基于C51单片机的数据采集系统毕业论文

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1、石家庄铁道学院毕业设计基于C51单片机的数据采集系统The Design Of Data Acquisition System Based On C51 SCM 2012届 信息科学与技术 分院专 业 计算机科学与技术 学 号 20082542 学生姓名 杨 华 指导教师 刘玉红 完成日期 2012年5 月 27 日毕业设计成绩单学生姓名杨华学号20082542班级信0801-3专业计算机科学与技术毕业设计（论文）题目基于C51单片机的数据采集系统设计指导教师姓名刘玉红指导教师职称副教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长签字：年 月 日毕业设计任务书题目基于C51单

2、片机的数据采集系统设计 专 业计算机科学与技术班 级信0801-3学生姓名杨华承担指导任务单位信息分院计算机系导师姓名刘玉红导师职称副教授一、设计内容其研究内容主要包括：1. 熟悉51单片机（主要是STC89C52RC）的用法；2. 了解PCF8591的AD、DA转换；3. 设计出电压数据采集系统。二、基本要求开发工具： 设计软件Protel 99 se与Keil uVision3 基于STC89C52的单片机开发板一块 要求论文正文不少于1万字，外文翻译30005000字，提供该系统设计实物、系统设计说明书、源程序、系统使用说明。13、 主要技术指标该系统以单片机STC89C52为主芯片,实

3、际PCF8591是8路8位AD，最大数位255，它外部有一个基准电压，调节所测电压范围，我们所测外部模拟电压范围为0-5V，0V对应为0,5V就对应255，外部所测电压经模数转换AD变化为数字量0-255，数码管也就显示此值。然后通过PL2303或RS-232转换送到PC机上显示，显示界面为我们送的串口调试界面。四、应收集的资料及参考文献1 单片机c语言编程基础与实践 北京：北京航空航天大学出版社，20082 单片机外围接口电路与实践工程 北京: 北京航空航天大学出版社, 20093 51单片机开发与应用技术详解 北京: 电子工业出版社, 2009 4 叶红海，李丽敏.基于单片机的多路数据采集

4、系统的设计与实现.2008，No.4五、进度计划第1周 - 第4周 毕业实习；查阅资料，撰写开题报告；熟悉环境及工具。第5周 - 第8周 掌握相关理论与方法；系统分析与设计。第9周 - 第14周 系统开发。第15周 - 第17周 撰写论文并答辩。教研组主任签字时间 年 月 日毕业设计开题报告题目基于C51单片机的采集系统设计学生姓名杨华学号20082542班级信0801-3专业计算机科学与技术 一、研究背景近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统

5、，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大概在60年代后期，国内外就有成套的数据采集设备和系统多属于专用的系统。1120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。1120

6、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。1120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

7、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。11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

8、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。二、国内外研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于20世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。我国的数字地震观测系

9、统主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震数据采集系统。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的TDE-324C型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至A/D数字化，A/D采用同时采样，采样数据经DSP数字滤波处理后，变成数字地震信号。该数据采集系统具备24位A/D转化位数，采样率有50HZ、100HZ、200HZ。由美国PASCO公司生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由3部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术可实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信号输

10、入计算机，采样速率最高为25万次/S；（3）软件：中文及英文的应用软件。受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰ACRA公司2000年研发推出的新一代KAM500机载数据采集系统到了2006年。本系统采用16位（A/D）模拟数字变换，总采样率达500K/S,同步时间为+/-250ns，可以利用方式组成高达1000通道的大容量的分布式采集系统。三、预期达到的目标1.数据采集系统数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。2. 方案论证2.1 A/D模数转换的选择A/D转换器的种类很多，就

11、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2n-1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

12、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PCF8591.2.2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keiluvision2把程序下载到单片机内。而本设计选用的是STC89C52.2.3 串行

