1、 . . PAGE / NUMPAGES42 . 摘 要本文提出了一種基于多個MCU通信的實時數據采集系統方案，該系統由監控計算機單元，數據處理單元，總線隔離器單元，接收單片機，數據采集單元組成。數據處理單元與多個現場采集器為點對點的串行通信方式，在數據處理單元部，各個通道的數據以雙CPU并行通行方式進行處理，處理的結果以串行方式送入監控主機；同時在采集單元與處理單元，處理單元與計算機之間采用RS-485總線進行數據的傳送；對于采樣的數據，通過可編程鍵盤/顯示接口8279芯片對數據進行顯示，篩選，轉存。實際運用證明，該方案具有良好的實時性。關鍵詞 數據采集處理系統；單片機（MCU）；串行通信；

2、并行通信AbstractThe text brings forward a sort of real-time data collecting system scheme，which is based on multi-MCU corresponding. The system consists of supervising computer cell, data processing cell, overall-insulating cell, incepting SCM and data collection cell. The data processing cell and the m

3、ulti-field collectors are serial communication which are one point opposite one point. Within the data processing cell, every passage data are processed in double CPU merge-capable transmission fashion. Then, the processing results enter the supervising host computer in strand-capable fashion. At th

4、e same time，we transmit data with adopting RS-485 bus between the collection cell and the processing cell, and also between the processing cell and the computer. As to the sampling data, we display the data by programming keyboard /displaying 8279 CMOS chip, as well as filtrating and depositing the

5、data with transferring fashion. Practicality mobilization proves this project has favorable real-time character. .Key words: data acquisition and processing system ; Microcontroller unit ;serial data communication ; parallel data communication 目 錄 TOC o h z u HYPERLINK l _Toc106240365摘 要 PAGEREF _To

6、c106240365 h IHYPERLINK l _Toc106240366Abstract PAGEREF _Toc106240366 h IIHYPERLINK l _Toc106240367目 錄 PAGEREF _Toc106240367 h IIIHYPERLINK l _Toc106240368CATALOG PAGEREF _Toc106240368 h IVHYPERLINK l _Toc106240369第一章 引 言 PAGEREF _Toc106240369 h HYPERLINK l _Toc1062403701.1 數據采集系統的組成 PAGEREF _Toc106

7、240370 h HYPERLINK l _Toc1062403711.2 數據采集系統的應用領域與發展前景 PAGEREF _Toc106240371 h HYPERLINK l _Toc106240372第二章 概 述 PAGEREF _Toc106240372 h HYPERLINK l _Toc1062403732.1 單片機的組成 PAGEREF _Toc106240373 h HYPERLINK l _Toc1062403742.2 單片機的分類 PAGEREF _Toc106240374 h HYPERLINK l _Toc1062403752.3 單片機的特點 PAGEREF

8、_Toc106240375 h HYPERLINK l _Toc1062403762.4 單片機的應用 PAGEREF _Toc106240376 h HYPERLINK l _Toc1062403772.5 單片機的發展 PAGEREF _Toc106240377 h HYPERLINK l _Toc106240378第三章 數據采集系統的硬件組成 PAGEREF _Toc106240378 h HYPERLINK l _Toc1062403793.1 集散式數據采集系統的結構 PAGEREF _Toc106240379 h HYPERLINK l _Toc1062403803.2 數據處理

9、器 PAGEREF _Toc106240380 h HYPERLINK l _Toc1062403813.3 3-8譯碼器 PAGEREF _Toc106240381 h HYPERLINK l _Toc1062403823.4 74LS244 隔離器 PAGEREF _Toc106240382 h HYPERLINK l _Toc1062403833.5 RS-485總線 PAGEREF _Toc106240383 h HYPERLINK l _Toc1062403843.6 鍵盤/顯示控制器8279 PAGEREF _Toc106240384 h HYPERLINK l _Toc10624

10、03853.7 鍵盤，顯示器工作原理 PAGEREF _Toc106240385 h HYPERLINK l _Toc106240386第四章 數據采集系統的軟件實現 PAGEREF _Toc106240386 h HYPERLINK l _Toc1062403874.1 數據接收器接收，發送數據 PAGEREF _Toc106240387 h HYPERLINK l _Toc1062403884.2 數據處理器接收數據 PAGEREF _Toc106240388 h HYPERLINK l _Toc1062403894.3 主處理器執行中斷 PAGEREF _Toc106240389 h H

11、YPERLINK l _Toc1062403904.4 鍵盤顯示電路 PAGEREF _Toc106240390 h HYPERLINK l _Toc106240391結 束 語 PAGEREF _Toc106240391 h HYPERLINK l _Toc106240392參 考 文 獻： PAGEREF _Toc106240392 h HYPERLINK l _Toc106240393致 PAGEREF _Toc106240393 h HYPERLINK l _Toc106240394附 圖 PAGEREF _Toc106240394 h CATALOG TOC o f h z HYPE

