1、- 本科生毕业设计（论文） 第 I 页 数据采集及传输处理摘要本文主要阐述了基于数字采集与传输处理系统的设计基本思想，包括硬件实现，应用软件实现以及驱动程序设计，同时也介绍了基于 MAX485 数据传输系统。硬件的主要组成部分为 AT89C51，ADC0809 ，MAX485，8155，LED 显示。用软件编程控制硬件实现的过程：发送方的设备把模拟信息转换为数字信息后，发送到接收方的设备上。接收设备利用 LED 来显示数据。使用的核心芯片是 AT89C51，这个芯片可以很好地满足我们的要求。数据采集系统用来采集模拟数据，并将模拟数据存放于存储器中作以后发送用。A/D 转换器将模拟形式转换为数字
2、量表示。使用 ADC0809 作为 A/D 转换器，它可以把连续的模拟信号转变成数字形式。选用 MAX485 连接两台机器进行传递信息. 软件编程的语言使用的是 C 语言，它的运行的环境是 keil 软件。关键词: 单片机 AT89C51,ADC0809,MAX485,LED 显示.- 本科生毕业设计（论文） 第 II 页 Abstract This article introduces the base method according to data collection and transmitting process system, including the hardware des
3、ign, the application software design and the design of the program design, also introduces the data transmitting system according to the MAX485.The necessary hardware consists of AT89C51，ADC0809 ，MAX485，8155，LED display.The process of the programme of software controlling hardware operation as follo
4、w: The device on the transmitting computer converts the analog signals to digital format and this digital format is transmitted to the receiving computer. The device on the receiving computer uses the information to driver LED display.The key chip we use is AT89C51. This chip can meet our need perfe
5、ctly. Data acquisition system is used to acquire analog data and store it on storage devices for later transmitting. A/D converter converts an analog format into an equivalent digital representation. We use the ADC0809 as A/D converter, which is used to convert continuous analog signals into digital
6、 format. We choose the MAX485 as the device, which is used to connect two computers for transmitting information. The programme of software language is C language, which of operation is keil software.Key words: MCS-AT89C51, A/D converter, MAX485, LED display.- 本科生毕业设计（论文） 第 I 页 目 录 摘要 .IAbstract.II1