13、口的选择该串行口我选用了标准RS-232C接口，它是电平与TTL电平转换驱动电路。常用的芯片是MAX232，MAX232的优点是：（1）一片芯片可以完成发送转换和接收转换的双重功能。（2）单一电源+5V供电（3）它的电路设计与连接比较简单而且功能齐全。2.4 显示部分LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED显示管，其中7个用于显示字符，1个用来显示小数点，故通常称之为八段发光二极管数码显示器。对LED数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。LED数码显示有动态扫描显示法和静态显示。在单片机中，为了节省硬件资源，多采用动态

14、扫描显示法。2.5 按键键盘是一种常见的输入设备，用户可以向计算机输入数据或命令。根据案件的识别方法分类，有编码键盘和非编码键盘两种。通过硬件识别的键盘称编码键盘；通过软件识别的键盘成为非编码键盘。非编码键盘有两种接口方法：一种是独立按键接口；另一种是矩阵式按键接口。四、研究方案1、 本系统在Windows 7环境下工作，前台使用C51单片机完成；后台使用KeiluVision3、Protel 99 SE软件来完成，主要运用C语言及汇编语言进行编程。2、 本文介绍了基于单片机的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的

15、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ADC0809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LED数码显示器来显示所采集的结果。五、进度计划1 第1周第10周：毕业实习、系统调研、熟悉开发环境及工具；2 第10周第20周：需求分析、总体设计

16、，焊制基于C51单片机采集系统的板子；3 第20周第30周：详细设计、编码、调试；4 第31周第32周：撰写毕业论文及答辩。六、预期阶段成果及最终成果 分析阶段：单片机数据采集系统的需求分析。根据基于C51单片机采集系统要完成的数据采集工作，明确本系统要做什么，撰写需求说明书。设计阶段：分为概要设计和详细设计，解决系统怎样做的问题。包括功能设计和电路布线设计；设计本系统的各个功能模块：按键、LED显示、A/D模数转换等功能，并设计各模块间的接口，完成数据传输及采集工作。实现阶段：采用C语言及汇编语言编码，采用KeiluVision3软件完成，并用Protel 99 SE软件进行电路图的绘制，用

17、数据线串行来实现更为完整的系统功能。测试阶段：基于C51单片机采集系统进行上位机与下位机的数据采集，测试本系统是否能达到预期的设想，是否能完成数据采集工作，针对发现的问题或新的要求及时完善本系统。完成阶段：撰写基于C51单片机采集系统的设计报告及毕业论文。七、参考文献1 金沙滩工作室C51板子贴吧2 唐颖，程菊花，任条娟单片机原理与应用及C51程序设计北京大学出版社，2008.63马忠梅，张凯. 单片机的C语言应用程序设计M北京航空航天大学出版社，2006.114刘文涛MCS-51单片机培训教程 M北京：电子工业出版社，2005.5.5常铁原，王欣，陈文军. 多路数据采集系统的设计.电子技术应

18、用，2008，No.11指导教师签字时 间 2011年10 月 9 日摘要本文介绍了基于单片机的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。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STC89C52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，USB接口和串行接口部分。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

19、据通过USB-UART转换电路PL2303或串口RS-232传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用LED数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用Keil uvision3编写控制软件，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。关键词： 单片机 数据采集 STC89C52 PCF8591 AbstractThis article describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The dat

20、a collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The introductive point of this text is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data collection and communication control use modular

21、 design. The data collected to control with correspondence to adopt a machine STC89C52 to carry out. The part of hardwares core is SCM, is also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for data acquisition and answering the host machine.8

22、 roads were measured the electric voltage to pass the in general use mold-few conversion of PCF8591,the realization carries on the conversion that imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect .Then send the data to the host machine through PL2303 or RS-232.the host machin

23、e is responsible for data and display, LED digital display is responsible display the data. The software is partly programmed with Keil uvision3 The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like data-acquisition treatment,data-display

