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1、河南工程学院毕业设计（或论文）河南工程学院毕业设计（论文）题 目：数据采集系统学生姓名_系（部）_专 业_指导教师_年 月 日22摘 要在工业控制领域，常常需要采集大量的现场数据，然后传输给主机进行处理。而目前数据传输通常使用的是RS485或者是CAN等网络。这些网络均基于有线传输，他们在使用中不仅要考虑成本因素，还要考虑数据传输中的干扰因素。而无线传输相对具有一定的优势，成本相对低，并且传输中的干扰也较少，这也在一定程度上提高了传输的可靠性。设计了一个基于单片机ATC89C2051无线传输模块的数据采集系统。该实例对其他相类似的无线数据采集、无线数据传输应用具有一定的参考价值关键字: A/D
2、转换 单片机数据采集AT89C2051AbstractIn the industrial control domain, needs to gather the massive field data frequently, then the transmission carries on processing to the main engine. What but present data transmission usual use is RS485 or is networks and so on CAN. Not only these networks based on the wir
3、e transmission, they need to consider the cost element in the use, but must consider in the data transmission the disturbance factor. But transmits wireless has certain superiority relatively, the cost is relatively low, and transmits the disturbance to be also few, this also to a certain extent enh
4、anced the transmission reliability. Has designed one based on the monolithic integrated circuit ATC89C2051 wireless transmission module data acquisition system. This example to other similar wireless data acquisition, the wireless data transmission application has certain reference value Key words:
5、A / D converter SCM Data Acquisition AT89C2051目 录引言1第一章 系统设计2第二章 硬件电路3第一节、数据采集与无线发射电路3一、传感器3二、A/D转换器TC144333三、数据采集与并/串转换电路4四、无线发射模块TX315A-T014第二节、无线接收与数据显示电路4第三节、AT89C205芯片简介5一、AT89C2051主要性能5二、AT89C2051的结构框图6三、AT89C2051的引脚说明7四、AT89C2051在计时器中的应用9第三章 软件设计13第一节、数据采集与发送程序13第二节、数据接受与显示程序14第三节、程序清单15一、数据采
6、集与发送程序15二、外部中断程序15三、数据接收与显示程序16四、串行口中断服务程序17五、显示子程序18六、延时子程序18第四章 电路调试19结束语20参考文献21致谢22引言在工业控制现场，常常需要采集大量的现场数据，如电压、电流、温度、湿度、气压等，并将这些数据采集模块采集的数据传输到主机进行处理，由主机根据处理的结果，将控制信号传输给现场执行模块进行各种操作。目前数据的传输基本是基于有线的网络，如RS485，CAN等。这些有线的网络一般具有成本比较高、维护不方便等缺点。而无线传输相对具有一定的优势，如成本低、可靠性高、维护方便等。本文介绍一个基于AT89C2051的无线数据采集系统。通
7、过本系统，不仅能了解数据采集的一般过程以及一般数据采集系统的构成，还能了解LM35D温度传感器、TC14433A/D转换器、无线接收模块TX315A-R01的功能。综合利用所学集成电路的工作原理和使用方法，在单元电路的基础上进行小型数字系统设计。使用集成电路芯片，设计并实际组装一个十分钟内的数字计时器,可以完成0分00秒9分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有开机凊零、快速校分、整点报时及定时和动态显示的功能。通过综合实验，加深对数字逻辑电路基本概念的理解，掌握数字电路设计的一般方法，进一步培养分析问题解决问题的能力和实际动手能力，提高设计电路和调试电路的实验技能。第一章 系统设计如图1