7、 绪论 .12 数据发送端硬件 .42.1 ADC0809 与 AT89C51 的硬件连接 .42.1.1 ADC0809 简介.42.1.2 启动端口的连接与工作原理 .51.1.2 输出端口的连接与工作原理 .72.2 晶振电路和复位电路 .92.3 AT89C51 的数据传输 .92.3.1 AT89C51 的串行接口.92.3.2 MAX485 芯片.113 数据接收端硬件 .143.1 8155 芯片结 构和与 AT89C51 的硬件连接 .143.2 AT89C51 对 8155I/O 口的控制命令 .163.3 七段 LED 数码管硬件连接与工作原理.173.4 键盘的硬件连接与
8、工作原理 .193.5 闪烁部分的连接与工作原理 .204 软件执行过程.214.1 发端软件执行过程 .214.1.1 AT89C51 和 ADC0809 子程序工作过程.214.1.2 74 汉明码的编码.224.1.3 收发数据的子程序工作过程.234.2 收端软件执行过程.244.2.1 收端主程序.244.2.2 按键 子程序.264.2.3 显示子程序.27结论 .28致谢 .29参考文献 .30附录 A.31附录 B.38- 本科生毕业设计（论文） 第 1 页 1 绪论目前大中型企业智能化管理迅速发展。如果能在现场采集到的数据和控制器之间建立起通信，就可实现在控制室中利用计算机来
9、监督现场设备的运行情况，这样不仅可以大大降低劳动强度，有效地提高工作效率，而且可以快速地发现错误信息，并及时地赶到现场进行处理。根据以上考虑，本人设计了一种基于 AT89C51 单片机的数字采集与传输处理系统。该装置主要应用在控制电压和电流的设备上，它可以显示该设备是否正常运行，也可以根据人的需要立即显示一路信号。 本人在设计数据采集系统过程中，考虑到输入的模拟电压仅在 0V 到 5V 之间，输入量的范围很小，为了精确地采集到数据，本设计中采用了 ADC0809 芯片。它的分辨率为 8 位，即将一路信号 A/D 转换为 8 位二进制数。这样在控制室工作的人员就可以准确地把握现场设备上电压或电流
10、的变化情况。为了提高工作人员的效率，让他们能及时，快速地观察到错误信息，在设计电路工作流程中，执行程序使发端的 AT89C51 不断地启动 ADC0809 工作，让 ADC0809 不停地转换新输入的模拟信号，并刷新收端 AT89C51 内存里的要显示数据。如果工作人员观察到的数据工作在允许范围之内，说明现场一切设备运行正常，如果现场哪路设备不工作了，在控制室里的工作人员就会发现发光二极管不断的闪烁，同时 LED 数码管会显示哪路出现问题，这时工作人员就可以立刻赶到现场，查明事故原因。在设计数据传输系统过程中，运用了 74 汉明码的编码和译码原理，对采集到的数据进行处理。由于 74 汉明码具有
11、纠错和检错能力强，编码效率高码长短，编码规律简单等优点，而且也是在现实系统中经常使用的一种检错码，所以利用 74 汉明码编码后发送的数据具有很好的纠错能力，这样就极大地提高了数据传输的可靠性。本系统设计的硬件设备由发端（A 机）和收端（B 机）两部分组成。A 机主要功能是将采集到的数据进行 A/D 转换，然后把数据存于发端的 AT89C51 中，利用 MAX485 来传输数据。B 机的主要功能是通过 MAX485 接收数据，将数据存于收端 AT89C51 中，然后由 AT89C51 来控制 8155 显示数据。在显示部分电路中由 5 个七段 LED 数码管和 4*2矩阵键盘组成，5 个七段 L
12、ED 数码管的前两位用于显示是哪路的模拟电压信号还是模- 本科生毕业设计（论文） 第 2 页 拟电流信号，后三位用于显示数字量，精确到小数点后两位。8 个键盘代表了 8 路模拟信号，其中第一列代表模拟电压信号，第二列代表模拟电流信号。发端（A 机）基本框图为：收端（B 机）基本框图为：在理论上系统主要由数据采集、数据传输和数据处理三大功能模块组成。下面对三大功能模块简单进行描述：第一部分：数据采集部分由模拟电压、模拟电流、运算放大器（LM324） 、A/D 转换器（ADC0809 芯片） 、单片机 AT89C51 组成。由于模拟电源信号在传输过程中容易受到外界噪声的干扰，为了保证数据传输的可靠
13、性，将模拟信号转化为数字信号进行传送。这种转换的主要使用的芯片是ADC0809。所用电源，可产生 0V-5V 可调的模拟电压信号和 10mA-50mA 的可调模拟电流信号。数据采集系统的软件设计采用了顺序程序设计的方法，包括主程序、启动A/D 转换子程序和串行口发送子程序等。第二部分：数据传输部分由发端和收端各自的 MAX485 和 AT89C51 组成。AT89C51 是一种带 2K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。除具有 4 个 8位并行口外，还具有一个全/半双工串行通信接口。 AT89C51 通过使用串行接口的引脚RXD（ P3.0 串行数据接收端）和引脚 TXD（P3.0 串行