12、RLINK l _Toc105497612AbstractI PAGEREF _Toc105497612 h IHYPERLINK l _Toc105497613Chapter 1 Foreword PAGEREF _Toc105497613 h HYPERLINK l _Toc1054976141.1 The consitute of data collecting system PAGEREF _Toc105497614 h HYPERLINK l _Toc1054976151.2 The applied realm and development foregrounds of data

13、collecting system PAGEREF _Toc105497615 h HYPERLINK l _Toc105497616Chapter 2 Summarize PAGEREF _Toc105497616 h HYPERLINK l _Toc1054976172.1 Consitute of singlechip PAGEREF _Toc105497617 h HYPERLINK l _Toc1054976182.2 Sorts of singlechip PAGEREF _Toc105497618 h HYPERLINK l _Toc1054976192.3 Specialty

14、of singlechip PAGEREF _Toc105497619 h HYPERLINK l _Toc1054976202.4 Application of singlechip PAGEREF _Toc105497620 h HYPERLINK l _Toc1054976212.5 Development of singlechip PAGEREF _Toc105497621 h HYPERLINK l _Toc105497622Chapter 3 Hardware constitute of data collecting system PAGEREF _Toc105497622 h

15、 HYPERLINK l _Toc1054976233.1 Structure of gather to spread data collecting system PAGEREF _Toc105497623 h HYPERLINK l _Toc1054976243.2 Data processor PAGEREF _Toc105497624 h HYPERLINK l _Toc1054976253.3 3-8encoder PAGEREF _Toc105497625 h HYPERLINK l _Toc1054976263.4 74LS244 snsulation machine PAGER

16、EF _Toc105497626 h HYPERLINK l _Toc1054976273.5 RS-485 BUS PAGEREF _Toc105497627 h HYPERLINK l _Toc1054976283.6 Keyboard/Display controller 8279 PAGEREF _Toc105497628 h HYPERLINK l _Toc1054976293.7 Work principle of Keyboard and display PAGEREF _Toc105497629 h HYPERLINK l _Toc105497630Chapter 4 Soft

17、ware realization of data collecting system PAGEREF _Toc105497630 h HYPERLINK l _Toc1054976314.1 Receive and send data by data receiver PAGEREF _Toc105497631 h 4.2 Receive data by data processor PAGEREF _Toc105497632 h HYPERLINK l _Toc1054976324.3 Perform halt by main processor PAGEREF _Toc105497632

18、h HYPERLINK l _Toc1054976334.4 Keyboard and display circuit PAGEREF _Toc105497633 h HYPERLINK l _Toc105497634Tag PAGEREF _Toc105497634 h HYPERLINK l _Toc105497635Reference literature PAGEREF _Toc105497635 h HYPERLINK l _Toc105497636Thankfulness PAGEREF _Toc105497636 h Refence map4 2 第一章 引 言隨著科學技術和生產

19、的發展，需要對各種參數進行測量，溫度是工業對象中主要的被控參數之一。在冶金工業，化工工業，電力工程，機械制造和食品加工等許多領域中，人們都需要對相應的溫度進行實時監測控制。11 數據采集系統的組成數據采集系統的主要容通常包含硬件（連同單片微機在的全部電子線路），軟件（包括監控管理程序與各功能模塊應用軟件）與結構工藝等三部分組成。一般的數據采集系統由：數據采集單元，A/D轉換單元，D/A轉換單元，數據傳輸單元，數據處理單元，鍵盤/顯示電路等幾部分組成。12 數據采集系統的應用領域與發展前景數據采集系統的應用圍非常廣泛。隨著科學技術的發展，對有用信號進行數據的采集，分析，計算，提取等有較好的運用。

20、一般的數據采集主要應用于：生物醫學信號處理多媒體技術與人機交互導航與現代通信技術遙感，遙測的應用人工智能與模式識別，計算機視覺與可視化雷達，聲納信號處理微弱信號處理技術隨著數據采集系統被廣泛的利用，在特定的行業要獲得較精確的采樣數據，都需要對該系統進行特殊的要求如：由于工業現場環境惡劣，很多設備（比如變頻器）都是對數據采集產生很大干擾的干擾源；而且一般的采集器都有多路信號輸入，它們地線相連會導致干擾通過地線進入正在采集的信號，使得數據采集不準確，因此數據采集器的抗干擾設計十分重要。所以，在數據采集系統的發展過程中，為滿足特定的要求，數據采集系統的發展方向主要由：系統抗干擾性 保證獲得的數據較精

21、確。如：可設計一個數據采集器，它除了正常的低 通濾波，RC濾波外，還可用PHOTOMOS光繼電器對每路信號進行隔離，每路信號的地線都獨立開來。實時通信保證數據處理單元能較快的得到要處理的數據，提高了主機的運行效率，如：采集現場與處理單元距離短可用RS-232總線，距離長可用RS-485總線。 3）高速數據采集 一般數字信號的獲得需要對模擬信號進行采集，這就需要高 速，高性能的A/D轉換相適應。4）低功耗性 適合與電池供電和空間受限的工作環境以與便攜式場合。第二章 概 述2.1 單片機的組成所謂單片機就是單片微型計算機（Single-chip Microcomputer）,單片微型計算機的核心是

