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1、- 本科生毕业设计（论文） 第 42 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量表示。使用AD
2、C0809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.Abstract This article introduces the base method according to data collection and transmitting process system, including the hardware design, the application software design and
3、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 follow: The device on the transmitting computer
4、 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 perfectly. Data acquisition system is used to a
5、cquire 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 format. We choose the MAX485 as the devic
6、e, 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. 目 录 摘要IAbstractII1 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
7、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
8、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A31附录B381 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
9、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
10、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M
11、AX485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LED数码管的前两位用于显示是哪路的模拟电压信号还是模拟电流信号，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：发送数 据MAX485AT89C51A/D转换采集数据收端（B机）基本框图为：接收数 据8155驱动显 示AT89C51MAX4858路数据循环显示显示一路数据按键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
12、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
13、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，这样就具有很强和很高的抗共模干扰能力和接收灵敏度，适
14、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。如本设计中，由于LED通常需要几几十毫安的驱动电流才能发光
15、，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。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
