测控专业综合课程设计精密测试数据采集系统设计.doc

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1、测控08级综合课程设计说明书设计题目：精密测试数据采集系统设计姓 名： 徐 斌 学 号： 310804040325专业班级： 测 控08-3班指导教师： 王红星老师 河南理工大学2011.12目录精密测试数据采集系统设计2设计任务书31 数据采集系统概述41.1数据采集系统的基本概念41.2数据采集系统的组成41.3数据采集系统的特点62 测量放大器集成芯片AD52272.1测量放大器72.2 AD522型放大器72.2.1 AD522引脚说明72.2.2 AD522的器件特性83 采样定理与抗混滤波93.1采样定理93.1.1采样定理93.3.2 采样定理中的两个条件的物理意义103.2频率

2、混叠103.2.1 频混的产生103.2.2频混的消除113.4有源滤波器113.4.1三种常用有源滤波器的比较123.4.2切比雪夫滤波器133.5低通切比雪夫滤波器的设计143.5.1 传递函数的计算143.5.2电路设计164 模/数转换器204.1 A/D转换器芯片ADC0809204.2 AT89C51简介224.3.硬件连接244.3.软件实现255 利用RS-232C实现上位机与下位机的通信275.1 RS-232C简介275.2 MAX232芯片285.3 串行通信的硬件连接295.4 软件实现29设计总结34参考文献35精密测试数据采集系统设计摘 要数据采集系统用于将模拟信号

3、转换成计算机可以识别的数字信号。将传感器测得的微弱电信号经过放大、滤波，以8051单片机为核心，配以A/D0804模数转换器件，使用四位一体七段LED数码管来进行显示，LED采用动态扫描显示，并且通过RS232协议将信息送到PC上位机中进行显示。关键字数据采集；切比雪夫低通滤波器；8051单片机；ADC0809；RS232；设计任务书设计题目 精密测试数据采集系统设计设计目标针对国际电工电压标准5V的规定，要求能根据信号源电压的范围进行调理和计算，并能根据采样定理设计满足要求的滤波器，然后针对处理后的电压值进行A/D转换，数据标定以及数码显示。设计内容1.利用运算电路把不同电压范围的信号处理到

4、5V范围。2.根据采样定理，利用有源滤波器对信号进行抗混滤波设计。3.利用ADC0809等器件对数据进行A/D转换，采用C语言编写A/D转换过程。4.编写C语言上位机通信程序（采用RS232协议）实现对底层数据的采集与处理。设计要求1.采用切比雪夫有源滤波器；通带增益Kp为1信号电压范围：-1.5V2.5V；频率成分：信号频率50300Hz，干扰频率550650Hz；滤波器类型：切比雪夫有源滤波器，通带增益Kp=1.2.正确描述抗混滤波原理和采样定理；3.要求列出详细的调理电路计算分析和元器件的选择过程。电路设计采用集成仪器运算放大器。说明书中应写明所采用的器件、器件特性及工作原理。4.系统描

5、述滤波器设计和器件选择过程；5.编写数据采集系统单片机工作原理及有关器件的选择原则和目的；6.编写串口通信程序完成数据采集；7.说明书中完整画部分电路图和程序描述。1 数据采集系统概述1.1数据采集系统的基本概念数据采集（Data Acquisition）就是将要获取的信息通过传感器转换为信号，并经过信号调理、采样、量化、编码和传输等步骤，最后送到计算机系统中进行处理、分析、存储和显示。相应的系统称为数据采集系统。一个数据采集系统通常是由传感器（sensor）、信号调理电路（signal conditioning circuit）、A/D转换器（analog-digital converter

6、，ADC）及微型计算机等4个主要部分组成。信号调理电路包括信号放大、隔离、模拟滤波、多路转换等。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的计算和处理，得到所需的数据。同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的见识，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。1.2数据采集系统的组成数据采集系统主要有硬件和软件两部分组成，其中硬件部分又可分为模拟部分和数字部分。计算机数据采集系统的硬件基本组成如下图1-1所示。图1-1 计算机数据采集系统的硬件基本组成 从图1-1可以看出，计算机数据采集系统一