22、微處理器MPU，與一般微型計算機所不同的是它將微處理器，存，I/O接口，中斷邏輯，定時器/計數器等集成到一個集成電路芯片上，有的單片機還集成了A/D，D/A轉換器等電路，如圖21所示。這種結構特別使用于測控領域，因此，也稱其為微控制器（Microcontroller）,簡寫為MCU，但國大多數人習慣上都叫單片機。圖21單片機的組成框圖2.2 單片機的分類常用的單片機分類方法有兩種，一是按字長分類，二是按用途分類。221 按字長分類 根據單片機對各種基本操作處理的數據來看，單片機有4位單片機，8位單片機，32位單片機和64位單片機等。4位單片機4位單片機的主要生產國是日本，如Sharp公司的SM

23、系列，東芝公司的TCLS系列，NEC公司的uCOM75*系列等。此外，還有美國TI公司的TMS1000和NS公司的COP400系列。國也早已能夠生產COP400系列的4位單片機。4位單片機的主要特點是價格便宜，但功能并不弱，只是CPU為4位。其片存儲器有2KB ROM，128B*4的RAM等。NEC公司的uPD75*的片ROM可達8KB，RAM為512B*4，還帶有6位A/D轉換。目前，4位單片機主要用于控制諸如洗衣機，微波爐等家用電器與高檔電子玩具。8位單片機8位單片機是目前單片機中的主流機型。在8位單片機中，一般把無串行I/O接口和只提供小圍的尋址空間（小于8KB）的單片機稱為低檔的8位單

24、片機，如Intel公司MCS-48系列和Faichild公司的F8就屬于此類；把帶有串行I/O接口或A/D轉換以與進行64KB以上尋址的單片機，稱為高檔的8位單片機，如Intel公司的MCS-51系列，Motorala公司的MC6810，Zilog公司的Z8等。近年來，在高檔8位單片機的基礎上又出現了超8位單片機，如Intel公司的UPI-452，83C152，Zilog公司的Super8，Motorola公司的MC68HC11等。它們不但進一步擴大了片ROM和RAM的容量，而且還增加了高級通信，DMA傳送和高速I/O功能。另外，由于8位單片機的功能強，價格低廉，品種齊全，因而被廣泛應用于各個

25、領域。特別是高檔單片機的主要機型。16位單片機16位單片機主要有Thomoson公司的68200系列，Intel公司的MCS-96系列，NS公司HPC16040和NEC公司的783*等。而得到實際應用的16位單片機主要是Intel公司的MCS-96系列單片機。32位單片機32位單片機首推英國Inmos公司的IMS414DPJI，它是目前并行處理位數最高的單片機之一。64位單片機64位單片機的處理能力是任何32位單片機都無法達到的。目前，SperH，MIPS Technologies東芝等廠商還是準備將64位單片機微處理器核推向嵌入式系統市場。222 按用途分類按用途分類，可將單片機分為通用型單

26、片機和專用型單片機兩種。通用型單片機將資源全部提供給用戶使用，如片寄存器，存儲器，中斷系統，定時器/計數器，I/O接口等。其適應性強，擴展容易，構建各種應用系統十分靈活，應用廣泛。如MCS-51系列單片機。專用型單片機針對各種特殊應用場合而專門設計的單片機。如生產過程控制，數據采集與信號處理等。它們通常是微控制系統的集成化產品。TMS320系列就是專門用于數字信號處理的單片機（也稱DSP芯片），他的指令周期短，運算速度和精度高。2.3 單片機的特點由于單片機是在一塊大規模或超大規模集成電路芯片上集成了微型計算機的主要功能單元，本身就是具有一定規模的計算機，因此，其緊湊的結構，小巧的形體在許多應

27、用場合是其他類型的計算機所不能比擬的，其特點歸納如下：1.形小體輕功耗低 如前所述，單片機就是一個計算機芯片，在這個芯片上集成了計算機的基本功能部件，甚至是構成技術應用系統的各功能部件。因此，其集成度相當高，而這個芯片的尺寸與普通的集成塊是一樣的，那么形小體輕自然不用說了。而且，由于單片機大量用于便攜式產品和家用電器，設計時專門考慮了低電壓，低功耗環境。如許多單片機可在2.2V甚至1.2V或0.9V電壓下工作，其功耗可降低至uA級，一顆紐扣電池供電可以使用很長時間。另外，由于集成度高，抗干擾能力強，其本身的可靠性也相當高。2.能強，運算速度快，性價比高單片機在構成測控系統，電器控制裝置，智能儀