24、and data-communication etc.Keyword: SCM Data acquisition STC89C52 PCF8591 目录第一章 绪论11.1 研究背景及其目的意义11.2 国内外研究现状21.3 该课题研究的主要内容3 1.4 采用的方法.3 1.5 实现步骤.4 1.6 预期成果.4第二章 开发环境及开发工具. 2.1 Protel99se介绍. 2.2 KeilUvision3介绍. 2.3 Microsoft Visual Studio 2005介绍. 2.4 其它.第三章 数据采集43.1 数据采集系统43.2 方案论证53.2.1 A/D模数转换的选择

25、53.2.2单片机的选择53.2.3 串行口的选择53.2.4 LED显示部分63.2.5 按键6 3.2.6 通信方式.7第四章 硬件部分84.1原理图设计8 4.2 PCB图设计.4.3 单片机9 4.4 LED数码显示器的应用原理.144.5模数转换器PCF859118第五章 软件部分225.1 主机程序设计265.2 PC机显示界面程序设计30 5.3 调试结果.32 第六章 总结34致谢36参考文献37附录A外文资料翻译38 英文原文. 中文译文.附录B代码40 单片机数据采集系统代码. PC机接收显示界面代码.附录C单片机元件清单.石家庄铁道大学毕业设计第一章 绪论1.1 研究背景

26、及其目的意义近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大概在60年代后期，国内外就有成套的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20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

27、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。1120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

28、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，

29、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。1.2 国内外研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于20世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发

30、展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。我国的数字地震观测系统主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震数据采集系统。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的TDE-324C型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至A/D数字化，A/D采用同时采样，采样数据经DSP数字滤波处理后，变成数字地震信号。该数据采集系统具备24位A/D转化位数，采样率有50HZ、100HZ、200HZ。11由美国PASCO公司

31、生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由3部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术可实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高为25万次/S；（3）软件：中文及英文的应用软件。11受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰ACRA公司2000年研发推出的新一代KAM500机载数据采集系统到了2006年。本系统采用16位（A/D）模拟数字变换，总采样率达500K/S,同步时间为+/-250ns，可以利用方式组成高达1000通道的大容量的分布式采集系统。1.3 该课题研究

32、的主要内容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,

33、并且适于通用微机(如IBM PC 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,它的存储容量都是有限的,所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新,这样不利于用户对数据进行整体分析,因而也不能对生产过程的状况进行准确的把握。本系统

34、采用下位机负责模拟数据的采集,从单片机负责采集八路数据，并应答主机发送的命令，上位机即主机是负责处理接受过来的数字量的处理及显示，主机和从机之间用PL2303或RS-232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。该系统采用的是STC89C52单片机，此芯片功能比较强大，能够满足设计要求。1.4 采用的方法实际PCF8591是8路8位AD，最大数位255，它外部有一个基准电压，调节所测电压范围，我们所测外部模拟电压范围为0-5V，0V对应为0,5V就对应255，外部所测电压经模数转换AD变化为数字量0-255，数码管也就显

35、示此值十进制转化值（AD/255）*5）。然后通过PL2303或RS-232转换送到PC机上显示，显示界面为我们送的串口调试界面。1.5 实现步骤用Protel99se作图软件画出电路的PCB图和SCH图。用Keil uvision3软件编写，通过串口调试助手将编写程序下载的主芯片中。用LED显示所测电压值的数字量。用USB接口与电脑相连，实现PC机与下位机相连。从而实现PC机与单片机的同 步显示。1.6 预期成果 分析阶段：单片机数据采集系统的需求分析。根据基于C51单片机采集系统要完成的数据采集工作，明确本系统要做什么，撰写需求说明书。设计阶段：分为概要设计和详细设计，解决系统怎样做的问题

36、。包括功能设计和电路布线设计；设计本系统的各个功能模块：按键、LED显示、A/D模数转换等功能，并设计各模块间的接口，完成数据传输及采集工作。实现阶段：采用C语言及汇编语言编码，采用KeiluVision3软件完成，并用Protel 99 SE软件进行电路图的绘制，用数据线串行来实现更为完整的系统功能。测试阶段：基于C51单片机采集系统进行上位机与下位机的数据采集，测试本系统是否能达到预期的设想，是否能完成数据采集工作，针对发现的问题或新的要求及时完善本系统。完成阶段：撰写基于C51单片机采集系统的设计报告及毕业论文。第二章 开发环境及开发工具 在本设计中用到了Protel99se对单片机板子

