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基于单片机的模拟量数据采集系统设计教学部工学一部专业自动化沈阳航空航天大学北方科技学院沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）摘要随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也得到了广泛的应用。微机 在通用自动化、信息处理、信息系统等方面得到广泛的应用。在冶金、化工、医疗 等应用场合，需要对很多信号进行采集，预处理，暂存和对上位机的传输。再由上 位机对数据进行分析处理。本文设计的模拟量采集系统采用上位机、下位机通信方式运行。由上位机实现 对下位机的控制和数据采集的显示，下位机实现模拟量的采集过程。下位机硬件设 计采用AT8 9c52单片机为控制核心，采用ADC08 08将模拟量进行转化为数字量进行 采集，完成了模拟量采集系统的硬件设计。采用RS-232进行串口通信。结果证明，该设计方法可行，实现了离散量采集系统的自动化，克服了传统数据采集的弊端，应用具有良好的前景和使用价值。关键词：模拟量采集系统；单片机；通信沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）AbstractAlong with the rapid d evelopment of computer technology and popularization,d ata acquisition system is also wid ely application.Microcomputer is wid ely applied in general automation,information processing and information system etc.S ignal acquisition,pretreatment,temporary and PC transmission is need ed by metallurgy,chemical,med ical care and other applications。The d esign is a d iscrete variables acquisition system with upper and lower operating mod e.The PC machine controls the lower machine and d isplay the d ate,and the lower machine realizes d ata collection.Hard ware d esign of d igital machines AT8 9C52 single-chip d esign Used for RS-232 serial communication,you can relay through the computer to control the realization of the bright lights out billiard s control and manual control switch can monitor.The results proved that the d esign method is feasible to achieve a billiard s automated agency management system to overcome the d rawbacks of trad itional management method s,the application has good prospects and the value.Keyword s:single chip;d ata acquisition system;communication沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）目录1绪论.11.1 课题背景.21.2 课题相关技术.21.3 课题任务及要求.51.4 课题内容及安排.52系统方案设计.72.1 方案设计原则.72.2 方案设计.73系统硬件设计与设备选型.93.1单片机模块.93.1.1 AT8 9C52 介绍.103.1.2单片机最小系统.163.2 A/D转换模块.183.2.1 A/D 转换.183.2.2 ADC08 08 介绍.183.3 输入模块.213.4 串口模块.223.5 电源模块.253.6 设备选型.264系统软件设计与实现.274.1 软件编程介绍.274.2 系统软件方案设计.29III沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）4.2.1 上位机设计部分.294.2.2 下位机设计部分.315系统集成与调试.345.1 Keil软件开发平台介绍.345.2 调试分析.355.3 调试步骤.355.4 故障调试及解决方式.355.5 联调结果.36结论.37社会经济效益分析.38参考文献.39致谢.41附录I原理图.42附录H元器件清单.43附录III程序清单.44IV沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）1绪论目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪 迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，广泛 使用的各种智能IC卡等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能 力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O 口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过 程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集，监视和记录，为提高产品质 量，降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态 信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益电子计算机的发展对通信起了巨大的推动作用.