)境下進行，不必進行環(huán)境的切換。</p><p>　　面向對象的程序設計方法。</p><p>　　VB采用的是面向對象、事件(消息)驅動的編程機制。</p

61、><p>　　結構化的程序設計語言。</p><p>　　僅采用順序、選擇和循環(huán)三種結構編制程序，開發(fā)的程序易于閱讀、修改和維護。</p><p>　　支持多種數(shù)據庫系統(tǒng)的訪問。</p><p>　　利用ADO（Active Database Object）或數(shù)據控件可以訪問多種數(shù)據庫，如Access、Oracle、DBASE、FoxPro、Ex

62、cel、Lotus-1-2-3等。</p><p><b>　　Active技術</b></p><p>　　可以在VB程序中嵌入其他軟件開發(fā)的程序，這就使VB能開發(fā)集聲音、圖像、動畫、字處理、Web等對象于一體的應用程序。</p><p>　　完備的Help聯(lián)機幫助功能</p><p>　　如果在安裝VB時安裝了MSD

63、N，就可以隨時獲得聯(lián)機幫助。</p><p>　　VB6.0支持開發(fā)網絡環(huán)境、分布式環(huán)境及Internet環(huán)境下的應用程序，它提供DHTML（Dynamic HTML）設計工具，可以設計動態(tài)網頁。</p><p>　　其操作頁面如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 Visual Basic6.0操作界面</p><p><b&

64、gt;　　主窗口</b></p><p>　　應用程序窗口,由標題欄、菜單欄和工具欄組成</p><p>　　VB的三種工作模式（標題欄總顯示當前模式）</p><p>　　設計模式：創(chuàng)建應用程序的大多數(shù)工作都是在設計時完成的。在設計時，可以設計窗體、繪制控件、編寫代碼并使用“屬性”窗口來設置或查看屬性設置值。</p><p>　

65、　運行模式：代碼正在運行的時期，用戶可與應用程序交流。可查看代碼，但不能改動它。 </p><p>　　中斷模式：程序在運行的中途被停止執(zhí)行時。在中斷模式下，用戶可查看各變量及不是屬性的當前值，從而了解程序執(zhí)行是否正常。還可以修改程序代碼，檢查、調試、重置、單步執(zhí)行或繼續(xù)執(zhí)行程序。</p><p>　　窗體(Form)設計窗口</p><p>　　窗體設計窗口是屏幕

66、中央的主窗口，它可以作為自定義窗口用來設計應用程序的界面。用戶可以在窗體中添加控件、圖形和圖片來創(chuàng)建所希望的外觀。每個窗口必須有一個的窗體名字，建立窗體時缺省名為Form1,Form2, . . .。</p><p>　　設計窗口如圖4.4所示。</p><p><b>　　圖4.4 設計窗口</b></p><p>　　代碼(code)窗口&

67、lt;/p><p>　　在設計模式中，通過雙擊窗體或窗體上任何對象或通過“工程資源管理器”窗口中的“查看代碼”按鈕來打開代碼編輯器窗口。代碼編輯器是輸入應用程序代碼的編輯器。 代碼窗口如圖4.5所示。</p><p><b>　　圖4.5 代碼窗口</b></p><p>　　屬性（properties）窗口</p><p>

68、;　　屬性是指對象的特征，如大小、標題或顏色等數(shù)據。在Visual Basic6.0設計模式中，屬性窗口列出了當前選定窗體或控件的屬性的值，用戶可以對這些屬性值進行設置。屬性窗口如圖4.6所示。</p><p><b>　　圖4.6 屬性窗口</b></p><p>　　工具箱(ToolBox)窗口</p><p>　　工具箱提供一組工具，用于

69、設計時在窗體中放置控件生成應用程序的用戶接口。系統(tǒng)啟動后缺省的General工具箱就會出現(xiàn)在屏幕左邊，上面共有21個常用“部件”。工具箱窗口如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 工具箱窗口</p><p><b>　　上位機軟件設計</b></p><p>　　該上位機軟件編寫主要用到了串口通信和曲線畫圖。通過對下位機轉換好并通過串口

