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1、吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书吉林化工学院信控学院专业综合设计说明书基于RS-232的数据采集系统设计学生学号：学生姓名：专业班级：指导教师：职 称：起止日期：吉林化工学院Jilin Institute of Chemical Technology专业综合设计任务书一、设计题目：基于RS-232的数据采集系统设计二、设计目的1、掌握MAX232芯片的性能指标、特点及使用方法；2、掌握ADC0832和CD4051芯片的性能指标、特点及使用方法；3、掌握SST89E516RD单片机性能指标、特点及使用方法，了解SST89E516RD单片机控制ADC0832和CD4051的软件编程
2、方法；4、了解7805构成直流稳压电源的电路组成及工作原理。三、设计任务及要求设计数据采集与RS-232通信硬件电路并完成以下任务：1、单片机为核心的数据采集器对八路模拟量和八路开关量进行实时采集，采集的数据由单片机处理后经RS-232串口线送PC机；2、PC机接收到采集数据后，由图形界面动态显示，当参数超限时进行声光报警。四、设计时间及进度安排设计时间共三周（ 2015.9.7 2015.9.25）,具体安排如下表：周安排设 计 内 容设计时间第一周硬件电路设计2015.9.7 - 2015.9.11第二周硬件电路焊接与调试 2015.9.14 - 2015.9.18第三周编写课程设计说明书
3、，课程设计答辩。 2015.9.21 - 2015.9.25五、指导教师评语及学生成绩指导教师评语:年 月 日成绩指导教师(签字):目 录专业综合设计任务书I第1章 绪 论1第2章 硬件系统设计22.1 SST89E516RD2单片机及其最小系统电路22.1.1 SST89E516RD2芯片简介22.1.2 51系列最小系统电路组成32.2 X5045看门狗电路32.2.1 25045芯片简介32.2.2 基本工作原理42.3 MAX232电平转换电路42.3.1 MAX232芯片简介42.3.2 电平转换原理52.4 AD0832模拟量采集电路52.4.1 AD0832芯片简介52.4.2
4、CD4051芯片简介62.4.3 模拟量产生-采集电路62.5 开关量采集电路72.6 +5V直流电源设计电路82.6.1 7805简介82.6.2 直流电源设计基本原理8第3章 软件系统设计93.1 系统程序流图93.2 关键程序示例93.2.1 AD0832采集程序93.2.2 串行发送程序113.3 软件介绍及使用113.4 Visual Basic软件介绍及使用123.5 上位机与单片机通信的实现123.5.1 程序下载到单片机123.5.2 数据采集到上位机13结 论14参考文献15附 录（电路原理图）16- 15 -第1章 绪 论近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，
5、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。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。本系统采用下位
6、机负责模拟数据的采集，从单片机负责采集数据，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SST89E516RD2单片机，此芯片功能比较强大，能够满足设计要求。第2章 硬件系统设计2.1 SST89E516RD2单片机及其最小系统电路2.1.1 SST89E516RD2芯片简介SST系列单片机是一款高性能的8051内核的单片机，属于8位FLASHFLEX51系列单片机。FLASHFLEX51是在高级FLASHCM
7、OS半导体工艺下设计和生产出的单片机产品之一。器件都有相同的功能强大的指令系统，并且和8xC5x器件兼容。单片机有72K片内FLASHEEPROM程序存储器，它利用了SST的超级FLASH专利技术，这些都是SST的领先技术。超级FLASH存储器被分成两个独立的程序存储块，基本FLASHBlock0占用64/32K字节片内程序存储空间，二级FLASHBlock1占用8K字节的片内程序存储空间；8K字节的二级FLASH块能被映射到64/32K字节低地址空间它也能从程序计数器中被隐藏掉而用做一个独立的类似EEPROM的数据存储器。图2-1为51系列单片机引脚说明。图2-1 51系列单片机引脚说明基本
8、特性如下：1. 增强型 8051 单片机6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任 意选择，指令代码完全兼容传统 8051； 2. 工作电压：5.5V3.3V（5V 单片机）/3.8V2.0V（3V 单片机）； 3. 工作频率范围：040MHz，相当于普通 8051的080MHz，实际工作频率可达 48MHz； 4. 用户应用程序空间为 8K 字节 ；5. 片上集成 512 字节 RAM ；6. 通用 I/O 口（32 个）复位后为： P1/P2/P3/P4 是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为 I/O 口用时，需加上拉电阻； 7. ISP（在系统可