计算机和通信紧密结合可以构成 灵活多样的通信控制系统也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生 深刻的影响.数据通信是电子计算机广泛应用的必然产物.计算机与它的终端之间需 要数据通信,计算机与计算机之间更需要数据通信.此处在遥测,遥感,雷达，自动控制 等系统中都要用到计算机,因而都需要数据通信.在测量技术领域中，许多测量仪器的输入信号具有宽广的动态范围，在研制这类 智能仪器时，首要任务是将模拟输入信号转换为相应的数字量.充分利用MCS-51的 资源在软硬件协调控制下，对输入信号进行一系列的处理。在单片机实时控制和智能仪器等各种应用系统中，被控制或被测量地对象，往往 是一些连续变化的模拟量，如温度，压力，电流等。对模拟量系统数字控制的第一步 就是要对这些模拟量进行采集。单片机系统是整个数据采集电路的控制核心。在很多 工业应用场合中，单片机广泛的用于数据和控制。模拟信号采集系统可以应用到温度、电压、电流等模拟信号的采集中。沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计(论文)1.1 课题背景随着科学技术以及人们对新事物的认知程度的发展，模拟量数据采集已经迅速的 发展到了广泛的领域。电气化时代，带领着技术的革新，对于模拟量的采集也逐渐的 发生着变化。模拟量的采集应用在每一个电气化的领域，而对采集器的要求，也在逐 渐的发生了巨大的变化，发展趋势也由繁到简。有了模拟量采集系统，我们可以控制 信号的输出，从而改变生活质量。最开始的模拟量采集系统一般是指针式，人们根据指针的读数来确定信号的大 小。这样的系统本身就存在着误差，加上读数上的误差，可想而知结果会产生更大的 误差。而且指针接反很可能烧坏系统。后来的是数字式，如数字式电压表，将指针的两端搭在电器的两端，就可以测量 出电压的多少，直接的数字显示，这种电压表简洁易操作，便于携带，是我们的首选。而且很难烧坏。我们现在要研究的就是通过软件来实现模拟量的数据采集。适合于各个领域的模 拟量采集测量。通过上位机(PC)机的显示，将数字显示在电脑上，便于直接的采 集控制。该课题的研究主要是为了更好的对数据进行采集、分析、处理以及反馈。对自动 控制领域的帮助很大。1.2 课题相关技术基于单片机模拟信号采集系统采用上位机、下位机通信方式运行。上位机的任务 是发出采集信号以及完成对采集信号的显示，而下位机主要是执行上位机的指令，通 过控制模数转换器，将模拟信号转化为数字信号送给上位机。本课题主要应用到了信 号采集技术，A/D转化技术等1、数据采集技术随着电子测量技术与计算机技术的发展，面对各种检测对象和大量的测试点，需 要利用数据采集系统将多路被测量转换为数字量，再经过单片机或微型计算机进行数 据处理，实现实时监控。数据采集经常做成模块而且是典型的与PC机或控制器连接。他们被用于自动化的测试中，为其它测试装备采集数据、控制和循环检测信号。数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系 2沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非熟练人员进行操作，并且测试任务是 由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的 灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的 认可。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数 据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代中后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性 能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并 行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。20世纪80年代随着计算机的普 及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系 统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪器仪表和采集器、通用接口总线和 计算机等构成。例如，国际标准ICE625（GPIB）接口总线系统就是一个典型的代表。这 类系统主要用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标 准总线和计算机构成，例如：S TD总线系统就是这一类的典型代表。这种接口系统采 用积木式结构。把相应的接口卡装在专用的机箱内，然后由一台计算机控制。第二 类系统在工业现场应用较多。这两种系统中，如果采集测试任务改变，只需将新的 仪用电缆接入系统，或将新卡再添加到专用的机箱即可完成硬件平台重建。显然，这 种系统比专用系统灵活得多。20世纪80年代后期，数据采集系统发生了极大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统的成本降低，体 积减小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、航 空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高,出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统（DAS）O目前有的（DAS）产品精度已 达16位,采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集技术已经成为一种专门的技术,在工业领域得到了广泛的应用。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据 不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系 统，迅速地组成一个新的系统。该阶段并行总线数据采集系统向高速、模块化和即插即用方向发展，典型系统有VXI总线系统，PCI、PXL总线系统等，数据位已 达到32位总线宽度，采样频率可以达到lOOMS ps。