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1、毕业汲计2023届题目：基于单片机89C51数据采集系统的设计姓名：苏永康学院：物理电气信息学院专业：电气工程与自动化学号：班级：自动化2班指导教师：汤秀芬2023年5月12号摘要数据采集技术是现代一个重要的领域，随着单片机的出现以及快速的在工业中开展，二者的结合并开展己经成为一种趋势。所以本文设计一个单片机数据采集系统，系统是以单片机T89C51为控制核心，为了满足A/D转化精度为12位，选用A/D转换器芯片MX187和多路模拟开关4067设计信号输入电路并完成A/D转换，此系统能够实现采集最多16路模拟量输入信号，另外一个独立电路是单片机作为主机通过I2C总线控制数字传感器DS1621可实
2、现多点温度采集系统，并将采集到的电压、温度的实时数据通过液晶屏显示然后再通过RS232传输到上位PC机上。本文设计的系统有效的把A/D转换技术，I2C总线技术和86C51单片机有效的结合起来,实现高速的通信和数据传输。系统能够与PC机通信，采集数据实时显示。软件局部采用C语言编程，完成信号输入电路，显示电路，通信电路程序设计。关键词:数据采集；89C51；MAX187;RS232；ABSTRACTDataminingtechnologyisanimportantarea,modernwiththeemergenceofsinglechipmicrocomputerandrapiddevelop
3、mentintheindustry,thecombinationofbothanddevelopmenthasbecomeatrend.Sointhispaper,Asingle-chipmicrocomputerdataacquisitionsystemdesign,systembasedonsinglechipmicrocomputerAT89C51asthecontrolcore,inordertosatisfytheprecisionofA/Dconversionfor12,chooseA/DconverterchipsMAX1874067designandmulti-channela
4、nalogswitchsignalinputcircuitandA/Dconversion,thissystemcanrealizecollectionupto16analoginputsignals,AseparatecircuitissinglechipmicrocomputerasthehostthroughtheI2CbuscontroldigitalsensorDS1621multipointtemperatureacquisitionsystemcanberealized,andthecollectedreal-timedatathroughtheLCDdisplayofvolta
5、ge,temperature,andthenthroughRS232transmittedtoupperPC.SystemdesignedinthispapertheA/Dconversiontechnologyeffectively,and86c51I2Cbustechnologyeffectivelycombined,realizethehigh-speedcommunicationanddatatransmission.SystemcancommunicatewithPC,datareal-timedisplay.PartsoftwareusingClanguageprogramming