14、数据发送端）与外界进行通信，它可以实现需要的 AT89C51 单片机系统之间点对点的单机通信。 MAX485 是一种差分平衡型低功率收发器芯片。芯片中包含有 1 个驱动器和 1 个接收器，采用单+5V 电源供电，可用于 TTL 协议（即通用于各种 CPU 的通信协议）与 485 协议间的转换，由于它是半双工的方式，只能有一方发送，一方接收，而且它采用差动电平接收的方法，采集数据 MAX485AT89C518 路数据循环显示显示一路数据A/D转换AT89C51MAX4858155驱动显 示按键发送数 据接收数 据- 本科生毕业设计（论文） 第 3 页 这样就具有很强和很高的抗共模干扰能力和接收灵
15、敏度，适合在比较恶劣的环境下工作。MAX485 的驱动器摆率不受限制，可以实现最高 2.5Mbps 的传输速率；在转送数据速度达 100KB/S 时，通信的距离可 1200M。在 MAX485 收发端 A 和 B 之间接一个120 欧的匹配电阻，使电流信号转变为相差 200mV 的电压信号。所以 MAX485 作为设计中最合适的数据传输器件。第三部分：数据处理部分主要由单片机 AT89C51、8155 可编程 I/O 接口、功能键和七段 LED 显示器等部分组成。这部分将在第三章详细讲述。设计时注意了几个问题：(1)设计电路和片选时，要考虑芯片和电路的驱动能力，否则会造成工作不正常或失败。如本
16、设计中，由于 LED 通常需要几几十毫安的驱动电流才能发光，为了使其正常显示数据，在 LED 的段数据线上加入了 7407 同相驱动器。(2)模拟电压和模拟电流电路中电阻不宜过大，且应采用精密电阻，以满足系统精度的要求。C51 语言程序的运行环境为 keil 软件，当程序烧到 AT89C51 里时，keil 可以把C51 语言直接生成汇编语言，以 01 代码的形式存在 AT89C51 的内存里。由于 C 语言的可读性强，不像汇编语言那样繁琐，所以本人采用 C 语言编程。单片机芯片应用广泛，具有很多特点，如片内资源丰富，产品的体积小，可靠性高，引脚少，功能全，工作电压低，功耗小等。本设计是一个小
17、型的控制系统，可以应用在不同的场合来监督设备是否正常工作。但由于本设计对器件的灵敏度、精度和实时性没有很高的标准，在现实中不一定适用，还须根据不同的场合加以改进。- 本科生毕业设计（论文） 第 4 页 2 数据发送端硬件本章主要讲述了发端的 AT89C51 控制 ADC0809 和 MAX485 的工作原理，和它们之间的硬件连接。2.1 ADC0809 与 AT89C51 的硬件连接2.1.1 ADC0809 简介本人使用的 ADC0809 芯片是逐次逼近型的 A/D 转换器，分辨率为 8 位，可以实现对 8 路模拟信号分时的进行 A/D 转换，每一通道的转换大约需时 10us。芯片内带有通道
18、地址译码锁存器，采用脉冲启动方式。应用单一+5 v 电源，其模拟量输入电压的范围为 0v-5v,对应的数字量输出为 00H-FFH, 三态锁存输出，功耗为 15MW。ADC0809 是A/D 转换的主要器件。本设计采用中断方式传送数据给 AT89C51。START CLOCK6 10IN0 26 IN1 27 7 EOC IN2 28 IN3 1 Vx 21 D0 IN4 2 比较器 20 D1IN5 3 Vs 19 D2 IN6 4 18 D3 IN7 5 8 D4 15 D514 D6 17 D7 ADDA 25 ADDB 24 9 OEADDC 23ALE 228路模拟开关通道地址锁存与
19、译码逻辑控制与定时电路逐次逼近寄存器 SAR树状模拟开关阵译码器256 电阻阶梯三态输出锁存器- 本科生毕业设计（论文） 第 5 页 11 13 12 15VCC GND Vref（+） Vref（-）图 2.1 ADC0809 逻辑框图1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBATitleNumber RevisionSizeCDate: 15-Jun-2003 Sheet of File: F:3protelPX.DDB Drawn By:EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156