28、器等方面與其他微型計機相比有特別明顯的優勢，在設計軟件，硬件資源時充分考慮了這方面的功能，如指令系統中具有豐富的程序分支轉移，布爾處理和邏輯控制命令，有定時器，中斷系統，I/O接口，各種控制寄存器等豐富的硬件資源。單片機特有的結構形式，提高了運算速度。有的單片機還采用了RISC和DSP技術，進一步改善了運行效率。隨著各種新技術的不斷發展，各廠商在提高單片機性能的同時進一步降低價格，性能價格比成為競爭焦點之一，因此，從總體上講單片機優于普通的微處理器。而單片機價格可降低至0.5美元。3.應用系統研制周期短，軟，硬件開發靈活方便由于單片機有豐富的存和I/O接口等功能單元，可直接與外圍電路或芯片連接

29、，編寫簡單程序就可以構成應用系統。而且利用簡單的開發工具就可以在應用環境下進行軟件，硬件調試，修改也十分方便。調試成功后即可成為實際的應用系統。因此，研制應用系統的時間可減到最短，其開放性的靈活擴展功能使軟，硬件開發變得簡單，也易于掌握。另外，為防止因突然掉電造成信息丟失或損壞，單片機基本上都設計了備用電源引腳，可以很方便地接入備用電源，以利保護信息。2.4 單片機的應用由于單片機的超小型結構和優越的性價比，使其應用領域十分廣泛，這里列出一些主要的應用領域。（1） 工業控制：各種測試系統，機器人等。（2） 儀器儀表：智能儀器儀表，醫療儀器等。（3） 家電，玩具：各種游戲機，全自動家用電器，攝像

30、機，激光盤驅動器，電子玩具等。（4）計算機外設和通訊設備：各種計算機外設控制（磁盤驅動器控制，打印機控制，鍵盤控制），調制調解器，智能線路運行控制等。（5）數據處理：圖形處理，數字信號處理（DSP），數據采集與處理，復印機控制等。（6）汽車控制： 點火系統控制，變速器控制，防滑剎車控制，排氣控制等。（7）國防應用：魚雷制導控制，導彈控制，智能武器控制，其他航空航天系統。隨著單片機技術的發展，新的產品不斷涌現，應用領域還將繼續擴大。2.5 單片機的發展251單片機技術的發展特點自單片機出現至今,單片機技術已走過了近20年的發展路程。縱觀20年來單片機發展歷程可以看出,單片機技術的發展以微處理器(

31、)技術與超大規模集成電路技術的發展為先導,以廣泛的應用領域拉動,表現出較微處理器更具個性的發展趨勢。單片機長壽命 這里所說的長壽命,一方面指用單片機開發的產品可以穩定可靠地工作十年、二十年,另一方面是指與微處理器相比的長壽命。隨著半導體技術的飛速發展,更新換代的速度越來越快,以386、486、586為代表的,很短的時間就被淘汰出局,而傳統的單片機如6805、8051等年齡已有15歲,產量仍是上升的。這一方面是由于其對相應應用領域的適應性,另一方面是由于以該類為核心,集成以更多/功能模塊的新單片機系列層出不窮。可以預見,一些成功上市的相對年輕的核心,也會隨著/功能模塊的不斷豐富,有著相當長的生存

32、周期。新的類型的加盟,使單片機隊伍不斷壯大,給用戶帶來了更多的選擇余地。8位、16位、32位單片機共同發展 這是當前單片機技術發展的另一動向。長期以來,單片機技術的發展是以8位機為主的。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展。以Motorola68為的32位單片機97年的銷售量達8千萬枚。過去認為由于8位單片機功能越來越強,32位機越來越便宜,使16位單片機生存空間有限,而16位單片機的發展無論從品種和產量方面,近年來都有較大幅度的增長。單片機速度越來越快 MPU發展中表現出來的速度越來越快是以時鐘頻率越來越高為標志的。而單片機則有所不同,為提高

33、單片機抗干擾能力,降低噪聲,降低時鐘頻率而不犧牲運算速度是單片機技術發展之追求。一些8051單片機兼容廠商改善了單片機的部時序,在不提高時鐘頻率的條件下,使運算速度提高了很多,Motorola單片機則使用了瑣相環技術或部倍頻技術使部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率。68HC08單片機使用4.9M外部振蕩器而部時鐘達32M,而M68系列32位單片機使用32的外部振蕩器頻率部時鐘可達16MH以上。低電壓與低功耗自80年代中期以來,NMOS工藝單片機逐漸被CMOS工藝代替,功耗得以大幅度下降,隨著超大規模集成電路技術由3工藝發展到1.5、1.2、0.8、0.5、0.35近而實現0.2工藝,全靜態設計

34、使時鐘頻率從直流到數十兆任選,都使功耗不斷下降。Motorla最近推出任選的.CORE可在1.8電壓下以50M/48MIPS全速工作,功率約為20。幾乎所有的單片機都有Wait，Stop等省電運行方式。允許使用的電源電壓圍也越來越寬。一般單片機都能在3到6V圍工作,對電池供電的單片機不再需要對電源采取穩壓措施。低電壓供電的單片機電源下限已由2.7V降至2.2V、1.8V。0.9V供電的單片機已經問世。低噪聲與高可靠性技術為提高單片機系統的抗電磁干擾能力,使產品能適應惡劣的工作環境,滿足電磁兼容性方面更高標準的要求,各單片機商家在單片機部電路中采取了一些新的技術措施。如美國國家半導體NS的COP