8、-1所示是一种简单数据采集无线传输系统的原理图。传感器检测到的信号通过A/D转换后，由单片机进行采集并通过 串行口TXD输出，无线发射模块进行ASK调制和发射。无线接收模块接收和解调后，送单片机串行口RXD，从并行口输出，进行数字显示。图1-1 系统原理方框图第二章 硬件电路第一节、 数据采集与无线发射电路如图2-1所示，是一温度遥测为例设计的数据采集与无线发射电路。采用不同的传感器可实现不同的遥测。图2-1 数据采集与无线发射电路一、传感器温度传感器采用内含放大的集成温度传感器LM35D。LM35D集成温度传感器是一种电压型集成温度传感器。它的测温范围是4-100 ，输出电压直接与摄氏温度成
9、正比，灵敏度为1OmV/ 。LM35D输出电压与温度的线性关系较好，其精确度为1 。电源电压为4-2OV，典型应用值为9V。LM35D是一种内部电路已校准的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，线性度好，灵敏度高，精度适中。其输出灵敏度为10.0MV，精度达0.5。其测量范围为-55150。在静止温度中自热效应低(0.08)。工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作，且耗电极省，工作电流一般小于60uA，输出阻抗低，在1MA负载为0.1二、A/D转换器TC14433TC1433为3位半双积分式A/D转换器，与单片机接口方便，可广泛用与慢速测控系统。三、数据采集与并/串转换电路A
10、T89C2051是一种高性能价格比单片机，仅有P1口和P3口，体积小，特别适合数字测量或遥测系统。每次转换结束，TC14433的EOC输出的数据锁存信号经VT4反相后，作用于AT89C2051的外部0输入端P3.2请求中断，AT89C2051的P1口进行数据采集，存入指定单元，由串行口TXD发送。四、无线发射模块TX315A-T01该模块采用ASK调制方式，载波 频率为315MHZ，工作电压为312V，与无线接收模块TX315A-R01配合使用，传输距离为几米到几 十米。第二节、无线接收与数据显示电路无线接收与数据显示电路如图2-2所示。1、TX315A-R01是与TX315A-T01配套使用
11、的无线接收模块，为超外差接受方式。它只有电源，解调输出和无线几根引线。解调输出的串行数据经VT1放大提高逻辑摆幅后送单片机串行口RXD 2、数据接受与串/并转换电路AT89C2051将接受的数据存入暂存单元。四位全部接收完毕，送显示缓冲区。P1口的低字节输出BCD码，高字节输出显示位扫描信号。3、译码与显示电路该电路采用CD4511将BCD码译为7段显示杩，驱动LED数码显示器，简化了程序。最高位只接不b，c段，负号由g段显示，显示千位时，若P1.2为0，则表示数据为负值，VT2截止，g段亮。该系统中，由于传感器与放大器输出模拟信号代表的温度灵敏度为10MV/，故小数点点在十位上，显示分辨率为
12、0.1图2-2 无线接收与数据显示电路第三节、AT89C205芯片简介AT89C2051内部结构与功能：一、AT89C2051主要性能AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的8位单片机,它具有如下主要特性： 和MCS-51产品的兼容 2K字节可重编程闪速存储器 耐久性：1,000写擦除周期 2.7V6V的操作范围 全静态操作：0Hz24MHz 两级加密程序存储器 1288位内部RAM 15根可编程I/O引线 两个16位定时器/计数器 六个中断源 可编程串行UART通道 直接LED驱动输出 片内模拟比较器 低功耗空载和掉电方式图2-3：AT8
13、9C2051内部结构图二、AT89C2051的结构框图AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。如图2-4所示。它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS51指令集和引脚结构兼容。通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMEL AT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。 图2-4 AT89C2051的结构框图此外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外）,引脚RST、XTAL1、XTAL