37、原理图元件库元件图、单片机板子原理图、单片机板子PCB图元件库元件图、单片机板子PCB图进行了画图；用到了KeilUvision3编写了电压数据采集系统的代码，进行了编译并产生了一个HEX文件；用到了Microsoft Visual Studio 2005软件编写了一个PC机电压数值显示界面；同时还用到了stc-isp-v4.80-not-setup 单片机驱动软件将程序下载到主芯片STC89C52中和串口调试助手V2.2 选好COM口后就会显示电压数据的十六进制显示。2.1 Protel99se介绍Protel99SE是应用于Windows9X/2000/NT操作系统下的EDA设计软件，采用

38、设计库管理模式，可以进行联网设计，具有很强的数据交换能力和开放性及3D模拟功能，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计，印制电路板设计和可编程逻辑器件设计等工作，可以设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层。 按照系统功能来划分，Protel99se主要包含以下俩大部分和6个功能模块。1、电路工程设计部分(1)电路原理设计部分（Advanced Schematic 99）：电路原理图设计部分包括电路图编辑器（简称SCH编辑器）、电路图零件库编辑器（简称Schlib编辑器）和各种文本编辑器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路原理图；更新和修改电路图零件库；查看和编辑有关电

39、路图和零件库的各种报表。（2）印刷电路板设计系统（Advanced PCB 99）：印刷电路板设计系统包括印刷电路板编辑器（简称PCB编辑器）、零件封装编辑器（简称PCBLib编辑器）和电路板组件管理器。本系统的主要功能是：绘制、修改和编辑电路板；更新和修改零件封装；管理电路板组件。（3）自动布线系统（Advanced Route 99）：本系统包含一个基于形状（Shape-based）的无栅格自动布线器，用于印刷电路板的自动布线，以实现PCB设计的自动化。2、电路仿真与PLD部分（1）电路模拟仿真系统（Advanced SIM 99）：电路模拟仿真系统包含一个数字/模拟信号仿真器，可提供连续

40、的数字信号和模拟信号，以便对电路原理图进行信号模拟仿真，从而验证其正确性和可行性。（2）可编程逻辑设计系统（Advanced PLD 99）：可编程逻辑设计系统包含一个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器（Waveform）。本系统的主要功能是；对逻辑电路进行分析、综合；观察信号的波形。利用PLD系统可以最大限度的精简逻辑部件，使数字电路设计达到最简化。（3）高级信号完整性分析系统（Advanced Integrity 99）：信号完整性分析系统提供了一个精确的信号完整性模拟器，可用来分析PCB设计、检查电路设计参数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。 Protel99SE的功能特性1、开放

41、式集成化的设计管理体系2、超强功能的、修改与编辑功能3、强大的设计自动化功能 2.3 Microsoft Visual Studio 2005介绍 Microsoft Visual Studio 2005是基于.NET2.0框架的。它同时也能开发跨平台的应用程序，如开发使用微软操作系统的手机的程序等。总体来说是一个非常庞大的软件，甚至包含代码测试功能。这个版本的Visual Studio 包含有众多版本，分别面向不同的开发角色。 Microsoft Visual Studio 2005 开发系统是一个完整的开发工具系列，旨在为Microsoft Windows 操作系统、Web和移动设备快速构

42、建和部署各种应用程序。Microsoft Visual Studio 2005 产品能为各类开发人员提供更广阔的开发空间和更先进的设计体验。其特点有：1、 支持 Visual Basic、C#、C+ 和 J# 语言。2、 开发和部署基于客户端服务器结构的 Windows 应用程序、Web 应用程序、SmartPhone 和 Pocket PC 应用程序。3、 几乎适用于任何类型应用程序的“拖放式”用户界面设计器。4、 包含一个用于测试 Web 应用程序的内置 Web 服务器，无需 IIS。5、 支持母板页，用于跨 Web 应用程序维护一致的外观。6、 用于简单、直观地进行调试的“编辑并继续”功