6、,signalinputcircuit,displaycircuit,communicationcircuitdesignprogram.Keywords：Dataacquisition89C51MAX187RS23目录1绪论错误!未定义书签。1. 1研究背景11.2国内外研究现状31. 3本文主要的工作和内容安排32.数据采集技术与数据传输42.1 数据采集技术42. 1.1数据采集系统数字化理论43. 1.2数据采集系统各局部作用92. 2数据传输-串行通信102.21串行通信总线（12C）IO2. 2.2串行通信接口标准（RS232C）113.数据采集系统硬件设计133 .1系统硬件EM
7、C设计134 .2数据采集系统的工作原理框图143. 3中心控制电路一AT89C51单片机153. 4信号输入电路183. 4.1模拟开关电路4067的简介193. 4.2模拟-数字（A/D）转换电路-MAXl87203. 5数字温度传感器输入电路231. 6上位机通信电路243. 7显示电路设计254.数据采集系统的软件设计264. 1软件开发系统一KeiIUVision4264. 2系统程序设计284. 2.1主程序流程图284. 2.2初始化流程图284. 2.3子程序流程图294. 2.4程序调试结果315.系统仿真315. 1系统仿真315. 1.1单片机仿真工具protues7.8
8、316. 1.2友善串口调试助手325.2系统调试结果与分析326.结论和展望346 .1结论347 .2展望35参考文献35谢辞36附录1：整体电路结构图36附录2：高精度数据采样系统程序设计361绪论1.1 研究背景近些年来，随着各个领域的兴起和开展，数据采集技术开始备受关注，在航天，武器研究，地质研究领域迅速的开展。数据采集的最初研究是来源于美国的，为了在军事有突破的开展。设备能自动完成采集技术大局部内容，只需要非熟练人员进行监控。这样可以节省大局部时间和人力。自动检测仪表该数据采集系统可以自动灵活、快速完成任务，许多传统方法都不能替代它，随着人们初步的认可，60年代初期，数据采集技术快
9、速的开展。上个世纪七十年代的变迁，微型机被人们开发出来，新一代采集系统又一次诞生，以计算机控制并处理数据，采集器和仪表分别采集数据。此系统和原有的系统相比拟，稳定的性能和快速采集速率很快取代了上一代采集系统。之后的假设干年技术的改革与创新，采集系统主要形成了两类，一类是为了工作在工业环境的数据采集系统、另外一类是为了在实验室研究而创造的数据采集系统3。上个世纪八十年代中期，微型机逐渐开展到计算机，数据采集系统开始围绕着计算机变革与创新，数据采集系统依然是划分为两种，一种比拟多的应用实验室里，以计算机为核心，计算机控制过程，接口总线和仪表仪器完成采集任务。另一种是工业上运用比拟广泛的，由标准总线
10、、采集卡和计算机组成的。上个世纪80年代后期，数据采集跨越了一个转折点，单片机、集成电路与工业计算机各种组合，软件控制任务要求，系统的体积不断缩减，本钱也成倍降低，功能和数据采集能力却大大增加。自上个世纪90年代到今,兴旺国家己经将数据采集系统运用到工业、航天、考古、电力上。集成电路制造技术进一步成熟,单片机数据采集系统DAS的出现，高性能、高速型使采集系统由进一步飞跃的开展。数据采集系统已经开展成一门不可取代的技术应用于工业现场。这个阶段的数据采集系统使用的是模块化结构,可以根据不同的市场应用需求，适当的更改模块，修改设定编程，就可以灵活的扩展和建立新的系统F目前，以微机为核心的，并结合编程
11、技术的采集技术开展迅速，采集系统可以集成在一块电路板上即为采集卡，可以插在电脑扩展槽中。但基于单片机采集技术并没受到技术的冲击，采集卡的本钱和功能性有很多弊端，单片机在效率、功率、本钱、功能都有一定的优势，双单片机能实现高精度转换，多点同时采样更加使单片机应用在市场拥有不可替代作用。1.2 国内外研究现状上个世纪中期，数据采集系统开始不断开展，一般的采集系统作用是把传感器采集的模拟信号进行处理再转变成数字信号，并对数字信号进行分析、处理、打印等，随着过去几十年的开展，采集技术应用于各个领域，目前的石油勘测、地质分析、地震预测等领域，数据采集应用广泛。TDE-124型TDE-224C型是过去我国