7、般有传感器、前置放大器、滤波器、多路模拟开关、采样/保持（/）器、模数（/）转换器和计算机系统组成。以下介绍各个组成部分的功能。（1）传感器传感器的作用是把非电的物理量（如速度、温度、压力等）转变成模拟电量（如电压、电流、电阻或频率）。（2）前置放大器前置放大器用来放大和缓冲输入信号。由于传感器输出的信号较小（如：常用热电偶的输出变化往往在几毫伏到几十毫伏之间，电阻应变片输出电压的变化只有几个毫伏），因此需要加以放大以满足大多数/转换器的慢量程输入的要求。此外，某些传感器内阻比较大，输出功率较小，这样放大器还起到阻抗变换器的作用来缓冲输入信号。（3）滤波器传感器以及后续处理电路中的器件常会产生

8、噪声，人为的发射源也可以通过各种耦合渠道使信号通道感染上噪声。例如，工频信号可以成为一种人为的干扰源。为了提高模拟输入信号的信噪比，常常需要使用滤波器对噪声信号进行一定的衰减。（4）多路模拟开关多路模拟开关可以分时选通来自多个输入通道中的某一路通道。因此，在多路模拟开关后的单元电路，如采样/保持电路、模/数转换电路以及处理器电路等，只需要一套即可，这样可以节省成本和体积，但这仅适用于物理量变化比较缓慢、变化周期在数十至数百毫秒之间的情况下。一般模拟多路开关有个模拟输入端，N个通道选择器，由N个选通信号控制选择其中一个开关闭合，使对应的模拟输入端与多路开关的输出端接通，让该路模拟信号通过。有规律

9、地周期性改变N个选通信号，可以按固定的序列周期性闭合各个开关，构成一个周期性分组的分时复用输出信号，由后面的A/D转换器分时复用对个通道模拟信号进行周期性转换。（5）采样/保持器多路模拟开关之后是模拟通道的转换部分，它包括采样/保持电路和A/D转换电路。采样/保持电路的作用是快速拾取多路模拟开关输出的子样脉冲，并保持幅值恒定，以提高A/D转换器的转换精度，如果把采样/保持电路放在模拟多路开关之前（毎道一个），还可实现对瞬时信号同时进行采样。A/D转换器完成一次转换需要一定的时间，在这段时间内希望A/D转换器输入端的模拟信号电压保持不变，以保证有较高的转换精度。这可以利用采样/保持器来实现，采样

10、/保持器的加入，大大提高了数据采集系统的采样频率。（6）模/数转换器采样/保持电路输出的信号送至A/D转换器，A/D转换器是模拟输入通道的关键电路。由于输入信号变化的速度不同，系统对分辨率、精度、转换速率及成本的要求也不同，因此/转换器的种类也较多。目前，采样/保持电路和/转换电路普遍采用单片集成电路，有的单片A/D转换器内部还包含有采样/保持电路、基准电源和接口电路。A/D转换器的结果输出给计算机，有的采用并行输出，有的则采用串行输出。使用串行输出结果的方式对长距离传输和需要光电隔离的场合较为有利。（7）计算机系统计算机系统是整个计算机数据采集系统的核心。计算机控制整个计算机数据采集系统的正

11、常工作，并且把A/D转换器输出的结果读入到内存，进行必要的数据分析和数据处理。计算机系统包括计算机硬件和计算机软件，其中计算机硬件是计算机系统的基础，而计算机软件是计算机系统的灵魂。（8）定时与逻辑控制电路定时电路就是按照各个器件的工作次序产生各种时钟信号，而逻辑控制电路是依据时序信号产生各种逻辑控制信号。数据采集系统个器件的定时关系是比较严格的，如果定时不合适就会严重影响系统的精度。1.3数据采集系统的特点微型计算机数据采集系统的特点是：（1）系统结构简单，技术上容易实现，能够满足中、小规模数据采集的要求。（2）微型计算机对环境的要求不是很高，能够在比较恶劣的环境下工作。（3）微型计算机的价

12、格低廉，降低了数据采集的成本。（4）微型计算机数据采集系统可作为集散型数据采集系统的一个基本组成部分。（5）微型计算机的各种I/O模板及软件都比较齐全，很容易构成系统，便于使用和维修。2 测量放大器集成芯片AD5222.1测量放大器在数据采集系统中，被检测的物理量经过传感器变换成模拟电信号，往往是很微弱的毫伏级信号，需要用放大器加以放大。而通用运算放大器一般都具有毫伏级的失调电压和毎度数的温漂，因此通用运算放大器不能直接用于发达微弱信号，而测量放大器则能较好地实现此功能。测量放大器是一种带有精密差动电压增益的器件，由于它具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳定增