70、傳送至上位機的數(shù)據信息進行實時繪圖。將下位機采集到的數(shù)據通過坐標軸動態(tài)顯示出來。該設計主要用到Msomm控件一個，timer控件兩個，textbox控件四個，combo控件一個，picture控件一個，command控件三個。主要實現(xiàn)以下功能：</p><p><b>　　串口采集數(shù)據；</b></p><p>　　用曲線動態(tài)顯示數(shù)據；</p><

71、p><b>　　顯示時間；</b></p><p>　　鼠標點擊讀數(shù)（確定所點擊位置的橫縱坐標）。</p><p>　　上位機的操作界面如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 上位機操作界面</p><p><b>　　電路制作與調試</b></p><p>&

72、lt;b>　　電路制作</b></p><p><b>　　5.1.1電路仿真</b></p><p>　　電路的仿真主要通過Proteus軟件進行硬件電路的初步設計，能夠對各器件進行合理布局，以及驗證邏輯是否正確。通過仿真可以避免因電路錯誤而將器件燒毀，并且能夠進一步了解軟件程序編寫是否正確，能否實現(xiàn)功能。仿真步驟如下：</p>&l

73、t;p>　　(1).安裝Proteus仿真軟件。</p><p>　　(2).按照設計進行布局，畫電路圖，并連線。本設計先畫出單片機，然后將四位數(shù)碼管與單片機連接，再將ADC0809與單片機端口連接，進而將四個電位器與ADC0809連接，再將MAX232與RS-232C連接好后與單片機的P3.0、P3.1口相連。最后接電源和地線。 </p><p>　　(3).認真檢查連線是否正確，

74、各端口設置是否與程序中的一致，是否接電源和地。</p><p>　　(4).將生成的.HEX文件導入單片機。</p><p>　　(5).點擊PLAY，觀察是否正常顯示及顯示結果。</p><p>　　(6).改變電位器大小及轉換通道，再次觀察是否正常顯示結果。</p><p>　　如圖5.1為下位機電路仿真圖。</p><

75、;p>　　圖5.1 下位機電路仿真</p><p>　　軟件仿真遇到的第一個問題是點擊Proteus中Play后，四位數(shù)碼管不顯示結果，且電源供電正常，電路連接正確。經測單片機I/O輸出端口電平后發(fā)現(xiàn)，沒有生成.HEX文件，即將程序下載到單片機內，經改后，解決了這個問題。</p><p>　　軟件仿真遇到的第二個問題是點擊Proteus中Play后，四位數(shù)碼管顯示結果不是正常值。經檢

76、查發(fā)現(xiàn)下位機程序顯示模塊程序中的語句邏輯出現(xiàn)了問題，當給每個數(shù)碼管均先用語句熄滅后，再逐個點亮后，顯示結果變?yōu)檎Ｖ怠?lt;/p><p>　　軟件仿真遇到的第三個問題是撥動開關后，采集信號通道沒有發(fā)生改變。經檢查后，發(fā)現(xiàn)開關另一端應接地，而不是高電平。改過之后，能夠實現(xiàn)用開關控制通道。</p><p>　　5.1.2 硬件電路制作</p><p>　　硬件電路制作包括

77、元器件的選擇、電路的焊接以及電路之間的連接。在通過Proteus軟件仿真通過后，將電路所需的元器件整理、列表、領取、購買。之后開始在焊接板上進行電路焊接。焊好后，用杜邦線按圖接到相應管腳。認真檢查電路，確認無誤后，開始通電。通電后結果顯示于數(shù)碼管上，通過調節(jié)電位器阻值改變電壓大小，并觀察數(shù)碼管顯示結果是否正常。再按下按鍵開關以改變通道，之后調節(jié)該通道電位器繼續(xù)觀察。下位機硬件實物圖如圖5.2所示。</p><p>

78、;　　圖5.2 下位機硬件實物圖</p><p>　　硬件調試遇到的第一個問題是當接通電源后，數(shù)碼管顯示結果不穩(wěn)定，一直閃爍。起初認為是軟件延遲時間過高，在改變延遲值后，數(shù)碼管依舊閃爍。經過查詢資料發(fā)現(xiàn)是電流不夠，進而給單片機P0口再接一上拉排阻，且將電源功率增大。這一問題便得到解決。</p><p>　　調試遇到的第二個問題是當按下按鍵開關后，電路通道沒有切換。經檢查發(fā)現(xiàn)在焊接電路時兩個