12、地质观测采用的数据采集系统。近几年，我国有研究出型号为TDE-324C地震数据采集系统，此系统能到达24位A/D转换位数，动态范围更大、线性度更高可靠性强低功耗，采样率一般有50HZ、IOoHZ、200HZo根据需求创新，数据采集技术结合飞行实验的需求。如爱尔兰ACRA公司2000年开发出的最新一代KAM500机载数据采集系统，系统采用16位（A/D）模拟数字变换达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 本文主要的工作和内容安排数据采集技术随着科技的开展广泛的应用于多个领域，因此本文主要的工作采用一个以单片机为控制核心的数据采
13、集系统，一局部采集模拟电压信号，通过12位精度MAX187芯片转换为数字信号，另外一局部是采用传感器DS1621采集温度值通过I2C总线直接送到单片机，单片机把两部份数据通过液晶屏显示，再通过串行标准RS232传到计算机进行处理。系统各个局部主要为，温度输入电路，信号输入电路，中心控制电路，数据显示电路和上位机通信电路五个局部。下文将详细具体的介绍每个局部的功能以及实现过程。本文内容安排如下：第一章绪论局部。对数据采集系统历史中研究背景的开展、国内外开展现状、简介一下论文各章的安排的主要内容。第二章理论局部。介绍数据采集技术和数据传输技术相关理论，包括数据采集系统数字化理论，系统各局部作用，串
14、行通信。第三章硬件局部。设计单片机采集系统的整体控制结构，并对各局部组成电路进行具体设计并论述其原理。第四章软件局部。对软件编程开发环境进行介绍，对程序有一个框图说明。第五章系统仿真。对仿真软件进行介绍，对仿真结果进行分析、论证。第六章结论和展望。对设计过程有个总结说明，对以后的开展有一个预测。最后在附录中给出完整的电路图和软件程序。2.数据采集技术与数据传输2.1 数据采集技术2.1.1 数据采集系统数字化理论任何单片机或者数字化设备只能处理数字信号，所以外部采集的数字信号在输入数字化设备是都要被处理成时间上和幅值上都离散的数字信号。这个过程必须要经历采样和量化过程，所谓采样就是在时间点上抽
15、取连续模拟信号相应的瞬时值，使模拟信号转变成时间上离散的时域信号。所谓量化是在幅值上变成离散的数字信号。这就是采集技术。Ci）采样过程：一个连续的模拟信号X团，通过一个周期性开闭（周期为，开关闭合时间为r）的采样开关K之后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号XSm7J,这个过程就称为采样过程同。如图2-1所示。采样信号：s（11Ts）采样时刻:0,Ts,2Ts,3Ts.采样时间：T闹加日s(nTs)%印川9XsfnTs)KTS2心3Ts图2-1采样过程采样周期：T5采样频率：fs=lTs在实际系统中，Ts,也就是说，在一个采样周期内，只有很短的一段时间采样开关是闭合的。采样过程可以看作
16、为脉冲调制过程，采样开关可看做调制器。这种脉冲调制过程是将输入的连续模拟信号X的波形，转换为宽度非常窄而幅度由输入信号确定的脉冲序列口。如图2-2所示。Lfjs(11Ts)6T阀Xfas(nTs)K图2-2脉冲调整过程输入信号与输出信号之间的关系表达式可为芒，2-1匕(同)=x(t)(O=x()。-()因为万，所以假设采样脉冲为皿脉冲，X用在脉冲出现瞬间Ts取值为x(nT4,故，上式改写为xAnJX刘附AS(HTj2-2考虑到时间为负值没有意义，上式改写为2-3)在实际应用中，rT5o采样周期E决定了采样信号的质量和数量：TsI,s(nTs),内存量t；八3Xs(nTs)I，丧失的某些信息。不
17、能无失真地恢复成原来的信号，出现误差。因此,在进行连续信号的离散化处理时，采样周期必须依据某个定理来选择。(2)采样定理-般连续信号Mt)可表示为无限个谐波的叠加，信号Mt)和频谱X(/)关系为r)=cX(f)ejdfX(f)=Mt)产雌由2-4)要由Xs芯)恢复出X(t),频谱X(/)和采样间隔后必须满足以下条件：X()有截止频率兀时，当2cl,X(Z)=O7sl2c,或亢4127对一个频率在0左内的连续信号进行采样，当采样频率为/sN2/c时，由采样信号XSsrS)能无失真地恢复为原来信号(t)w满足条件下局散信号XSmrS)表示为当/21/27i时,X()=0,X(Z)完全由(山氐1/芯