35、8單片機部增加了抗EMI電路,增強了“看門狗”的性能。Motorola也推出了低噪聲的LN系列單片機。OTP與掩膜OTP是一次性寫入的單片機。過去認為一個單片機產品的成熟是以投產掩膜型單片機為標志的。由于掩膜需要一定的生產周期,而OTP型單片機價格不斷下降,使得近年來直接使用OTP完成最終產品制造更為流行。它較之掩膜具有生產周期短、風險小的特點。近年來,OTP型單片機需量大幅度上揚,為適應這種需求許多單片機都采用了在片編程技術(In System Programming)。未編程的OTP芯片可采用裸片Bonding技術或表面貼技術,先焊在印刷板上,然后通過單片機上引出的編程線、串行數據、時鐘線

36、等對單片機編程。解決了批量寫OTP芯片時容易出現的芯片與寫入器接觸不好的問題。使OTP的裸片得以廣泛使用,降低了產品的成本。編程線與/線共用,不增加單片機的額外引腳。而一些生產廠商推出的單片機不再有掩膜型,全部為有ISP功能的OTP。MTP向OTP挑戰 MTP是可多次編程的意思。一些單片機廠商以的性能，的價位推出他們的單片機,如ATMEL AVR單片機,片采用FLASH,可多次編程。華邦公司生產的與8051兼容的單片機也采用了MTP性能,OTP的價位。這些單片機都使用了ISP技術,等安裝到印刷線路板上以后再下載程序。252單片機的發展趨勢隨著半導體工藝技術的發展與系統設計水平的提高,單片機正在

37、不斷產生新的變化和進步,人們發現:單片機與微機系統之間的距離越來越小,甚至難以辨認。單片機在目前的發展形勢下,表現出以下幾大趨勢:(1) 可靠性與應用水平越來越高 和互聯網的連接已是一種明顯的走向。現在的新型單片機已經集成技術與藍牙技術,對網絡的連接支持功能越來越強。(2) 所集成的部件越來越多 單片機在部已集成了越來越多的部件,這些部件包括一般常用的電路,例如:定時器,比較器,/轉換器,/轉換器,串行通信接口,Watchdog電路,LCD控制器等。有的單片機為了構成控制網絡或形成局部網,部含有局部網絡控制模塊。(美國國家半導體)公司的單片機已把語音、圖象部件也集成到單片機中,如果從功能上講它

38、可以是萬用機,原因是其部已集成上各種應用電路。(3) 功耗越來越低 現在新的單片機的功耗越來越小,特別是很多單片機都設置了多種工作方式,這些工作方式包括等待,暫停,睡眠,空閑,節電等工作方式。零功耗系統正是當前設計的追求目標。(4) 和模擬電路結合越來越多 單片機正被廣泛的嵌入到各種應用系統中。單片機的另外一個名稱就是嵌入式微控制器,原因在于它可以嵌入到任何微型或小型儀器或設備中。(5) 可靠性越來越高在單片機應用中,可靠性是首要的因素,單片機自身的可靠性技術正在不斷發展。第三章 數據采集系統的硬件組成3.1 集散式數據采集系統的結構圖3-1為89C51單片機構成的主從式數據采集處理系統。該系

39、統應用于印染系統的水分與特定點的溫度等的測量過程。 圖3-1 以89C51單片機構成的主從式數據采集處理系統在實際應用中，采用波特率為9600bps，數據楨為：1位起始位+8位數據位+1位停止位數據交換時，主機呼叫從機地址，從機向主機發送本機數據。主機呼叫時，發出長度為1個字節數據（即從機地址），從機應答時向上傳送3個雙字節數據，數據格式為如圖（3-2）： AA+數據， 圖3-2 數據格式即7個字節。假定在理想情況下，主機呼叫，從機立即回應，則主機完成與一個從機的數據交換最少需 ：（7+1）*10*1/9600=8.333ms （忽略數據楨之間的間隔和從機的地址判斷即通信轉移時間）。假設采集系

40、統中有4個采集單元，那么主機遍歷一次所有采集單元至少需要33.332ms。當傳送數據長度增加或數據采集單元增加時，遍歷時間延長。實際上，在程序運行過程中數據交換所花費的時間遠遠大于理論計算植，這樣就使主機的實時性降低。當主機接收數據采用中斷方式實現的，會造成程序運行效率低，甚至造成“假死機現象”：運行長時間停滯再運行，致使采集處理系統無常運轉。311 主從式結構為了克服上述方案中的缺陷，此方法提出了圖3-3方案：分散采樣，集中處理 該方案較好地解決了系統的實時性問題 即主從式結構 從機：工作在現場狀態的數據采集單元仍然是以CPU為核心的智能單元，實現對現場模擬量（水分，溫度等） 或現場狀態的檢