14、2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。 三、AT89C2051的引脚说明AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,引脚如图10.1所示,与8051内部结构进行对比可发现,AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。 AT89C2051芯片的20个引脚功能为： 1、 Vcc：电源电压。 2、 GND：地。 3、 P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2P1.7提供内部上拉电阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(
15、AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。当引脚P1.2P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。 P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。 4、 P3口：P3口的P3.0P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL
16、)。 P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表10-1所示。 P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 5、 RST：复位输入。RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。 6、 XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。 7、 XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。 表2-1 P3口的功能P3口引脚 功能 P3.0 RXD(串行输入端口) P3.1 TXD(串行输出端口) P3.2 INT0(外中断0) P3.3 INT1
17、(外中断1) P3.4 TO(定时器0外部输入) P3.5 T1(定时器1外部输入) P3口引脚 功能 P3.0 RXD(串行输入端口) P3.1 TXD(串行输出端口) P3.2 INT0(外中断0) P3.3 INT1(外中断1) P3.4 TO(定时器0外部输入) P3.5 T1(定时器1外部输入) 从上述引脚说明可看出,AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号,因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备,也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。四、AT89C2051在计时器中的应用计时
18、器在生活非常有用，用单片机自制，不但电路简单，而且功能可根据需要自行设计。由74系列、40系列小规模数字芯片设计的计时器非常多，但有显示不直观（无LED数码管）；调整参数不灵活；计时精度低（采用RC振荡）等缺点。在此向大家介绍如何用89C2051单片机自制倒计时器的方法。（一）功能介绍1、独立的三路倒计时。均可独立设置启动、关闭。2、范围：020小时，可任意设定。关机后数据不丢失。计时精度高：0.1S3、独立的三路输出：（1）:第1路 蜂鸣器输出： 15S（2）:第2路 PNP晶体管输出：5S（3）:第3路 PNP晶体管输出：直致关机工作原理图如图2-5图2-5 工作原理图电路见图2-5整机由
19、89c2051、三位LED数码管、K1-K4、R、T等元器件组成。89C2051内部T1定时器完成100mS定时中断功能。为了减少硬件，由89C2051的P1口直接输出LED的段码，BCD转换由软件完成。位选码由P3.0，P3.1，P3.7输出。键盘扫描与LED位选码的脚共用。由于89C2051的灌入电流：20mA。故直接驱动：蜂鸣器、PNP晶体管。LED数码管采用共阴高亮型，LED1数码管要旋转180度。因为要显示：“19：99”，而只有三位数码管，因此用第三位的数码管的小数点表示“1”。（二）软件编制在T1中断程序中做一个软时钟，在定时处理程序不断查寻时间，并根据每路的启动状态，判别是否要