18、)上的值确定。在此区间上,展成付立叶级数其中所以(2-5)可以得到2-6)2.1.2 数据采集系统各局部作用主要将系统硬件设方案分位五块，信号输入电路；单片机控制电路；数字温度传感器输入电路；液晶显示电路:上位机通信电路；下面将分别介绍其作用。(1)信号输入电路主要负责把模拟信号仿真中测量变化电阻的电压)通过A/D转化芯片MAXI87转化成数字信号，数字信号输入单片机再处理(MAXI87中带有采样保持电路和逐次比拟存放器)。(2)单片机控制电路主要负责给模拟选择开关4067片选发出中断信号；控制MAX187并接受传来的数字信号；控制数字温度传感器DS1621直接读取其温度值；控制显示电路AMP
19、IRE128*64给它发送中断信号并将MAX187和DS1621发来的数字信号通过并行端口传给显示屏并显示电压值和温度值；和串行通信端IJRS232同信，并将采集来的数据送至MAX232。(3)数字温度传感器输入电路DS1621、I2C总线配合单片机，组成一个采样系统I2C总线可以加多个数字传感器，通过单片机控制，也可以实现强大的数据采集功能。DS1621是数字温度传感器和一个恒温控制器，恒温控制器可以直接将设定的温度存入存放器中，并通过串口传输至单片机中处理能够实现仿真，当然也可以配合I2C总线直接采集多路数据。4)液晶显示电路液晶屏与单片机并行串口连接，单片机控制其片选，并将温度数字传感器
20、DS1621的数据和A/D转化的数据采集显示到液晶屏中(5)上位机通信电路上位机通信电路主要是串行端口RS232和单片机、PC九针端口连接，单片机控制数据传输，将数据传输至电脑上处理2 .2数据传输-串行通信3 .21串行通信总线I2CI2C总线是由Philips公司开发的，这种新型总线在为电子通信领域运用比拟广泛。采用的是同步通信，但是与同类总线相比接口线少，控制方式简单，器件封装成品小，有较高的通信速率。特征：1、和同类相比两根总线线路就能完成相同的功能：一条串行数据线(SDA),一根串行时钟线(SCL)叫2、一个总线上可以挂多了设备，由主机控制从机，每个从机都有唯一的地址，主机可以接受和
21、发送数据。3、他可以实现多主机控制，当出现两个甚至跟多主句初始化时，冲突检测或者仲裁将防止数据遗失。4、8位串行数据传输有三种模式，分别是标准、快速、高速，速率分别可达100kbs,4OOkbs,3.4mbs012C总线操作时序：I2C总线设置初始条件时由主机(本文采用AT89C51)控制，主机通过设定将产生串行时钟(SCL)以此来控制总线的传输方向，并将产生起始与停止条件。SDA数据线上数据状态当在SCL为低电平的情况下才能变换，SCL为高电平的情况下，SDA状态的变化将被用来表示起始与停止条件。控制字节在通信开始的信号之后，发送的肯定是器件的控制字节，其中高四位作为器件类型识别符,之后的三
22、位为片选，最后一位作为读写位，当为1时作为读操作，为0时作为写操作。该字节前七位一般规定为表示器件的地址。VccSerialData(SDA)SerialClock(SCL)图 2. 2 J传感器与MAX 187连接图如3. 4节。2. 2.2串行通信接口标准RS232CI2CDevice BDevice CRS-232C标准其中RS代表推荐标准，232为标识号，C代表协议最早一次修改。RS-232C适合短距离通信，一般小于15米，传输速率一般小于20kb/s。(1)机械特性通常RS-232C一般使用25针连接器，实际中一般采用9针代替25针。计算机的CoMl和COM2使用的9针连接器.功能特
