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1、兰州交通大学课程设计论文目录1、概述11.1开关量的采集11.2数字量采集与处理21.3模拟量的采集22、温度传感器的选择33、单片机硬件电路的设计43.1 AT89C51与存储器芯片的扩展43.1.1 AT89C51芯片的性能及特点43.1.2 拓展芯片6116的性能及特点73.1.3 AT89C51与存储器芯片6116的扩展83.2 多路开关选择93.3 A/D转换器电路的设计93.4 MAX232实现串行通信104 、系统软件的设计114.1 系统主程序114.2 模拟量采集程序124.3 开关量采集程序124.4 脉冲量采集程序135 、小结14参考文献：1514机务设备检修数据采集系
2、统设计1、概述机务设备数据采集是机务设备数据采集与通讯系统的重要组成部分,它与系统硬件相配合,对机务段检修设备的工作进行准确的检测和数据处理,并把检测数据及时送监控计算机,进入数据库,进行统计、打印和归档,既为保证检修质量提供了可靠依据,同时也为机务段加强科学管理、提高经济效益、减少物料和工时浪费、提高检修效率提供了科学手段和工具。本次课程设计的主要内容在于进行机务设备检修数据处理功能模块的设计，其主要功能在于数据采集，包括8路开关量、8路模拟量、1路脉冲量的数据采集。设计原理：根据任务书中提供的数据进行分析和计算，选择合适的单片机芯片组成测试、通讯系统，选用A/D转换器、信号调理电路、锁存器
3、、多路开关选择器等元件。模拟量的采集需要用传感器对实际物理量进行采集，转换成相关的电压或者电流，经过A/D转换器后输出对应数字量，进入单片机处理并保存在扩展的存储器中；数字量的采集需进行隔离放大之后将信号输入单片机处理并保存；脉冲量的采集需对信号进行防抖、放大处理，使输入信号转换成相应的TTL电平。根据连接成型的硬件元件图进行软件设计，分配口地址并给出每个功能模块相应的程序段。1.1开关量的采集开关量采集包括事件顺序记录（SOE）型开关量和普通型开关量两种。SOE型开关量信号指事故信号、断路器分合及重要继电保护的动作信号。监控系统采用中断方式迅速响应这些信号并进行记录优先传递。普通型开关量信号
4、是指除SOE型开关量信号以外的那部分开关量信号，包括各类故障信号、隔离开关的位置信号、设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等。监控系统对这些信号的采集为扫查方式。对开关量信号的处理包括光电隔离、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启支相关量处理功能（如启支事件顺序记录、发事故报警、画面自支推出以及自支停机等），最后经格式经处理后存入实时数据库。1.2数字量采集与处理数字量信号主要指水位等BCD码输入量。采用多点开关量并行采集，然后转换为相应模拟量数值。对数字量的处理包括光电隔离、数字滤波、码制变换、数据有效性合理性判断、标度变换等，以格式化处理后存入实时数据库。1.3模
5、拟量的采集模拟量分为电气模拟量、非电气模拟量及温度量。对模拟量信号的处理包括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后存入实时数据库。数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原
6、来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。在这个过程中主要用到信息采集板，信息采集板包括CPU、RS232讯通接口、RS485通讯网络接口等，信号采集获得开关量和经过标准化处理的传感器信号，进行信号采集，并经过数学处理，然后进行图文显示、储存和网络通讯。系统硬件总体框图如图1所示：AT89C51并行接口芯片隔离电路脉冲量开关量A/D转换多路开关传感器信号调理LED显示器矩阵键盘图1 系统硬件总体框图2、温度传感器的选择传感器是感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用于输出的信号的器件或装置实现测量和控制的首要环节，是测控系统的关键部件。如果没有传感器对原始被测信号
7、进行可靠的捕捉和转换，测量和控制的任务都无法实现，因此我们需要对传感器和信号处理电路有一个比较清楚的认识，并掌握传感器的使用和信号调理电路 。在这个模块设计过程中，选择K型热电偶传感器来测量温度，K型热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0到1300范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。k型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.24.0mm。 正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=92：12，负
8、极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=99：3，其使用温度为-2001300。 K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，一般不用于弱氧化气氛。热电偶测温必须由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。图2是最简单的热电偶测温示意图。 图2 热电偶温度计示意图按图2组成的热电偶蕊及测温电偶丝1 ，如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和相接触电势两部分组成 接触电势：它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相
9、接触时，假设导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且NaNb，则在两导体的接触面上，电子在两个方向的扩散率就不相同，由导体A扩散到导体B的电子数比从B扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而显正电，导体B获很电子而显负电。因此，在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场，这个电场将阻碍扩散运动的继续进行，同时加速电子向相反方向运动，使从B到A的电子数增多，最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差，这个电位差称为接触电势。此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接点温度有关。温度越高，导体中的电子就越活跃，由A导体扩散到B导体的电子就越多，
10、致使接触面处所产生的电场强度越高，因而接触电势也就越大。这样将1产生的温差热电势通过连接导线2在显示仪表3中显示出来。3、单片机硬件电路的设计3.1 AT89C51与存储器芯片的扩展3.1.1 AT89C51芯片的性能及特点该系统采用的是AT89C51，AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATME
11、L高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3所示。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的
12、可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。引脚排列如图2所示图3 AT89C51引脚结构主要特性：CS-51兼容4K字节可编程FLASH存储器寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24MHz1288位内部RAM1288位内部RAM三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟
13、电路下面分别叙述这些引脚的功能。 (1) 主电源引脚Vcc：电源端。 GND：接地端。(2) 外接晶体引脚XTAL1和XTAL2XTAL1：接外部晶体的一个引脚。在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接收振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。 XTAL2：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端。采用外部振荡器时，此引脚应悬浮不连接。 (3) 控制或与其他电源复用引脚RST，ALE/，/VppRST：复位输入端。当振荡器运行时，在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。 ALE/：当访问外部存储
14、器时，ALE（地址锁存允许）的输出用于锁存地址的低位字节。即使不访问外部存储器，ALE端仍以不变的频率（此频率为振荡器频率的1/6）周期性地出现正脉冲信号。因此，它可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。然而要注意的是：每当访问外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。在对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（）。 ：程序存储允许（）输出是外部程序存储器的读选通信号。当AT89C51由外部程序存储器取指令（或常数）时，每个机器周期两次有效（即输出2个脉冲）。但在此期间内，每当访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。 /Vpp：外部访问允许端。要使CPU只访问外部程序存储器（地
15、址为0000HFFFFH），则端必须保持低电平（接到GND端）。然而要注意的是，如果保密位LB1被编程，复位时在内部会锁存端的状态。当端保持高电平（接Vcc端）时，CPU则执行内部程序存储器中的程序。在Flash存储器编程期间，该引脚也用于施加12V的编程允许电源Vpp（如果选用12V编程）。(4) 输入/输出引脚P0.0P0.7，P1.0P1.7，P2.0P2.7和P3.0P3.7。 P0端口（P0.0P0.7）：P0是一个8位漏极开路型双向I/O端口。作为输出口用时，每位能以吸收电流的方式驱动8个TTL输入，对端口写1时，又可作高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时，它是分时多路转换的地址（低8位）/数据总线，在访问期间激活了内部的上拉电阻。在Flash编程时，P0端口接收指令字节；而在校验程序时，则输出指令字节。验证时，要求外接上拉电阻。 P1端口（P1.0P1.7）：P1是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O端口。P2的输出缓冲器可驱动（吸收或输出电流方式）4个输入口使用
