at89s52单片机通用数据采集装置的设计 流程图

AT89S52单片机通用数据采集装置的设计流程图摘要本文介绍了基于单片机的通用数据采集装置的设计，数据采集系统是模拟量与数字量之间必不可少的纽带，它的存在具有着十分重要的作用。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据的采集与通信采用模块化的设计，数据采集与通信采用了单片机AT89S52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。该系统主要负责采集各种现场物理量（液位、温度、流量等），并对这些物理量进行初步处理，再传送至上位机进行后续处理。8路被测电压通过模数转换器PCF8591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MAX232传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用1602字符型液晶显示所采集的结果。软件部分应用KEILUVISION4，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。4315关键词数据采集；AT89S52单片机；PCF8591；MAX232,4315THEDESIGNOFUNIVERSALDATAACQUISITIONDEVICEABSTRACTTHISARTICLEDESCRIBESTHEDESIGNOFMICROCONTROLLERBASEDGENERALPURPOSEDATAACQUISITIONDEVICETHEDATACOLLECTIONSYSTEMISTHELINKBETWEENTHEDIGITALDOMAINANDANALOGDOMAINITHASANVERYIMPORTANTFUNCTIONTHEFOCUSOFTHISPAPERISTHEDATAACQUISITIONSYSTEM,THECENTEROFGRAVITYOFTHEHARDWAREOFTHESYSTEMISTHATTHEMICROCONTROLLERDATACOLLECTIONANDCOMMUNICATIONWITHMODULARDESIGN,DATACOLLECTIONANDCOMMUNICATIONWITHTHEMCUAT89S52MICROCONTROLLERASTHECOREOFHARDWAREPARTIS,ALSOINCLUDESA/DANALOGTODIGITALCONVERTERMODULE,DISPLAYMODULE,ANDTHESERIALINTERFACESECTIONTHESYSTEMISMAINLYRESPONSIBLEFORCOLLECTINGAVARIETYOFONSITEPHYSICALQUANTITYLEVEL,TEMPERATURE,FLOWRATE,ETC,ANDTHEINITIALPROCESSINGOFTHESEQUANTITIES,ANDSENTTOTHEHOSTCOMPUTERFORSUBSEQUENTPROCESSING8MEASUREDVOLTAGEBYANANALOGTODIGITALCONVERTERPCF8591ANALOGTODIGITALCONVERSION,ANALOGTODIGITALCONVERSIONONTHEDATACOLLECTED,ANDTHECONVERTEDDATATHROUGHTHESERIALPORTMAX232TRANSMISSIONTOTHEHOSTCOMPUTER,THEHOSTCOMPUTERRESPONSIBLEFORDATAACCEPTANCE,PROCESSINGANDDISPLAY,WITH1602CHARACTERLCDCOLLECTEDTHESOFTWAREPARTOFTHEAPPLICATIONKEILUVISION4,DATAACQUISITIONSYSTEMS,ANALOGTODIGITALCONVERSIONSYSTEM,DATADISPLAY,DATACOMMUNICATIONSPROGRAMDESIGN20世纪70年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工业现场数据采集系统。20世纪80年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了很大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成，这一类在工业现场应用较多。20世纪80年代后期，数据采集发生了很大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，是系统的成本减低，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS）。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统采用模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。13该课题研究的主要内容数据采集技术是信息科学的重要分支之一,它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等问题。它是对传感器信号的测量与处理,以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集也是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及,数据采集监测已成为日益重要的检测技术,广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节,通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现,作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理技术作为数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展,并且适于通用微机如IBMPC系列使用的板卡级数据采集产品也已大量出现,组成一个数据采集系统简单到只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内,并辅以应用软件,就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响,因为单片机功能强大、抗干扰能力强、可靠性高、灵活性好、开发容易等优点,使得基于单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用传统的基于单片机的数据采集系统由于并没有上位机的支持,不管采用什么样的数据存储器,它的存储容量都是极为有限的,所以不得不对存储的历史数据进行刷新与覆盖,这样不利于用户对数据进行有效整体分析,因而也不能对生产过程的状况进行准确把握。本系统采用下位机负责模拟数据的采集,从单片机负责采集八路模拟量并为数字量，可现场通过LCD显示采集数据而且应答主机发送的命令，主机和从机之间用RS232进行通信。这样用户可以在上位机上编写各种程序对文件中的数据进行有效查询和分析,有利于工业过程的长期正常运行和检查。本系统采用下位机负责模拟数据的采集,从单片机负责采集数据，配合LCD组件可现实现场采集数据，也可用RS232进行通信与上位机进行通讯。该系统采用的是AT89S52单片机，此芯片功能比较强大，能够满足设计要求。22方案论证图22方案221A/D模数转换的选择A/D转换器的种类很多，就位数来说，可以分为8位、10位、12位和16位等。位数越高其分辨率就越高，价格也就越贵。A/D转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。