20、减数。每路倒计时到0后，均要判别其它两路是否已启动。如果没有启动，则CPU进入掉电模式，电流1.5uA，因此电路中无电源开关，再次启动，由K4(复位键)完成。每路倒计数的初值、启动状态（是否开始倒计数），均可单独设定并存在89c2015的RAM中，只要不断电，数据不会改变。（三）操作说明电路中设有K1K4四个开关：1、功能如下：K1：定时路数切换。上电：LED显示第1路定时时间，按下k1，LED显示第1路定时启动状态： 【F】表示：关 。【n】表示：开。再按下K1后，依此进入第2路、3路的设置，最后进入关机状态。 LED显示：【OFF】，K3按下则关机。K2：小时位加1。当超过9小时后，LED
21、1的小数位亮。表示“1”，因此LED显示最大的定时时间：19小时。LED1安装时要倒过来，而且最好用绿色的。K3：分位加1 、 启动状态切换【F-n-F】、关机确认。（1）当LED数码管显示定时时间时，按下K3则相应路数的分位加1。范围：059分钟。（2）当LED数码管显示【1.F】或【2.F】或【3F】时，按下K3则【F】变为【n】，再次按下K3则【n】变为【F】，一旦进入【n】则相应路数的倒计时就启动。（3）当LED数码管显示【OFF】时，表示CPU已处于关机模式，只要按下K3，则CPU进入掉电模式。K4：复位 复位89C2051，把MCU从掉电模式拉出重新启动。以上电路定时初值及启动状态
22、均可时时改变。2、定时初值及启动状态的设定:三路定时初值及启动状态均可一次设置好，方法如下：（1）K1K3键任意键按下不松约5s后，LED数码管显示开始闪烁，表示已进入初值和启动状态设定模式。（2）通过K1-K3的操作，可对三路的定时初值及启动状态进入设定。（四）注意事项1、 当MCU用6MHz晶振时，工作电压可在2.6-5.5V之间。2、 外接继电器，请注意工作电压，及晶体管的保护。第三章 软件设计第一节 数据采集与发送程序TC14433的EOC有效时，按千、百、十、个位进行数据采集，4位全部采集完毕后再由串行口发送。图3-1所示是数据采集与发送程序流程图。图3-1：数据采集与发送程序流程图
23、第二节、 数据接受与显示程序在主程序中调用显示子程序等待串行口中断。4位全部接收完毕后，送显示缓冲区更新显示数据。图3-2所示是数据接收与显示程序流程图。（a）主程序流程图 （b）串行口中断服务程序流程图图3-2：数据接收与显示程序流程图第三节、 程序清单=一、数据采集与发送程序=ORG 0000H JMP MAIN ；转主程序ORG 0003H JMP INTL0 ；转外部中断0程序ORG 0100HMAIN： MOV SP，#50H ；设置堆栈指针MOV SCON，#40H ； UART工作在方式1 MOV TMOD，#20H ；T1工作在方式2 MOV TCON，#01H ；外部中断0负
24、跳变有效MOV TH1，#0E6H ；波特率为1200BdMOV TL1，#0E6HMOV IE，#81H ；允许外部中断为0中断CLR ET1 ；禁止T1中断SETB TR1 ；启动T1MOV R0，#20H ；存放数据首地址MOV R2，#04H ；数据块长度HERE： SJMP HERE ；等待中断=二、外部中断程序=INTL0： MOV A，P1 ；读入数据 JNB ACC.4，INTL1 ；不是千位在读 MOV 20H，A ；是千位，存入20HL2： MOV A，P1 ；读入数据 JNB ACC.5，L2 ；不是百位在读 MOV 21H，A ；是百位，存入21HL3： MOV A，P
25、1 ；读入数据 JNB ACC. 6，L3 ；不是十位在读 MOV 22H，A ；是十位，存入22HL4： MOV A，P1 ；读入数据 JNB ACC.7，L4 ；不是个位再读 MOV 23H，A ；是个位，存入23HLOOP1： MOV A，RO ；取一个已采集的数据 MOV SBUF，A ；发送WAT： JBC T1，LOOP2 ；发送完，转LOOP2 JMP WAT ；未发送完等待LOOP2： INC R0 ；修改地址 DJNZ R2，LOOP1 ；所有数据未发送完继续 MOV R0，#20H ；所有数据发完一遍 MOV R2，#04H ；重装数据块长度 RETI ；中断返回 END=
26、三、数据接收与显示程序= ORG 000H ；转主程序 JMP MAIN ORG 23H JMP UARTI ；转串行口中断服务程序 ORG 0100HMAIN； MOV SP，#50H ；设置堆栈指针 MOV SCON，#50H ；UARTI方式1允许接受 MOV TMOD，#20H ；T1工作方式2 MOV TH1，#0E6H ；波特率为1200Bd MOV TL1，#0E6H MOV IE，#90H ；允许串行口中断 CLR ET1 ；禁止T1中断 SETB TR1 ；启动T1 MOV R2，#04H ；数据快长度 PLAY； LCALL DIS ；调用显示子程序，等待中断 SJMP P