41、測和采集，經過相應的預處理，如濾波，編碼之后，以串行方式發給數據處理單元；主機：主機的任務是系統管理，初值設定，通過串行通訊接口向從機發送各種命令和初值，接收從機發送來來的數據，對數據進行運算處理，輸出最終結果。數據處理單元與每個采集單元之間以點對點的方式收發數據，每一路數據有一個獨立的收發單片機（89c51），以并行傳送方式與數據處理單元主處理器（89C52）進行信息交換。由于各路數據收發獨立，且并行傳送時間短（一般為幾十個us），由前端數據采集單元的數據到數據處理單元的傳送時間主要取決于串行通信所用的時間，以9600bps傳送7個字節數據的時間 7*10*1/9600=7.292ms，各路

42、傳送并行工作，主處理器幾乎可以同時獲取數據，當數據采集器采樣間隔不低于20ms時，該方案的數據處理具有較好的實時性。數據處理單元與監控計算機（PC機）之間采用串行通信方式傳輸信息的形式有兩種：實時和隨機。數據處理單元接收到采樣數據后，進行相應的處理，如工程量轉換，顯示，報警，定時將工程量測量值上傳給監控計算機，當出現異常情況如測量值超過報警值或采樣系統出現故障等情況時，即刻上傳故障信息。在監控計算機上對數據進行記錄，存儲，分類與實時監控。在系統中，為了適應生產車間測量點分散，距離長的特點，采集單元與處理單元，處理單元與計算機之間采用RS485總線，在9600bps速率下，使通信距離不小于500

43、m。3. 1. 2 硬件組成如圖3-3所示，集散式數據采集處理系統由：監控計算機單元，數據處理單元，總線隔離器單元，接收單片機，數據采集單元組成。監控計算機單元：一般指工業PC，即配制有滿足通信傳輸的接口，如RS-485接口。監控計算機通過并行口（COM1/COM2）接收主處理器定時發送的測量值，并對數據進行記錄，曲線顯示，數據存儲等。采用軟件VB6.0開發。接收數據時，采用VB的Mscomm控件，他具有完善的 收發功能，在程序過事件驅動方式接收數據，數據幀格式與圖2-2一樣。監控軟件在執行過程中，也實現實時曲線顯示，并自動創建數據庫，根據需要可生成報表輸出。數據采集單元： 現場的數據采樣和濾

44、波處理由AT89C51和14位AD679組成的數據采集單元完成。經過預處理的數據，按照圖2-2所示的數據格式，由串行口發送端TXD發出，在硬件上要用MAX488將彈片機輸出的TTL信號轉換成RS-485總線信號規則進行遠程傳送。接收單片機：數據接收器采用AT89C2051單片機，與現場數據采集單元以串行通信方式1模式工作。數據處理單元：數據處理單元采用AT89C52單片機，它具有8K的FLASH ROM ，可以滿足鍵盤管理，測量計算值顯示，工程量轉換以與通信管理等程序容量的要求。主處理器與數據接受器的信息交換書通過中斷方式進行的。數據隔離器：數據隔離器采用芯片74LS244 ， 74LS244

45、是一種三態輸出的八緩沖器和線驅動器，主要用于三態輸出的存儲地址驅動器、時鐘驅動器和總線定向接收器和定向發送器等RS-485總線： MCS-51系列單片機帶有的一個全雙工串行通行口提高了單片機與外部計算機，以與帶串行口的外設的數據交換能力。單片機串行口輸出電平TTL電平兼容且單線傳輸（對地而言）導致傳輸距離短（小于5m）和通信速率慢（不超過20kb/s），等缺點。為克服這些缺點，所以在單片機串行通信系統中采用RS-485通信方式。鍵盤顯示單元：用可編程鍵盤/顯示接口8279芯片與鍵盤，七段數碼管顯示器的連接實現對采集的數據進行顯示，對符合標準的采集的數據進行存儲。3.2 數據處理器在本數據采集系

46、統中，采用了MCS-51系列：AT89C51和89C2051兩片數據處理器芯片。MCS-51單片機芯片的引線有兩種：40條引線的8031（8032），8051/52，8751/52，89C51/52和20條引線的89C2051，89C1051。321 AT89C52處理器數據處理器采用AT89C52單片機。如圖3-4所示： 圖3-4 AT89C52單片機引腳圖兼容標準MCS-51指令系統的AT89C52單片機是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片含8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數據存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、

47、非易失性存儲技術生產，片置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可以提供許多高性低比的系統控制應用領域。AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發成本。AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP與PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。1 . I/O引腳和I/O端口 P0.7p0.0 : P0口