1逐渐逼近式A/D转换器它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。2双积分A/D转换器它是一种间接式的A/D转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，缺点是数度很慢，适用于对转换数度要求不高的系统。3并行式A/D转换器它又被称为FLASH（快速）型，它的转换数度很高，但她采用了很多个比较器，而N位的转换就需要2N1个比较器，因此电路规模也极大，价格也很贵，只适用于视频A/D转换器等数度特别高的领域。鉴于上面三种方案，在价格、转换速度等多种标准考量下，在本设计选用的是逐渐逼近式A/D转换器PCF8591222单片机的选择单片机是一种面向大规模的集成电路芯片，是微型计算机中的一个重要的分支。此系统是由CPU、随即存取数据存储器、只读程序存储器、输入输出电路（I/O口），还有可能包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路（LCD和LED驱动电路）、脉宽调制电路、模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成了一个最小但完善的计算机任务。单片机要使用特定的组译和编译软件编译程序，在用KEILUVISION4把程序下载到单片机内。图222矩阵式按键接口图在该系统中所用到的按键为单个按键进行不同路数据的显示，所以采取独立式按键接口方式。3硬件设计31单片机AT89C52单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路PWM，模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高、可靠性高这几个方面。单片机有着微处理器所不具备的功能，它可以独立地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能这就是单片机的最大特点。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微机控制系统。它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使芯片具备特定的智能。AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系统可编程FLASH存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上FLASH允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程FLASH，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。8编号符号功能1VSSVSS为地电源2VDDVDD接5V正电源3VLVL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生鬼影，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度。4RSRS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。5R/WR/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据。6EE端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。714D0D78位双向数据线15BLA背光源正极5V16BLK背光源负极0V3221602LCD指令1602液晶模块的读写操作、屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明1为高电平、0为低电平）指令1清显示，指令码01H,光标复位到地址00H位置。指令2光标复位，光标返回到地址00H。指令3光标和显示模式设置I/D光标移动方向，高电平右移，低电平左移S屏幕上所有文字是否左移或者右移。高电平表示有效，低电平则无效。指令4显示开关控制。D控制整体显示的开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示C控制光标的开与关，高电平表示有光标，低电平表示无光标B控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令5光标或显示移位S/C高电平时移动显示的文字，低电平时移动光标。指令6功能设置命令DL高电平时为4位总线，低电平时为8位总线N低电平时为单行显示，高电平时双行显示F低电平时显示5X7的点阵字符，高电平时显示5X10的点阵字符。第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（5V）。34模数转换器PCF8591我们所测连续变化的物理量，而要对这些信号进行处理,则需要将其转换为数字量，A/D转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计算机能接受的数字量。按模拟量转换成数字量的原理可以分为3种双积分式、逐次逼近式及并行式A/D转换器。本次设计选用的是PCF8591，下面就具体的介绍一下PCF8591的工作原理。341PCF8591的介绍PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8BITCMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I2C总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I2C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。取自差分输入的采样将被转换为对应的8位二进制码。转换结果被保存在ADC数据寄存器等待传输。如果自动增量标志被置1将选择下一个通道。在读周期传输的第一个字节包含前一个读周期的转换结果代码。以上电复位之后读取的第一个字节是0X80，I2C总线协议的读周期。最高AD转换速率取决于实际的I2C总线速度。主机产生起始条件后，首先发送一个寻址字节，收到从机应答后，接着就传输数据，数据传输一般由主机产生的停止位终止。但如果主机仍希望在总线上通信，则它可以产生重复起始条件和寻址另一个从机，而不必产生一个停止条件。1将产品附带的光盘放入光驱，运行光盘目录SOFTWARE下的C51V812EXE，软件出现如下图图321KEIL的安装2在接下来的几个对话框中，点击NEXT按钮，在提示输入用户名称和公司名时，按需要填写既可3安装完成后按FINISH结束412安装ICE52仿真驱动系统在安装仿真驱动程序之前必须保证电脑上已经安装有KEIL相应版本，仿真驱动安装过程如下1运行产品光盘SOFTWARE目录下的ICE52_DLL_SETUPEXE,如图所示图3221安装KEIL接口驱动2在安装的第三个画面，提示选择语言，可选简体中文或英文，次选项决定在KEIL中的仿真/编程对话框使用哪个语言，请根据需要选择3然后选择KEIL的安装目录，目录必须正确。4选择正确的KEIL安装目录后，便可开始接口程序的安装。413安装MEFLASH软件MEFLASH是针对ME800系列的单片机开发实验仪而特别开发的一款增强型编程软件，具有类似通用编程器的所有操作功能。通常在开发和学习阶段可以直接使用ICE52所具有的独特的集成在KEIL中的下载功能，直接对芯片进行编程下载，无需使用该软件。如果需要单独烧写代码软件，或者是对AVR系列单片机进行编程才需要使用该软件。MEFLASH安装程序位于产品光盘的SOFTWARE光盘目录下，文件名位MEFLA