79、按鍵開關的一端均接錯，沒有與單片機的P1.4和P1.5連接。在重新焊接后，功能得到實現(xiàn)。</p><p>　　硬件電路調試遇到的第三個問題是在調試過程中，某次通電后，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的數(shù)值一直是174，無論按動開關還是改變電位器阻值都無法改變數(shù)碼管顯示值。經檢查發(fā)現(xiàn)是在之后的焊接中將ADC0809燒壞。之后將整個電路重新焊接，并采用先焊接底座，之后將芯片插到底座上的方法解決掉這一問題。</p><

80、;p>　　硬件調試遇到的第四個問題是將下位機用串口與上位機連接后，發(fā)現(xiàn)下位機采集到的數(shù)據信息無法上傳到上位機。遇到這個問題首先想到的是串口電路是否工作正常，用其他已完善的程序下載到單片機后，再次與上位機連接并通過串口調試工具檢測，發(fā)現(xiàn)數(shù)據傳輸正常，結果正確，便確定了是串口程序出了問題。在反復檢查下位機程序、查詢資料后，重新改寫了部分程序。問題便得到了解決。</p><p><b>　　結論<

81、/b></p><p>　　本設計介紹的是基于單片機的多路數(shù)據采集系統(tǒng)，用于對4路模擬量進行采集，并顯示采集到的數(shù)值。本系統(tǒng)使用ADC0809對模擬量進行轉換，用ATC89C52單片機作為系統(tǒng)核心，控制ADC0809以及將采集到的數(shù)據發(fā)送至上位機。通過四位共陰數(shù)碼管顯示轉換后的數(shù)值，將采集過程中模擬量的變化以及通道的切換用上位機動態(tài)顯示并以坐標的形式繪制出來。</p><p>　　雖

82、然本次設計已基本完成設計目標，但是還有不足之處。主要表現(xiàn)在顯示時不夠穩(wěn)定，時而就會出現(xiàn)數(shù)值跳變，這種情況是由于杜邦線與排針連接時有松動。若采用PCB制板，將復雜的引腳連接通過制板時繪制到電路中，這種情況就會得到解決。對信號的采集形式有些單一，若能將其他3路分別采集溫度、濕度、光照強度信號會提高系統(tǒng)的實用性，可以通過傳感器等器件來實現(xiàn)對不同信號形式的采集。</p><p><b>　　致謝</b&g

83、t;</p><p><b>　　致謝人：</b></p><p>　　日期：2013年6月4日</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]郭天祥.51單片機c程序教程[M].哈爾濱：電子工業(yè)出版社,2009.</p><p>　　[2]李建忠.

84、單片機原理及應用（第二版）[M] .西安：西安電子科技大學社,2008.</p><p>　　[3]譚浩強.C語言設計（第三版）[M].北京：清華大學出版社.</p><p>　　[4]童詩白,華成英.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社,2000</p><p>　　[5]嚴潔.單片機原理及其接口技術[M].北京：機械工業(yè)出版社,2010.</p&g

85、t;<p>　　[6] Michael Halvorson. Visual Basic 2010入門到精通[M].張麗蘋,湯涌濤,曹丹陽.北京：清華大學出版社,2011.</p><p>　　[7]葉紅海,李麗敏.基于單片機的多路數(shù)據采集系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].佳木斯大學學報,2008,4:1.</p><p>　　[8]王琳,商周,王學偉.數(shù)據采集的發(fā)展及應用[J].電測與

86、儀表,2004,464:1.</p><p>　　[9]劉剛,秦永左,朱杰斌.單片機原理及應用[M].北京：北京大學出版社,2006.</p><p>　　附錄A 英文文獻原文</p><p>　　Data Acquisition: An Introduction</p><p>　　Bruxton Corporation</p>

87、;<p>　　This is an informal introduction digital data acquisition hardware. It is primarily directed towards assisting in the selection of appropriate hardware for recording with the Acquire program.</p><