48、是一個漏極開路型準雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它是數據總線和地址總線低8位分時復用的接口；在EPROM編程是，他接收指令字節；在驗證程序時，輸出指令字節，并要求外接上拉電阻。 P1.7P1.0： P1口是帶有部上拉電阻的雙向I/O口，它是通過I/O端口。在EPROM編程和程序驗證時，它接收底8位地址。 P2.7P2.0： P2口是帶有部上拉電阻的8位雙向I/O口。在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址；在對EPROM編程和程序驗證時，他接收高8位地址。 P3.7P3.0: P3口是帶部上拉電阻的8位雙向I/O口，它是雙功能I/O端口。除基本輸入/輸出功能外，每個引腳還有專用功能。其專用引腳

49、功能見表3-1所示。 I/O口線 專 用 功 能 P3.0RxD(串行數據接收) P3.1 TxD(串行數據發送) P3.2（外部中斷0請求輸入） P3.3（外部中斷1請求輸入） P3.4T0（定時器0外部計數脈沖輸入） P3.5TI （定時器1外部計數脈沖輸入）P3.6（外部數據存儲器寫信號）P3.7（外部數據存儲器讀信號）表3-1 P3口引 腳 專用功能 2 . 復位引腳復位操作是計算機系統經常進行的操作，即使其軟，硬件回到初始狀態，準備工作。復位引腳RESET復位功能RST：單片機的復位是靠外部電路實現的。在震蕩信號正常運行情況下，只要RST引腳保持兩個機器周期以上的高電平，系統就能復位

50、。理論上按主頻2MHZ12MHZ計算，復位高電品持續時間t。 t= =2s12s復位狀態復位狀態就是單片機復位后部寄存器與引腳的初始數據或初始電平。MCS-51系列彈片機復位后部各寄存器的狀態如表3-2所列。 表3-2 MCS-51系列單片機復位后部寄存器的容寄存器 容寄存器 容PC 0000H TMOD 00HA 00HTCON 00HB 00HTH0 00HPSW 00HTL0 00HSP 07HTH1 00HDPTR 0000HTL1 00HP0P3 FFHSCON 00HIP xxx00000HSBUF 不定IE 0 xx00000HPCON 00H 另外，復位時，ALE和 配置為輸入

51、狀態，即ALE=1，=1。部RAM不受復位的影響。3控制引腳MCS-51系列單片機的控制引腳有一部分占用P3口線，前面已經介紹，另一部分是單獨的引腳，介紹如下。1ALE/：地址鎖存/編程脈沖引腳，輸入/輸出(1) ALE功能：地址鎖存信號，輸出。給應用系統中的地址鎖存器提供鎖存控制信號，實現地址/數據分時復用。時序圖中已表明，在每一個機器周期（MOVX指令除外）出現兩個ALE正脈沖，當ALE為高電平時，地址鎖存器的輸出隨輸入變化（這時P0口輸出的是低八位地址信息）；當ALE由高電平變成低電平時，鎖存器將地址鎖定，即輸出不再隨輸入變化（P0口可傳送數據信息）。 另外，ALE信號還可作為應用系統中

52、頻率要求較低的其他部件的時鐘信號，計數信號等（但要注意：若程序中執行了MOVX指令，ALE會出現不均勻的情況）。(2) 功能：片程序存儲器編程脈沖，輸入。對于EPROM型單片機，在對片程序 存儲器編程時，該引腳輸入編程脈沖信號。2. ：外部程序存儲器讀信號，輸出，低電平有效由于MCS-51系列單片機外部程序存儲空間和外部數據存儲空間是獨立的，但地址是重疊的，因此除了在指令上加以區分外，控制信號也有所不同。前面介紹的RD，WR是用于讀/寫數據存儲器的，而PSEN是用于讀程序代碼的，它在應用系統中接程序存儲器的讀控制端。在訪問外部程序存儲器時，在每個機器周期，PSEN兩次有效。/Vpp：部程序存儲

53、器選擇/編程電壓引腳，輸入。這是一個雙功能引腳(1) 功能：，外程序存儲器選擇信號。當訪問該地址圍的存儲單元時，由于MCS-51系列單片機的片程序存儲器與片外程序存儲器低端地址是重疊的，所以用引腳電平來區分是訪問部程序存儲器，還是訪問外部程序存儲器。當 =“1”時選擇訪問單片機部的程序存儲器；當 =“0”時選擇訪問外部的程序存儲器。但應注意，8031，8032，80C31等幾個型號的單片機無片程序存儲器，使用它們時應接地。Vpp功能：片程序存儲器編程電壓。對于EPROM型單片機，在對片EPROM編程 時Vpp引腳輸入21V的編程電源電壓。4主電源引腳Vcc：+5V工作電壓。正常工作時Vcc引腳