13、益等特点，使其在检测微弱信号的系统中被广泛用作前置放大器。测量放大器的电路原理如下图1-2 所示。由图可见，测量放大器由三个运放构成，并分为二级：第一级是两个同相放大器、，因此输入阻抗高；第二级是普通的差动放大器，把双端输入变成对地的单端输出。图1-2 测量放大器原理电路2.2 AD522型放大器在此次课程设计中，选用了美国Analog Devices公司提供的AD522型放大器。该放大器就是按照上述原理设计的单片集成测量放大器。2.2.1 AD522引脚说明AD522是集成精密测量放大器，它的非线性度为0.005%（G=100时），在0.1Hz100Hz频带内噪声的峰-峰值为1.5mV，共模

14、抑制比MRR100dB(G=100)。AD522采用14脚双列直插式封装，它的引脚功能如下图1-3及表1-1所示：图1-3 AD522引脚 图1-4 AD522的基本连接表1-1 AD522引脚功能引脚名称功能引脚名称功能1+INPUT正输入端8V+正电源端2R GAIN增益被偿端9GND地参考端3-INPUT输入端10NC不接4NULL空端11REF参考端5V-负电源端12SENSE补偿端6NULL空端13DATA GUARD数据保护端7OUTPUT输出端14R GAIN增益补偿端引脚OFFSET（4，6）用于调整放大器零点，调整线路是芯片4、6端接到10电位器的两个固定端，电位器滑动端接负

15、电源（脚5），AD522的基本连接如上图1-4所示。引脚2和14连接调整放大倍数的电阻。引脚13用于连接信号传输导线的屏蔽网，以减少外电场对输入信号的干扰。2.2.2 AD522的器件特性 AD522可以提供高精度的信号调理，它的输出失调电压漂移小于1V/，输入失调电压漂移低于2.0V/,共模抑制比高于80dB(在G=1000时为110dB)，G=1时的最大非线性增益为0.001%，典型输入阻抗为10 9。AD522使用了自动激光调整的薄膜电阻，因而公差小、损耗低、体积小、性能可靠。同时，AD522还具有单片电路和标准组件放大器的最好特性，是一种高性价比的放大器。为适应不同的精确度要求和工作温

16、度范围，AD522提供有三种级别。其中“A”和“B”为工业级，可用于-25+85。“S”为军事级，用于-55+125。AD522可以提供四种漂移选择。输出失调电压的最大漂移随着增益的增加而增加。失调电流漂移所引起的电压误差等于失调电流漂移和不对称源电阻的乘积。另外，AD522的非线性增益将随关闭环增益的降低而增加。AD522放大器的共模抑制比的测量环境条件为10V,使用阻值为1k的不对称电阻。在低增益情况下，共模抑制比主要取决于薄膜电阻的稳定性，但由于增益带宽的影响，AD522在60Hz以下频率时相对比较恒定。但在有限的带宽中，AD522的相移将随着直流共模抑制比的升高而增加。在动态性能方面，

17、AD522的稳定时间、单位增益带宽和增益成正比。3 采样定理与抗混滤波在计算机数据采集系统中，信息总是用离散信号来表示的，而在生产和科学研究中经常遇到的各种信号往往都是连续信号。而通过对信息的采样可以将连续信息离散化。采样定理是数据采集系统的理论支持。采样过程可以看作为脉冲调制过程，采样开关可看作调制器。3.1采样定理 采样定理决定了采样信号的质量和数量；太小，会使的数量剧增，占用大量的内存单元；太小，会使模拟信号的某些信息被丢失，若将采样后的信号恢复成原来的信号，就会出现失真问题，影响数据处理的精度。因此，必须有一个的依据，以确保不失真地恢复原信号。这个依据就是采样定理。3.1.1采样定理设