88、;p><b>　　Overview</b></p><p>　　In principle, data acquisition hardware is quite simple. An A/D converter delivers a sequence of values representing an analog signal to an acquisition program. I

89、n practice, selecting and properly using data acquisition hardware is more complex. This document provides an informal introduction to the topic.</p><p>　　.錯誤!未找到引用源。</p><p>　　Many of the exampl

90、es are taken from patch-clamp recording. This technique requires accurate acquisition of low-level signals (picoamperes) with bandwidth in the audio range (up to 10kHz).</p><p>　　Background</p><p&

91、gt;　　A data acquisition system converts a signal derived from a sensor into a sequence of digital values. The sensor is connected to an amplifier, which converts the signal into a potential. The amplifier is in turn conn

92、ected to a digitizer, which contains an A/D converter. The digitizer produces a sequence of values representing the signal.</p><p>　　Signal Source</p><p>　　The source of most signals to be digit

93、ized is a sensor, connected to an amplifier with appropriate signal conditioning. The amplifier delivers an electrical signal. This signal is then digitized using an A/D converter.</p><p>　　For patch-clamp r

94、ecording, the sensors are solution filled pipettes. The pipette is connected to a patch-clamp amplifier that converts the voltage at the pipette or the current through the pipette to a high-level signal. By convention, t

95、he full-scale output range of a patch-clamp amplifier is ±10V, matching the range of common instrumentation quality digitizers.</p><p><b>　　Digitizer</b></p><p>　　A digitizer co

96、nverts one or more channels of analog signal to a sequence of corresponding digital values. The heart of a digitizer is an A/D converter, a device that samples an analog signal and converts the sample to a digital value.

97、</p><p>　　For example, for recording from a single ion channel, the digitizer might determine the output of the patch clamp amplifier once every 50ms and provide the resulting value to the computer.</p>

98、;<p>　　Sampling Theorem</p><p>　　The purpose of data acquisition is to analyze an analog signal in digital form. For this to be possible, the sequence of values produced by a digitizer must represent

99、the original analog signal.</p><p>　　The sampling theorem states that this is the case. The sampling theorem states that an analog signal can be reconstructed from a sequence of samples taken at a uniform in

100、terval, as long as the sampling frequency is no less than double the signal bandwidth. For example, assume a signal contains frequencies from DC (0Hz) to 10kHz. This signal must be sampled at a rate of at least 20kHz to

101、be reconstructed properly.</p><p>　　As a practical matter, the sampling rate should be several times the minimum sampling rate for the highest frequency of interest. For example, to resolve a 10kHz signal, a

102、 minimum sampling rate of 20kHz is required, but a sampling rate of 50kHz or more should be used in practice.</p><p><b>　　Control</b></p><p>　　Most of this discussion is about digiti

103、zing analog signals for a computer. In many cases, a computer also produces analog control signals. For example, in patch-clamp experiments involving voltage-gated ion channels, the computer is frequently used to produce

104、 an electrical stimulus to activate the channels. These control signals are produced using a D/A (digital to analog) converter.</p><p>　　From Sensors to Signals</p><p>　　Many signal sources cons

105、ist of a sensor and an amplifier. The amplifier converts the output of the sensor into the signal to be digitized.</p><p>　　Preamplifier</p><p>　　Many instrumentation systems are built with a pr

106、eamplifier located as close to the sensor as possible. A separate amplifier converts the preamplifier output to a high-level signal. Placing the preamplifier close to the sensor reduces noise, by allowing the signal to b

107、e amplified before being sent over a cable. Since physical space near the sensor is limited, the preamplifier is as small as possible, with the bulk of the electronics being located in the amplifier.</p><p>

108、　　For example, in a patch clamp setup, the sensor is a solution-filled pipette, the preamplifier is the head stage, and the amplifier is the patch-clamp amplifier itself.</p><p>　　Signal Conditioning</p&g

109、t;<p>　　Many sensors deliver signals that must be transformed before they can be digitized. For example, a microelectrode pipette may be used to measure current, while the digitizer measures potential (voltage). T