54、接+5V電源電壓。Vss：接地端。正常工作時Vss引腳接地。5時鐘引腳XTAL1和XTAL2 ：是MCS-51系列單片機的時鐘引腳，兩引腳連接于單片機部的一個高增益反向放大器，用于與外部震蕩源一起構成震蕩電路，其中XTAL1為該放大器的輸入引腳，XTAL2為該放大器的輸出引腳。 表 3.3 主要功能特性兼容MCS51指令系統8k可反復擦寫(1000次）Flash ROM32個雙向I/O口256x8bit部RAM3個16位可編程定時/計數器中斷時鐘頻率0-24MHz2個串行中斷可編程UART串行通道2個外部中斷源共6個中斷源2個讀寫中斷口線3級加密位低功耗空閑和掉電模式軟件設置睡眠和喚醒功能32

55、2 89C2051處理器89C2051，AT89C52與MCS-51系列單片機指令系統完全兼容，引腳功能一樣。如圖所示， 20條引腳的MCS-51系列的2051和1051沒有P0口和P2口，不能進行外部擴展。它們的部有一個模擬比較器，相比較的模擬信號由P1.0（AIN0）和P1.1（AIN1）輸入，模擬比較器的輸出（在部與P3.6相連）由P3.6輸入。 圖 3-5 89C2051的引腳圖3.3 3-8譯碼器74LS138為38譯碼器，如圖3-5所示為74LS138的引腳圖圖3-5 74LS138引腳74LS138在編碼時，每一種使用了的二進制碼狀態，都賦予了特定的含義，即表示了一個確定的信號或

56、者對象。把代碼的特定含義即表示了一個確定的信號或者對象。把代碼的特定含義“翻譯”出來的過程叫做譯碼，實現譯碼操作的電路稱為譯碼器。或者說，譯碼器可以將輸入代碼的狀態翻譯或相應的輸出信號，以表示其原意，譯碼器是多輸入，多輸出的組合邏輯電路。譯碼器輸入為3位2進制數，C，B，A，輸出為8個2進制數，分別對應輸入的8種狀態組合，另外設有使能控制端，E3，E2，E1，當E3=1，E2=0，E1=0時，譯碼器正常譯碼。否則，譯碼器不實現譯碼，即不管譯碼輸入C，B，A為何值8個譯碼輸出均為高電平。 在實際的應用中，有時使能控制端也可以用作復位端，實現3-8譯碼器的“清零”，在該數據采集系統中，后面將用到這

57、方面的知識。 由真值表，表2-4可知： 對應每個輸入狀態，僅有一個輸出為0，其余皆為1，輸出為低電平有效。例如： CBA=000時，僅Y0=0，即Y0是輸入代碼000的譯碼器輸出。8個輸出對應8個最小項的非。表3-4 74LS138真值表輸 入輸 出使 能選 擇C B A1 0 01 0 01 0 01 0 00 0 00 0 10 1 00 1 1011110111101111011111111111111111 0 01 0 01 0 01 0 01 0 01 0 11 1 01 1 1111111111111111101111011110111100 X XX 1 XX X 1X X X

58、X X XX X X1111111111111111111111113.4 74LS244 隔離器74LS244是8位3態總線驅動器，如圖 3-6 。外設輸入的數據和狀態信號，可以通過數據輸入 3態緩沖器或3態總線驅動器經數據總線傳送給微處理器。8個數據輸出端1Y11Y4，2Y12Y4與微型計算機的數據總線相連，8個數據輸入端1A11A4，2A12A4與外設相連。加到輸出允許1G和2G的負脈沖將數據輸入端的數據送至數據輸出端。執行MOVX（IN）指令時，微處理器發出讀寄存器信號，該信號通常是端口地址和讀信號RD產生的。將讀寄存器信號接至74LS244的輸出允許端，MOVX指令就把3態緩沖器74

59、LS244數據輸入端的數據，經數據總線輸入到累加器A中。 圖3-6 74LS244三態總線驅動器 1A2A數據輸入1Y 2Y數據輸出1A1Y 輸出允許2A2Y 輸出允許 表3-5 引腳功能3.5 RS-485總線 單片微機應用系統中，相互通道接口主要采用串行通信方式，在設計應用系統通信接口時，主要考慮的是串行標準通信接口，傳輸介質，電平轉換等。目前，許多廠家生產了各種集成芯片，能滿足單片微機的TTL或CMOS電平與RS-232，RS-485，20mA電流環各自規定的電氣標準之間的匹配與轉換。3.5.1 RS-485總線在許多工業環境中，為了使設備簡單和維護方便，總希望用最少的信號線來完成遠程數

60、據的采集與控制。在RS-485發送端，驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出，在接收端將差分信號還原成TTL信號，所以RS-485有很強和很高的抗共模干擾能力和接收靈敏度。在傳送數據數據達100kb/s，RS-485的通信距離可1200m，在傳輸距離過長的情況下，可用中繼器來增加傳輸距離。3.5.2 MAX485 這是用于RS-485和RS-422通信的底功耗收發器。MAX485的驅動器轉換率沒有限制，因此允許它以2.5Mbit/s的速率進行傳輸。可吸收120500uA之間的電流，另外，MAX485有一種低電流關機模式，該模式下僅消耗0.1uA電流。所有這些器件均由一個5V電源供電。驅動器設