23、性表2-1RS-232C串行标准接口信号的定义及信号的分类引脚号信号名称简称方向信号功能I保护地接设备外壳，平安地线2发送数据TXDDCEDTE发送串行数据3接收数据RXDDTEDTE接收串行数据4请求发送RTSfDCEDTE请求切换到发送方式5去除发送CTSVDTEDCE去除发送6数据设备就绪DSRDTEJDCE准备就绪7信号地信号地8载波检测(RLSD)DCDDTE廿ME己接收到远程信号20数据终端就绪DTRfDCEDTE准备就绪22振转指示RIDTE通知DTE,通信线路己妥(3)过程特性过程特性主要是信号之间的时序关系，以便正确的接受和发送数据。AT89C51单片机和PC机进行数据传输时
24、候必须考虑电平转换问题，一般情况单片机输出电压是5V,9针串口接受电压是IOV（当两端都有RS232C接口时不用考虑电平）本设计选用MAX232电平转换芯片。电气特性RS-232C采用负逻辑，即：逻辑1为-5-15V,逻辑0为+5+15V。表2-2为RS-232C接口的主要电气特性。表2-2RS-232C接口的主要电气特性不带负载时驱动器输出电平V025V(-25+25V)负载电阻Ro37k,负载电容（包括线间电容）Cl+3V驱动器输出电平-515在负载端-3V输出短路电流0.5A驱动器转换速率30V驱动器输出电阻R3005）中口通信的根本接线方法目前采用9针串口（DB9）,RS232端口通信
25、距离比拟近，假设距离需要调制解调器。最简单的是三线制接法，地、接受数据和发送数据三脚相连BLDB9和DB25的常用信号脚说明。如下表2-3所示。表2-3DB9和DB25的常用信号脚说明9 针串口 (DB9)25针串口DB25J针号功能说明缩写针号功能说明缩写1数据载波检测DCD8数据载波检测DCD2接收数据RXD3接收数据RXD3发送数据TXD2发送数据TXD4数据终端准备好DTR20数据终端准备好DTR续表2-35信号地GND7信号地GND6数据设备准备好DSR6数据设备准备好DSR7请求发送RTS4请求发送RTS8去除发送CTS5去除发送CTS9振铃指示DELL22振铃指示DELL同一个串
26、口的接受脚和发送脚直接用线相连，对9针串口和25针串口，均是2与3直接相连皿。3.数据采集系统硬件设计3.1 系统硬件EMC设计在硬件电路设计中，在电路图设计完成，并仿真实现时，要化PCB图，将硬件图实现成实物，在实现过程中，由于器件高度集成，因此要考虑元件之间的电磁相互干扰问题，所以对相关电路进行EMC设计。(1) RS232接口电路的设计如图3.1为RS232标准电路如3.1RS232标准电路2332接口的滤波可以选用磁珠，尽力减少滤波电路和接口之间的距离，设定磁珠或共模电感必须要满足到端子间PCB走线长度尽可能小于250mm；倘假设防护器件出现比拟多，那么磁珠与端子间PCB走线距离应该大
27、于250mm,就必须在靠近接口除增加高压电容滤波，如果使用屏蔽电缆，屏蔽层必须要接PGND；需要接出到端子的通讯地也需要经过滤波处理，接个对地电容。(2)无源晶体时钟晶体通常是辐射发射影响巨大的干扰源，所以对晶体有必要的设计。如图3.2为无源晶体的接口设计。a3.2无源晶体的接口设计在实际设计时，R3电阻与C3电容作为后备设计。R3电阻能够改善启震:C3电容可减弱干扰保证震荡信号质量。(3)数字总线电路数字电路需要考虑数字信号传输质量。沿信号的过冲也产生辐射发射干扰。在空间足够设计的，每根总线芯片的数据线，逻辑控制信号都应串联一个22欧或33欧的电阻。3.2数据采集系统的工作原理框图如图4.1
28、数据采集的工作原理框图地址选择和使能端控制复位电路传感器串行接口RBa7系统的工作原理框图时钟电路控制关系；(I)信号输入电路；多路选择开关4067负责分时送入16路模拟量到A/D转换芯片MAX187,芯片将模拟数据转换成数字信号送至单片机(2) AT89C51控制电路；起采集、控制、显示作用，主要读取传感器DS1621温度数据和AD芯片电压信号通过显示屏显示，最后通过串口RS232传输至PC机。(3)温度检测电路：单片机作为主控制器I2C总线上连接DS1621,可以挂多个DS1621实现多点采集。(4)显示电路；通过单片机控制，显示电压信号和温度信号。(5)上位机通信电路：通过串口RS232