18、有连续信号，其频谱为，以采样周期采得的采样信号为。如果频谱和采样周期满足下列条件：（1）频谱为有限频谱，即当时， （2） 或 则连续信号 （式1-1）唯一确定。式中。就是在采样时间间隔内能辨认的信号最高频率，称为截止频率，又称为奈奎斯特频率。采样定理指出，对一个具有有限频谱的连续信号进行采样，当采样频率为时，由采样后得到的采样信号能无失真地回复为原信号。3.3.2 采样定理中的两个条件的物理意义条件（1）的物理意义是：连续模拟信号的频率范围是有限的，即信号的频率在之间。条件（2）的物理意义是：采样周期不能大于信号周期的一半。采样定理为数据采集系统确定采样频率提供了理论依据。只要遵守采样定理，一

19、般情况下是能够由采样信号不失真地恢复出原模拟信号。3.2频率混叠3.2.1 频混的产生一般来说，采样定理在时是不适用的。另外，当时，还容易产生频率混淆现象（简称频混）。采样定理严格地规定了采样时间间隔的上限，即。如果取的过大，使时，将会发生中的高频成分（）被叠加到低频成分（）上去的现象，这种现象称为频混。不产生频混现象的临界条件是。或者说，当采样间隔一定时，不发生频混的信号最高频率。信号中能相互频混的频率为 （） （式1-2）式中，、为能相互混淆的频率。3.2.2频混的消除为了使采样信号的频谱不失真，在采样时一定要满足采样定理的两个条件。为了满足采样定理的两个条件，有两个方法：一是要提高采样频

20、率；二是要对连续信号进行低通滤波，以去除引起混频的高频成分。实际上，由于信号频率都不是严格有限的，而且实际使用的滤波器也都不具有理想滤波器在截止频率处的垂直截止特性，故不足以把稍高于截止频率的频率成分衰减掉。所以，在信号分析中，常先经消除频混滤波器滤波，然后将采样频率提高到，再对信号进行采样和处理。3.4有源滤波器有源滤波器是指用运算放大器作为电压源或电流源，配上RC网络构成的有源网络。有源滤波器有能源补充，因而可以完全不顾及网络的损耗。有源低通滤波器广泛应用于模数转换（A/D）与数模转换（/A）的过程中。为了避免信号失真，输入到A/D转换器的信号频率必须小于，经D/A处理之后的输出信号必须是

21、平滑的，这都需要由较理想的低通滤波器来实现。有源滤波器具有：良好的反馈稳定性；较低的传输阻抗；较理想的频响；较强的抗干扰能力；电路设计简单的优点。一个理想滤波器的幅度响应在要求的通带内应具有均匀而稳定的增益，而在通带以外则具有无穷大的衰减。这在物理上不可能实现。然而，可以采用各种传递函数逼近理想滤波器的频率特性。一般，所需设计滤波器的传递函数表示为： （式1-3）典型一阶、二阶低通滤波器传递函数的标准形式为： ， （式1-4）其中，A是电压增益；是截止角频率；Q是品质因数。任意的传递函数均可由若干一阶滤波环节和二阶滤波环节构成，即滤波器的级联实现，其传递函数为： （式1-5）所以可以利用典型的

22、一阶和二阶滤波环节构建任意高阶的滤波器。3.4.1三种常用有源滤波器的比较巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和贝塞尔（Bessel），具有相同的基本组成，即电阻R、电容C和运算放大器，但通过各器件的信号和输出量是有区别的，关键在于转折频率及运算放大器的增益。此三种滤波器的复频响应曲线如下图1-5所示图1-5 复频响应曲线巴特沃斯滤波器是最简单的一种，只要保证处的转折频率不变，即不变，R和C的数值的选择有较大的自由度。贝塞尔滤波器的增益和时间常数都是不同的，因为，是标准化系数，是转折频率。切比雪夫是复杂的一种，因为传递函数的极点分布要复杂得多。3.4.2切比雪夫滤

23、波器切比雪夫滤波器具有两种形式：振幅特性在通带内是等波纹的、在阻带内是单调的切比雪夫型滤波器；振幅特性在通带内是单调的、在阻带内是等波纹的切比雪夫型滤波器。采用何种形式切比雪夫滤波器取决于实际情况。N阶切比雪夫型滤波器的幅度平方函数用表示： （式1-6）式中，为小于1的正数，表示通带内幅度波动的程度，愈大，波动幅度也愈大。称为通带截止频率。令，称为对的归一化频率。称为N阶切比雪夫多项式，定义为 （式1-7）当N=0时，；当N=1时，；当N=2时，；当N=3时，。由此可归纳出高阶切比雪夫多项式的递推公式为 （式1-8） 切比雪夫型滤波器的多项式特点：（1）切比雪夫多项式的过零点在的范围内；（2）