43、能2.2 KeilUvision3介绍KeilSoftware公司推出的uVision3是一款可用于多种8051MCU的集成开发环境(IDE)，该IDE同时也是PK51及其它开发套件的一个重要组件。除增加了源代码、功能导航器、模板编辑以及改进的搜索功能外，uVision3还提供了一个配置向导功能，加速了启动代码和配置文件的生成。此外其内置的仿真器可模拟目标MCU，包括指令集、片上外围设备及外部信号等。uVision3提供逻辑分析器，可监控基于MCUI/O引脚和外设状态变化下的程序变量。 Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集

44、成开发环境（UVISION）将这些组合在一起。Keil有以下几个特点：7、 全功能的源代码编辑器；8、 器件库用来配置开发工具设置；9、 项目管理器用来创建和维护用户的项目；10、 集成的MAKE工具可以汇编、编译和连接用户嵌入式应用；11、 所有开发工具的设置都是对话框形式的；12、 真正的源代码级的对CPU和外围器件的调试器；13、 高级GDI(AGDI)接口用来在目标硬件上进行软件调试以及和 Monitor-51 进行通信2.4 其它stc-isp-v4.80-not-setup 单片机下载驱动软件：将Keil软件编程代码通过USB接口下载到主芯片STC89C52中，从而实现数据采集系统

45、的电压数据采集工作。 串口调试助手V2.2 ：串口调试助手V2.2支持常用的300-115200bps波特率，能设置校验、数据位和停止位，能以ASCII码或十六进制接收或发送任何数据或字符（包括中文），可以任意设定自动发送周期,并能将接收数据保存成文本文件，能发送任意大小的文本文件。硬件连接方面，传统台式PC机支持标准RS232接口，当下带有串口的PC很少见，所以需要usb/232转换接口，并且安装相应驱动程序。 第三章 数据采集3.1 数据采集系统数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。70年代初，随着计算机技术及

46、大规模集成电路的发展，特别是微处理器及高速A/D转换器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所代替。由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统的灵活性和可靠性大大地提高，系统硬件成本和系统的重建费用大大地降低。在该系统中需要将模拟量转换为数据量，而 A/D是将模拟量转换为数字量的器件，他需要考虑的指标有：分辨率、转换时间、转换误差等等。而单片机是该系统的基本的微处理系统，它完成数据读取、处理及逻辑控制，数据传输等一系列的任务。在该系统中采用的是PCF8591系列的单片机。双机通信有两种方式：R

47、S-232标准接口串行通信和PL2303 USBUART通信，由芯片RS-232实现双机的通信。而数据的显示则采用的是LED数码管，该器件比较简单，在生活中接触也较多。数据采集系统一般由信号调理电路，多路切换电路，采样保持电路，A/D,单片机等组成。完成毕业设计所需要的系统框图如图3.1所示：A/D转换器单片机单片机LED显示器滑动变阻器调节按键RS-232或PL2303采集信号图3.1 系统框图2.2 方案论证2.2.1 A/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

48、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2n-1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、转换速度及应用程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PCF85912.2

49、.2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、USB接口、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，再用Keiluvision3把程序下载到单片机内。而本设计选用的是STC89C52.2.2.3 串行口的选择串行口我选用了标准RS-232C接口，它是电平与TTL电平转换驱动电路。常用的芯片是MAX

50、232，MAX232的优点是：（1）一片芯片可以完成发送转换和接收转换的双重功能。（2）单一电源+5V供电（3）它的电路设计与连接比较简单而且功能齐全。我们还采用了USB-UART转换电路进行通行，USB接口既可以为单片机提供电源也可以实现单片机与PC机的的连接从而实现电压值的接受与转换。2.2.4 LED显示部分LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED显示管，其中7个用于显示字符，1个用来显示小数点，故通常称之为八段发光二极管数码显示器。对LED数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。LED数码显示有动态扫描显示法和静