29、将数据发送至PC机。3. 3中心控制电路AT89C51单片机AT89C51是ATMEL公司开发的CMoS8位单片机单片机。此单片机功耗低，性能高。片内含有4k闪存，器件集成密度高，拥有非易失性，40个引脚，拥有多个可编程I/O接口和中断系统、计时器/定时器等等，在一般设计中应用广泛。单片机的根本组成89C51单片机根本组成包括：一个8位的微处理器；片内数据存储器RAM有128B,21个特殊功能存放器SFR；片内程序存储器FIaShRoM有4KB；可寻址片内外统一编址的64KB的ROM;可寻址片外64KB的RAM;4个8位并行I/O接口（P0-P3）；一个全双工通用异步串行接口UART；6两个1
30、6位的定时器/计数器五个中断源、两个优先级的中断控制系统；具有位操作功能的布尔处理机及位寻址功能；片内振荡器和时钟产生电路；AT89C51的引脚图如以下图3.2图3.2AT89C51的引脚图40个引脚及其功能：电源引脚：VCC和VSSVcc（40脚）：电源端，接+5V电源。Vss20脚：接地端，接+5V电源地端.外接晶体引脚：XTALl和XTAL2XTALI（19脚）；反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入向。XTAL2（18脚）：来自反向振荡器的输出。容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止凹。XTALl和XTAL2接时钟电路外接定时元件，即可以内部震荡器便能产生
31、自激震荡。控制信号引脚：RSTALE、PSEN、EARST（9脚）：复位信号输入端，高电平有效。保持两个机器周期高电平时,完成复位操作。RST连接复位电路，当程序不正常工作时或者死机时，就需要复位电路工作。输入/输出端口引脚P0、PLP2、P3POU：PO是字节地址为80H-87H端口，每个电路都拥有相互独立的逻辑电路,可以作为系统的低八位地址/数据线使用，也可以作为通用的I/O接口使用。Pl口：Pl是字节地址为90H-97H端口，由于内部结构原因，Pl只能作为通用I/O接口使用，Pl实际为准双向口。P2口:P2口是字节地址为AoH-A7H端口，常用为系统提供高位地址，可以作为高8位地址总线使
32、用，也可以作为准双向通用I/O接口使用。P3：P3字节地址为BoH-B7H端口，可以作为准双向通用的I/O接口，但实际应用中，一般的情况下都使用此端口的第二功能。表2-1P3端口的第二功能端口引脚第二功能P3,ORXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INTO（外中断0）PM3/INTl（外中断1）P3.4TO（定时/计数器0）P3.5Tl（定时/计数器1）P3.6/WR（外部数据存储器写选通）P3,7/RD（外部数据存储器读选通）Pl.5接MAX187的DOUT数据输出口；Pl.6接MAX187的SCLK串行时钟信号输入端传递时钟信号:PL7接MAX187的CS片选信号，由
33、于MAX187支持SPI总线，实际Pl.5P1.6、Pl.7是软件模拟SPI总线与MAX187连接，用于数据传输，AT89C51并不支持SPI总线。P3.6和P3.7分别是单片机数据存储器写和读端口，它们直接与传感器DS1621温度数字传感器相连，用于读写传感器传输数字量（这里与数据采集装置做一个比照，单片机可以直接将数字量通过I/O端口进行显示和传输到上位机）P3.0和P3.1是单片机的串行输入口和串行输出口，与RS232串行端口连接并将数据传输至端口进而送至PC机进行显示和处理。P2.O到P2.7接液晶显示屏的DBO到DB7用于数据的传输，CSl和CS2分别接单片机的Pl.O和PLl用于控