24、当时，在范围内具有等波纹性；（3）当时，是双曲线函数，随x单调上升。在不允许通带内有波纹的应用中，显然，巴特沃斯型比切比雪夫型更可取。然而，当给定N值和通带内允许的偏差时，切比雪夫滤波器是所有全极型滤波器中最好的，因为它由通带到阻带内给定衰减值所需的过渡带最小。3.5低通切比雪夫滤波器的设计3.5.1 传递函数的计算在本次课程设计中，信号频率为50300Hz，干扰频率550650Hz。有用信号频率与干扰信号频率之间的过渡带较窄，所以选用切比雪夫低通滤波器滤波器。通带增益=1。所以选用了切比雪夫型滤波器。通带截止频率，通带最大衰减选，阻带截止频率，阻带最小衰减选。（1）该滤波器的技术要求： ，

25、， ， （2）阶数N和： （式1-9） （式1-10），取 （式1-11）（3）求归一化的传输函数： （式1-12）由公式 （式1-13）求出时的归一化极点： （式1-14） 将上述归一化极点带入，得到： （式1-15）将去归一化后的传数函数为 （式1-16）得到： （式1-17）3.5.2电路设计 在电路设计中，高阶滤波器通常采用一阶或二阶滤波器级联来完成。本次课程设计中，是8阶低通滤波器，所以采用4个二阶低通滤波器来实现。本次课设使用的二阶滤波器电路是萨伦基（Sallen -Key）电路。萨伦基电路看作是压控电压源低通滤波器，因为它是用一个运算放大器和适当连接的两个电阻构成一个压控电压源。

26、如下图1-6所示。图1-6 萨伦基电路在二阶低通滤波器的情况下，传递函数可写为 （式1-18）这里运算放大器和电阻及构成压控电压源。高阶偶次滤波器可由两个或多个二阶滤波器级联组成。传递函数必须被因式分解为式1-16所示的二阶函数的乘积。分析图1-6可见，得到式1-16的条件是 （式1-19） （式1-20） （式1-21）这里是压控电压源的增益，它也是滤波器的增益。对于给定的增益和系数和，电容和 及电阻、和 实际值的选定一定要满足上式。由于在本次课设中，通带增益为1，所以各级滤波器的增益都为1，由于=1，所以，选择开路。由于传递函数中还有，所以需要先用一个比例运算放大电路，然后再用4级二阶压控

27、电压源滤波器。（1）比例运算放大电路（如下图1-7所示）根据附表1中的标准电阻值，选，图1-7 比例运算放大器分析上述电路图，可得： （式1-21）（1）第一级二阶滤波器 （式1-22） （式1-23） （式1-24） 由式1-23、1-24可得：选 则 计算得 ， 选E24系列中的。（3）第二级二阶滤波器 （式1-25） （式1-26） （式1-27） 由式1-26、1-27可得：差附表1和附表2，选，则 计算得 ， 选E24系列中的。（4）第三级二阶滤波器 （式1-28） （式1-29） （式1-30） 由式1-29、1-30可得：查附表1和附表2，选 ，则 计算得 ， 选E24系列中的。

28、（5）第四级二阶滤波器 （式1-31） （式1-32） （式1-33）由式1-32、1-33可得：查附表1和附表2，选 ，则 计算得 ， 选E96系列中的。（6）总的滤波器电路图如下图1-8所示：图1-8 8阶切比雪夫有源低通滤波器整体电路图4 模/数转换器模/数转换器是一种器件，它把采集到的采样模拟信号经量化和编码后，转换成数字信号并输出。因此，在将模拟量转换成数字量的过程中，模/数转换器是一核心器件，简称为A/D或ADC（analog to digital converter）。现在，A/D转换电路已集成在一块芯片上，所以应用比较方便。在本次课设中，选用了ADC0804。4.1 A/D转换

29、器芯片ADC0809ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型摸数转换芯片。分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为 5V。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线 上，无须附加逻辑接口电路。信号引脚ADC0809芯片为28引脚为双列直插式封装，其引脚排列见上图。对ADC0809主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START转换启动信号。START上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动