51、态显示。在单片机中，为了节省硬件资源，多采用动态扫描显示法。2.2.5 按键 单片机中的复位方式有三种：手动按钮复位、上电复位、积分型上电复位。我们采用的是手动复位，把单片机内部电路设置成为一个确定的状态，所有的寄存器初始化。通过复位可以瞬间让单片机处于初始状态，转动滑动变阻器后按复位键，电压值会相应的变为正确的电压值。2.2.6 通信方式 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进

52、行通讯。 RS-232-C接口（又称 EIA RS-232-C）是目前最常用的一种串行通讯接口。 常用的串行通信方式有：UART异步串行通信、I2C总线串行同步通信、SPI串行总线同步通信。本实验中我们采用的是I2C通信。 1） UART是单片机与PC之间的最简单的通信方式之一，也是单片机之间常用通信。2） I2C总线是由数据线SDA和时钟SCL构成的串行总线，可发送和接收数据。 I2C总线在传送数据过程中共有三种特殊类型信号， 它们分别是：开始信号、结束信号和应答信号。SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终

53、止信号。 SCL为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有SCL信号为低电平期间，SDA状态才允许变化。如图所示： 3）该设计采用的是I2C通信的方式 第四章 硬件部分4.1 原理图设计该系统是一个主从式多路数据采集系统，主机和从机均用单片机实现，它的主机部分负责数据处理和显示，主机和从机之间用USBUART转换电路PL2303进行通信。它由STC89C52、PL2303、LED数码显示器组成。 由于单片机采用的是USB接口供电，且单片机必须与PC机保持串行通信，所以在本设计中采用了PL2303的USBUART转换电路进行通信。所以通过UART切换电路PL2303的USBTX端与RS232

54、的USBRX端相连，PL2303的USBRX与RS232的USBTX相连，从而实现USBUART的电路转换。 晶振-类似单片机的心脏，是给单片机提供工作节拍的，旁边的电容是起振作用。STC89C52 的XTAL1端和XTAL1端与晶振相连。STC89C52的P0端的8个端口与74HC245的A1A8端口相连，以及与74HC138的A0、A1、A2、E3端口相连，从而实现对4个数码管的控制。74HC245是方向可控的八路缓冲器，主要用于实现数据总线的双向异步通信。STC89C52中的P3.6端与P3.7端分别与24C01的SDA端和SCL端相连。24C01是串行接口的EEPROM存储器，常用于存

55、储需要掉电保存的数据。同时STC89C52中的P3.6端与P3.7端分别与PCF8591的SDA端和SCL端相连，实现数据的发送与接受，进而实现对电压数值量的AD、DA转换，从而在LED上显示所采集电压数据数值，而PC机上的串口调试助手则显示16进制的数值。原理图如图所示：图4.1 电路原理图4.2 PCB图设计 设计中数据采集单片机的PCB图是由单片机的原理图生成的，其操作步骤为：1 加载网络表和元件封装：网络表是自动布线的基础，是连接原理图和印制电路板的纽带。只有加载了网络表和元件封装后，电路板的自动布线才能完成。22 元件布局：规划电路板并导入网络表后，通过执行命令，系统将自动装入元件并

56、将元件布置在电路板边框内。元件布局可以由系统自动完成，然后进行手工调整布局，布局合理后才能进行下一步的布线工作。元件布局是印制电路板设计中比较花费精力的一个步骤，需要设计者有足够的耐心。3 自动布线：Protel DXP 2004中自动布线的功能相当强大，只要把有关参数设置得适当，元件布局合理，系统就会根据设置的规则选择最佳的布线策略进行自动布线，成功率几乎100%。4 手工调整：自动布线虽然成功率很高，但往往存在不满意的地方，这时就需要进行手工调整，以满足设计要求。5 DRC检查：布线完成后，为了确保PCB板符合设计规则、所有的网络连接正确，必须对电路板进行设计规则检查。电路图如图所示： 图4.2 电路PCB图4.2 单片机（1） 单片机的概述 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