34、制片选（CSl左半屏片选端CS2右半屏片选端），Pl.2、PL3、Pl.4分别接单片机的E、RW、RS用来控制LED使能端，读写信号，数据指令选择信号。单片机最小系统是由时钟电路、复位电路构成1）单片机复位电路在单片机系统中，复位电路是不可或缺的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要及时进行复位，是系统恢复正常工作。本文用的AT89C51单片机的复位引脚RST（9号）当持续出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作持续设定为高电平，单片机呈现的状态就是循环复位状态。复位操作有两种根本形式：上电自动夏位以及开关夏位。图3.3中电路就包括了上电复位和开关复位方式。冲电瞬间
35、，电容两端电压由于电容所特有的特性不能突变，这时电容的负极和RESET相连，电压全部加在了电阻上，RESET的输入为高电平，芯片复位。随着电源给从小到大对电容不断充电，电阻两端所加的电压渐渐减少，最后可以约等于零，芯片将恢复正常工作。如图中的复位键,复位键断开时候电路通电复位，芯片工作稳定后，通过按下按键可实现手动复位。RST上最低为时间间隔IOmS通电，就能使单片机有效的复位。复位电路如图3.8图3.3复位电路（2）单片机时钟电路XTALl（19脚）：单片机内部产生振荡电路输入端。XTAL2（18脚）：单片机内部产生振荡电路输出端。XTALl和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器，它们可以
36、外接时钟也可使用外部接电路使用内部时钟，如以下图采用第二种方法。外部的定时元件内部就会产生自激震荡。相关元件设定值都可以设置为标准值。时钟电路如图3.4图3.4时钟电路3. 4信号输入电路3,4,1模拟开关电路4067的简介模拟开关电路4067开关在电路中起到通断作用，常见的可控开关是维电器，CMOS模拟开关是一种可控开关，只适用于低电压，电流较小的模拟或数字信号UB)图2.5为4067引脚图,表2.51是4067的真值表。9IKXJIOlVDDIQ3IQ3KC4IQ3IKXSOOMIQ7 1*084067ZMIQlQHQl 1IZHIQINFQ 13VSSIQlaIQlhDCB A1 3 1
37、4 1 1 I 1O 5V* Y图2.54067引脚图表2.51是模拟开关真值表输入开关通道INHDCBALLLLL1/00COMLLLLH1/01COMLLLHL1/02COMLLLHH1/03COMLLHLL1/04COMLLHLH1/05COMLLHHL1/06COMLLHHH1/07COMLHLLL1/08COMLHLLH1/09COMLHLHL1/010COMLHLHH1/011COMLHHLL1/012COMLHHLH1/013COM续表2.51输入开关通道INHDCBALHHHL1/014COMLHHHH1/015COMHXXXX关断3.4. 2模拟-数字A/D）转换电路-MAX
38、I87美信公司所开发的MAXI87,具有12位精度的A/D转换芯片，内部嵌入采样电路和保持电路，电源电压5V,转换速率可达为8.5us,片上的参考电压为4.096V,模拟量输入范围为OVBEFo三线串行接口，兼容SPl总线（本文中MAX187和51单片机连接是软件模拟SPl总线作为连接桥梁）。MAX187内部的采样/保持电路以及逐位比拟存放器可将外部采集到的模拟信号本文中是电压值和温度值）转换为12位精度的数字信号，其采样/保持电路不需要外接电容。MX187设计中有正常模式和休眠模式，低电平进入休眠模式，可使元件电流消耗将减少到IOuA以下。高电平将会恢复正常模式。MAX187电源需要加去耦合
39、电容，方法是用一个4.7UF电容和一个OjUF电容并联。为保证采样精度,将MAX187与单片机分开供电。4脚为参考端接一个4.7UF的电容，这是使用内部4.096V参考电压方式。输入模拟信号的电压范围为0-4.096V,如模拟输入电压不在这个范围在做成实物时可能损坏元件，所以必须要外加电路进行电压范围的变换。MAX187只有一路模拟输入通道，如输入为多路信号，要外加多路模拟开并使用单片机进行中断控制，本文所采用的模拟开关4067OMAX187的主要特点：G12位的A/D转换精度；内部采样/保持电路，采样速率75KHz;内部缓存的参考电压4.096V；3线串行接口和处理器通信，并且兼容SPI1