9、编程）/IAP（在应用可编程） ，无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下载用户程 序，数秒即可完成一片；8. 具有 EEPROM 功能 ；9. 具有看门狗功能 ；10. 共3个16 位定时器/计数器。即定时器 T0、T1、T2；11. 外部中断 4 路，下降沿中断或低电平触发电路，Power Down模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 ；12. 通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个 UART ；13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级）；2.1.2 51系列最小系统电路组成单片机的最小系统电路就是单片机能正
10、常工作，能利用内部集成资源完成简单的逻辑功能的最简电路。包括复位电路、晶振电路、电源和地电源，三者缺一不可。图2-1中9引脚为复位引脚，与9引脚相连的为复位电路；18，19引脚为时钟引脚，与18引脚和19引脚所接为晶振电路；40引脚接电源，20引脚为地。复位电路：复位电路的原理是单片机RST引脚接收到2US以上的电平信号，单片机就能实现复位，只要保证电容的充放电时间大于2US，便能复位，所以电路中的电容值是可以改变的。晶振电路：单片机系统里都有晶振，在单片机系统里晶振作用非常大，全称叫晶体振荡器，它结合单片机内部电路产生单片机所需的时钟频率，SST89C516RD使用11.0592MHz的晶体
11、振荡器作为振荡源，由于单片机内部带有振荡电路，所以外部只要连接一个晶振和两个电容即可，电容容量一般在15pF至50pF之间。2.2 X5045看门狗电路2.2.1 25045芯片简介X25045是美国Xicor公司的生产的标准化8脚集成电路，它将EEPROM、看门狗定时器、电压监控三种功能组合在单个芯片之内，大大简化了硬件设计，提高了系统的可靠性，减少了对印制电路板的空间要求，降低了成本和系统功耗，是一种理想的单片机外围芯片。图2-2为25045的引脚图。图2-2 25045芯片引脚图引脚说明：CS：片选择输入；SO：串行输出，数据由此引脚逐位输出；SI：串行输入，数据或命令由此引脚逐位写入X
12、25045；SCK：串行时钟输入，其上升沿将数据或命令写入，下降沿将数据输出；WP：写保护输入。当它低电平时，写操作被禁止；Vss：地；Vcc：电源电压；RESET：复位输出。2.2.2 基本工作原理X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动（没喂看门狗），则X25045将从RESET输出一个高电平信号，经过微分电路C2、R3输出一个正脉冲，使CPU复位。CPU的复位信号共有3个：上电复位(C1、R2)，人工复位(S、R1、R2)和Watchdog复位(C2、R3)，通过或门综合后加到RESET端。C2、R3的时间常数不必太
13、大，有数百微秒即可，因为这时CPU的振荡器已经在工作。2.3 MAX232电平转换电路2.3.1 MAX232芯片简介该产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是-10v +10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0 +5v，MAX232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。图2-3为MAX232引脚图。图2-3 MAX232引脚图引脚说明：电荷泵电路：由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要
14、。 数据转换通道：由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道；其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道；8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。供电电路：15脚GND、16脚VCC（+5v）。2.3.2 电平转换原理工作原理是：TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。从TTL转为RS232
15、3电平，由于MAX232内部二极管与电容的作用使得在二极管与电容交接处的电压保持在-3V-15V。当TXD为“1”(TTL)时，内部三极管截止，PCRXD上的电压与PCTXD电压相等，也是-3-15V为“1”(RS232)当TXD为“0”(TTL)时，内部三极管导通,则PCRXD电压约为+5V，这个电压在+3+15V之间，根据RS232电平，它是“0”也就是说TTL的“1”经过这个电平转换电路后，RS2323可以识别出它是“1”，是“0”也能识别为“0”。这就实现了从TTL到RS232的电平转换。2.4 AD0832模拟量采集电路2.4.1 AD0832芯片简介ADC0832 是美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与