30、芯片，开始进行A/D转换；在A/D转换期间，START应保持 低电平。本信号有时简写为ST.A、B、C地址线。 通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系见表9-1。CLK时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500KHz的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高 OE输出允许

31、信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).4.2 AT89C51简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机

32、的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL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。AT89C51单片机的主要特性与MCS-51兼容；4K字节可编程闪烁存储器；寿命：1000写/擦循环；数据保留时间：10年；全静态工作：0Hz-24Hz；三级程序存储器锁定；1288位内部RAM；32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；片内振荡器和时钟电路； AT8

33、9C51单片机的引脚AT89C51引脚图如图1-11所示。各引脚定义：（1）VCC：供电电压。（2）GND：接地。（3）P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时， P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。 （4）P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电 流。 P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用 图1-11 AT89c51引脚作输入，P1

34、口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 （5）P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号

35、和控制信号。 （6）P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表1-2表示：表1-2 P3口引脚的特殊功能引脚名称功能引脚名称功能10P3.0/RXD串行输入口14P3.4/T0记时器0外部输入11P3.1/TXD串行输出口15P3.5/T1记时器1外部输入12P3.2/INT0外部中断016P3.6/WR外部数据存储器写选通13P3.3/INT1外部中断117P3.7

36、/RD外部数据存储器读选通P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 （7）RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。 （8）ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该

37、引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 （9）/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。 （10）/EA/VPP：当/EA保持低电平时，在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 （11）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 （12）XTAL2

38、：来自反向振荡器的输出。4.3.硬件连接ADC0804芯片内含三态输出缓冲器，且片外有三态缓冲器控制端OE，它的输出端可以直接接到微机的数据总线上，只需解决通道选择、启动转换和输出允许的控制信号即可。画出ADC0804与8051单片机的接口电路如下图1-12所示。 在硬件设计中，显示采用两种方式进行切换。一种是用四位一体7段码LED进行动态显示，另外一种是用波形器显示波形4.3.软件实现实现上述电路图的C语言源程序如下： #include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/各数字的数码管段码（共阴）uchar code DS

39、Y_CODE=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;sbit CLK=P13;/时钟信号sbit ST=P12;/启动信号sbit EOC=P11;/转换结束信号sbit OE=P10;/输出使能/延时void DelayMS(uint ms)uchar i;while(ms-) for(i=0;i120;i+);/显示转换结果void Display_Result(uchar d)P2=0xf7;/第4个数码管显示个位数P0=DSY_CODEd%10;DelayMS(5);P2=0xfb;/第3个数码管显示十位数P0=DSY_CO

40、DEd%100/10;DelayMS(5);P2=0xfd;/第2个数码管显示百位数P0=DSY_CODEd/100;DelayMS(5);/主程序void main()TMOD=0x02;/T1工作模式2TH0=0x14;TL0=0x00;IE=0x82;TR0=1;P1=0x3f;/选择ADC0809的通道3（0111）（P1.4P1.6）while(1)ST=0;ST=1;ST=0;/启动A/D转换while(EOC=0);/等待转换完成OE=1;Display_Result(P3);OE=0;/T0定时器中断给ADC0809提供时钟信号void Timer0_INT() interru

41、pt 1CLK=CLK; 5 利用RS-232C实现上位机与下位机的通信采用串行端口采集数据，即在各个生产参数监测点分别设置数据采集模块，使得模拟信号的传输线路不长，降低分布参数以及干扰的影响，保证A/D转换的精度。由采集模块采集模拟信号并转换成数字信号，然后通过串行通信线、串行端口（RS232）传送到计算机，将较好地解决板卡采集数据存在的问题。5.1 RS-232C简介RS-232是目前被广泛应用的异步串行数字通信电气标准，由电子工业协会EIA（Electronics Industry Association）制定。RS-232串行接口是一个25针插头（座），其针脚定义如下表1-3所示。表1-3 RS-232C标准信号针脚符号功能针脚符号功能1保护地14第二通道发送数据2TXD发送数据15传输信号单元定时3RXD接收数据16第二通道接收数据4RTS请求发送17接收信号单元定时5CTS清除发送18未分配6DSR数据准备好19第二通道请求发送7GND信号地20DTR数据终端准备就绪8DCD接收线路信号检测