20、P167P178P00 39P01 38P02 37P03 36P04 35P05 34P06 33P07 32P20 21P21 22P22 23P23 24P24 25P25 26P26 27P27 28PSEN 29ALE/P 30TXD 11RXD 10U1AT89C51IN-0 26msb2-1212-220IN-1 272-3192-418IN-2 282-582-615IN-3 12-714lsb2-817IN-4 2EOC7IN-5 3ADD-A25IN-6 4ADD-B24ADD-C23IN-7 5ALE22ref(-) 16ENABLE9START6ref(+) 12CLO
21、CK10U2ADC0809123U4A74ALS02456U4B74ALS0212U6A74ALS05/WR/RDVCCOC1C111D31Q 22D42Q 53D73Q 64D84Q 95D135Q 126D146Q 157D177Q 168D188Q 19U374LS373图 2.1 ADC0809 与 AT89C51 连接原理图- 本科生毕业设计（论文） 第 6 页 2.1.2 启动端口的连接与工作原理 （1）START：为“启动脉冲”输入线，该线上的正脉冲是由 AT89C51 的 P2.7 和/WR 来提供的，其宽度在 100us-200us 之间。当执行指令使 P2.7=0 和 =0
22、 时，输入一个正WR脉冲，便立即启动 ADC0809 工作，10us 后 EOC 变为低电平。（2）ALE：地址锁存允许输入线，高电平有效。当 ALE 线为高电平时，ADDA,ADDB 和ADDC 三条地址线上的地址信号得以锁存，经译码后读入一路模拟信号。由 P2.7 和控制启动转换信号 ALE 端，使之变为高电平，执行的指令和启动 START 端的指令一WR样。（3）OE：输出允许信号，高电平有效。OE 由低电平变高电平，打开三态输出锁存器，将转换后的结果输出到数字总线 D0-D7 上。由 P2.7 和 联合控制使 OE 线变为高电平，RD以提取 A/D 转换后的数据量。（4）IN0-IN7
23、：IN0-IN7 为 8 路模拟电压输入线，前 4 位用于输入模拟电压，范围是0V-5V。后 4 位用于输入被转换的模拟电流，范围是 10mA-50mA。由于 ADC0809 的输入端只能允许模拟电压信号输入，所以必须将模拟电流信号转换为模拟电压信号，因此模拟电流信号先串联 1 的电阻，取电阻上的电压。又因为模拟电流信号为毫安级，而 ADC0809 芯片要求输入电压为 0V-5V 之间，所以将取出的电压信号经过放大倍数为 10 的运算放大器两级放大后进入 ADC0809 的模拟输入通道IN4-IN0 进行 A/D 转换。具体接法如下所示：一级放大计算过程如下：“虚短”：Un=Up=0， “虚断
24、”：Ui/R6=-Uo/R7=-10- 本科生毕业设计（论文） 第 7 页 1 2 3 4 5 ACD42DBe : 14 K 7 K 1 K 5 K A 图 2.2 两级运放原理图1.1.2 输出端口的连接与工作原理（1）通道选择ADDA,ADDB 和 ADDC 为通道地址输入线，用于选择 IN0-IN7 上的哪一路模拟电压送给比较器进行 A/D 转换。ADDC，ADDB，ADDA 的 8 种组合状态 000-111 对应了 8 个通道的选择。给 ad_adr（ad_adr 为指向通道的指针变量）赋值，锁存模拟通道地址，就选通了一路信号。当读取下一路模拟地址时，执行 ad_adr+ ;进入循
25、环，便启动新输入通道的 A/D 转换。（2）采样进入采样程序后 8 个通道依次被选通一次，即采样次数为 8：转换所得的数字量按序存于片内 AT89C51RAM 中的 adi数组里。（3）数字量的转输1. D7-D0：为数字量输出线，D7 为最高位，D0 为最低位。是三态输出锁存器的输出端。转换后的数据从 D7-D0 输入到 AT89C51 的 P0 口。2.EOC：为转换结束输出线，指示转换结束和数据有效的信号，它是一个负方波，EOC由高电平到低电平跳变表示 A/D 转换开始，转换过程中维持低电平， EOC 由低到高跳变表示 A/D 转换结束。EOC 线作为 CPU 的中断请求输入线。经 7405 反相后接到AT89C51 的 口。当 A/D 转换结束时，EOC 端发出一正脉冲，申请中断，即 EOC=1，0INT