40、5工作在单一的+5V电源；低功耗，待机电流为2uA,工作电流为1.5mA；小封装，8个引脚的DlP（双列直插）封装芯片。MAX187其引脚图见图2.7所示：VbDBAIN日IVIAJClS7国SCLICCSSHDNL3JVkEFE团DOUTGND图2.7MAX187引脚图Vm（1脚）：+5V电源。AIN（2脚）：模拟量输入，范围为OV-VKF（0V4.096V）3SHDN（3脚）：工作模式选择输入端。低电平休眠模式：高电平或悬空为正常操作，其中高电平时使用内部参考电源，悬空时，禁止内部参考电源且允许使用外部参考电源。V呻（4脚）：参考电压。使用内部参考电源电压为4.096V,需要4.7HF电容
41、接地。使用外部参考电压为+2.5V-VMiIGND（5脚：接地。D0UT（6脚）：串行数据输出，数据在SCLK的下降沿改变。CS（7脚）：片选输入端。低电平启动A/D转换：高电平时，DoUT输出端高阻抗状态。SCLK（8脚）：串行时钟信号输入端最高频率为5MHz。3.4.34067和MAX187的连接图如图3.33为4067和MAX187的连接图:图3.334067和MAX187的连接图在单片机数据采集系统中,89C51由Pl端的P0.0、P0.1、P0.2、P0.3连接到模拟开关电路4067的地址选择端A、B、C和D上，当然BN也可以接到单片机上，控制其4067开关，由程序分时控制选通采集模
42、拟输入信号。（为了简便，本仿真之传输一路信号，所以不需要其他路通道，所以A、B,C、D和BN在仿真中接地）模拟量是信号存在最初状态，采集的模拟信号本身是连续改变的物理量。传感器将此信号转变成可处理的电信号。变换后的电信号大多数情况下要经过放大,滤波，使电信号到达A/D芯片的输入设定要求。在本系统中，最多可以进行16路模拟量采集，采用4067和MAX187连接配合。多路选择器4067是一个16选1模拟开关电路，通过它可以由软件分时选通各个模拟通道的输入。MAX187是一个12位精度串行接口的A/D转换器，它内部集成了三线SPI总线通过软件编程控制和微处理器硬件连接，接口简单，可靠性高。一般是模拟
43、信号经过传感器和放大器滤波电路处理变成电信号，再通过信号输入电路也就是A/D转换芯片变成数字信号，选择通道的控制信号由89C51的PO端口输出。操作的过程简述如下：（1）选择模拟输入通道。由PO.0-P0.3输出所通道地址。4067开通那一点采集通道，相应的模拟电信号输入到MAX187的AIN输入端。启动A/D转换。保持SCLK(PL6)为低,将CS(PL7)由高变低。(3)等待A/D转换完成。检查DOUT信号，当读出DoUT(PL5)为上升沿时表小完成。(4)读出转换后数据。保持CS(P1.7)为低电平，连续由PL6输出SCLK时钟信号，最少13个时钟周期。在第一个SCLK的下降沿时，DOU
44、T(PL5)端产生数据的最高位。在每个SCLK的下降沿，DOUT分别输出各位数据，89C51通过PL5读入到CPU中。(5)结束本次操作.在经过13个SCLK的下降沿后，将CS信号变为高电平，结束本次操作。(6)继续下一次转换。在CS为高电平，结束上一次转换后，经过最少500ns,可以重新将CS置为低电平，开始下一次转换。3.5数字温度传感器输入电路传感器DS1621不需要借助电路可以宜接测量温度，将结果以9位数字量(两字节传输)给出，一般的测量范围为一55C+155C,精度很高最高可到达0.5；转换时间为1s；用户可以根据自己的需要去调整恒温计的温度值，传感器会自动将该修改的温度值存储到存放器中。数据的读出和写入通过其内部集成的I2C总线接口完成，DS1621支持I2C总线。DS1621采用8脚DIPo其引脚图如图3.4图3.4DS1621的引脚图表为DS1621引脚描述引脚符号描述SCI.2-线串行时钟端2SDA2-线串行输出/输入端口3