27、LAY=四、串行口中断服务程序=UART1； CLR R1 ；接收完一个数，清标志 MOV A，SBUF ；将接收的数据送入A JNB ACC.4，L1 ；不是千位，转L1 MOV 20H，A ；是千位存入20HL1； JNB ACC.5，L2 ；不是百位，转L2 MOV 21H，A ； 是百位，存入21HL2； JNB ACC.6，L3 ； 不是十位，转L3 MOV 22H，A ；是十位存入22H LOOP JNB ACC.7，LOOP ；不是个位，转LOOP MOV 23H，A ；是个位，存入23H DJNZ R2，LOOP ；数据全接收完， MOV 30H，20H ；全接收完，存显示缓冲
28、区 MOV 31H，21H MOV 32H，22H MOV 33H，23HLOOP； RET1 ；中断返回=五、显示子程序=DIS； MOV P1，30H ；显示千位及符号 ACALL DL1M ；延时 MOV P1，31H ；显示百位 ACALL DL1M ；延时 MOV P1，32H ；显示十位 ACALL DL1M ；延时 MOV P1，33H ；显示个位 ACALL DL1M ；延时 RET ；显示子程序返回=六、延时子程序=DL1M MOV R5，#014HDL1 MOV R6，#08HDL2 DJMZ R6，DL2 DJNZ R5，DL1 RET END第四章 电路调试调节如图4-
29、1所示电路中的RP1，使TC14433的基准电压Vref=2v;将测温元件LM35D密封并置于0的冰水中，接收电路显示00.0；再将测温元件置于100的沸水中，接收电路显示100.0，即1000mv对应100.0。当用于其他的测量时，调试方法类。图4-1：数据采集与无线发射电路结束语本文采用低价格的单片机与无线发射模块TX315A-T01相结合构成的无线传输系统，该系统采用微机技术，水平高，技术先进，结构简单，成本底，安置容易，系统无人值守，属傻瓜型，可靠性高，便于使用和维护。特别适合对地点分散，相距遥远的众多测点进行集中实时监测，广泛应用于调度及管理系统。使用该系统可完全排除了人为对计量的干
30、扰，根除了假数和错数，提高了监测质量，使各个监测点的数据自动进入微机系统，从而真正实现了监测计量系统的自动化和微机化，是计量监测系统的更新换代产品。该系统可广泛应用于大中型工矿企业的计量监测系统，物流量的监测系统，油田煤气，自来水 ，水利，环保及其它远程监测系统等领域。参考文献1 余永权ATMEL89系列单片机应用技术M北京：航空航天大学出版社，20022 胡汉才单片机原理与接口技术M北京：清华大学出版社，19963 李广第单片机基础M北京：航空航天大学出版社，19984 何立民单片机应用技术选编M北京：航空航天大学出版社，19985 梅丽凤；王艳秋 ；汪毓铎；张军编著单片机原理及接口技术清华
31、大学出版社/北京交通大学出版社；6 孙肖子等编 现代电子线路和技术实验简明教程 高等教育出版社7 蒋立平编著 数字电路 南京 南京理工大学翻印8 李银华等编著 电子线路设计指导 北京 北京航空航天大学出版社 2005年9 王建新 姜萍编著 电子线路实践教程 北京 科学出版社 2003年 10沈红卫 单片机应用系统设计实例与分析，北京航空航天大学出版社，200111 刘大茂单片机原理与应用（第1版） .上海：上海交通大学出版社，200012 周航慈，饶运涛单片机程序设计基础（第2版）北京：北京航空航天，2003致谢这三年来，我得到院领导和我们的专业老师对我的谆谆教诲和帮助，使自己多年来所学的理论
32、知识和实践做到有机的组合，进一步深化巩固自己的理论知识。同时也让我深深体味到电气是一种更新很快的行业，要想跟上时代，就得自我不断的努力，只靠在学校所学的东西是远远不够的，所以必须在以后的工作的中不断的学习，打下坚定的基础。本文是在陈涛老师精心指导和大力支持下完成的。陈老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。本论文从选题到完成，每一步都是在导师的指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于微生物发酵方面的知识，实验技能有了很大的提高。另外，我还要特别感谢同窗对论文写作的指导，他们为我完成这篇论文提供了巨大的帮助。同时再次感谢时常帮助我的老师们，在此我也衷心的感谢他。感谢所有校园里认识的和不认识的人，来过的和走了的人，愿你们珍惜握在手里的现在。