由于采用了高密度，屏蔽型，针孔 式的连接器和卡式模块，可以充分保证其稳定性及可靠性，但其昂贵的价格是阻碍它 3沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）在自动化领域普及的一个重要因素。但是，并行总线系统在军事等领域取得了成功 的应用。串行总线数据采集系统向分布式系统结构和智能化方向发展，可靠性不断提 高。数据采集系统物理层通信，由于采用RS 48 5、双绞线、电力载波、无线和光纤，所以其技术得到了不断发展和完善。其在工业现场数据采集和控制等众多领域得到 了广泛的应用。由于目前局域网技术的发展，一个工厂管理层局域网，车间层的局域 网和底层的设备网已经可以有效地连接在一起，可以有效地把多台数据采集设备联在 一起，以实现生产环节的在线实时数据采集与监控。2、A/D转化技术A/D转换亦称“模拟数字转换器”，简称“模数转换器”。将模拟量或连续 变化的量进行量化（离散化），转换为相应的数字量的电路。A/D变换包含三个部分：抽样、量化和编码。一般情况下，量化和编码是同 时完成的。抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程，量化是将模拟信号在幅度上离散 化的过程，编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。随着数字技术，特别是信息技术的飞速发展与普及，在现代控制。通信及 检测等领域，为了提高系统的性能指标，对信号的处理广泛采用了数字计算机 技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量（如温度。压力。位移。图像等），要使计算机或数字仪表能识别。处理这些信号，必须首先将这些模拟信号转换 成数字信号；而经计算机分析。处理后输出的数字量也往往需要将其转换为相 应模拟信号才能为执行机构所接受。这样，就需要一种能在模拟信号与数字信 号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或 ad c,analog to d igital converter）o为确保系统处理结果的精确度，A/D转换器必须 具有足够的转换精度；如果要实现快速变化信号的实时控制与检测，A/D转换器 还要求具有较高的转换速度。转换精度与转换速度是衡量A/D转换器的重要技 术指标。随着集成技术的发展，现已研制和生产出许多单片的和混合集成型的 A/D转换器，它们具有愈来愈先进的技术指标。A/D转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理 和采用工艺技术不同，因此生产出种类繁多的A/D转换芯片。A/D转换器按分辨 率分为4位。6位。8位。10位。14位。16位和bed码的31/2位。51/2位等。4沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）按照转换速度可分为超高速（转换时间W330ns）,次超高速（3303.3|j s）,高速（转换时间3.3333kl s）,低速（转换时间330|j s）等。A/D转换器按照转换原理 可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器。所谓直接A/D转换器，是把模拟信 号直接转换成数字信号，如逐次逼近型，并联比较型等。其中逐次逼近型A/D 转换器，易于用集成工艺实现，且能达到较高的分辨率和速度，故目前集成化 A/D芯片采用逐次逼近型者多；间接A/D转换器是先把模拟量转换成中间量，然 后再转换成数字量，如电压/时间转换型（积分型），电压/频率转换型，电压/脉 宽转换型等。其中积分型A/D转换器电路简单，抗干扰能力强，且能做到高分 辨率，但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关。基准电压源。时钟电路。译码器和转换电路集成在一个芯片内，已超出了单纯A/D转换功能，使用十分 方便1.3 课题任务及要求单片机数据采集系统是计算机在工业控制中最为普遍的应用系统,它的任务是采 集生产过程中的各种工况参数经过处理后送入内存储器,CPU再对这些参数数据进行 分析,运算和处理。本系统由上位机和下位机组成，上位机负责数据的显示和系统的管理，下位机由 单片机控制板构成，负责数据的采集。上位机可以采用VB编程，下位机采用AT8 9CS 52 系列单片机和ADC08 08等芯片组成，采用C语言编程实现。实现多路模拟量数据采集 功能。1.4 课题内容及安排本课题主要是完成模拟信号的数据采集硬件设计，其中下位机接受来自上位机发 出的指令，通过A/D转换器将模拟信号转化为数字信号，传送给上位机，来实现数据 采集的目的。具体内容安排如下：第1章为绪论，着重介绍了单片机控制的数据采集系统的发展趋势。提出了本课 题的研究意义，说明了本文所要研究的问题及目标；第2章为系统整体方案设计，详细介绍制作初期对各个组成部分方案的论证和选 择，不同方案的优缺点都做了一定的介绍，对所选择的方案做了比较详细的说明；第3章是硬件设计，根据任务书的要求，主要介绍了控制电路的设计，电路原理,以及它在整个系统中的地位和作用;5沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）第4章是软件设计部分，介绍了软件设计所用的C语言、系统的主流程图和子函 数的流程图。具体程序见附录；第5章是系统调试部分，介绍了系统调试的过程以及调试过程中遇到的问题，解 决的方法等；第6章是结论，总结了本课题中所研究的问题，解决的问题。本课题的不足之处 和有待改进的部分。6沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）2系统方案设计数据采集系统一般由数据输入系统，数据存储与管理，数据处理，数据输出及显 示这四个部分组成。据输入系统将模拟信号发送到ADC0908,ADC08 08将信号输入系统发送来的模拟 信号转化为数字信号，以便于单片机的处理。ADC08 08将数字信号传送给单片机，单 片机对信号进行采集，之后传送到上位机上，上位机对传送来的采集信号进行显示。PC给单片机发送信号，完成通信，单片机开始接收信号。逐次的发送给A/D转 换器，将模拟信号转换为数字信号，传送给单片机进行处理，然后通过上位机进行显 ZjS O2.1 方案设计原则本次设计方案应符合以下原则：1、经济合理。系统的硬件设计中，一定要注意在满足性能指标的前提下，尽可 能的减少成本；2、安全可靠。选择元器件时要考虑到周围环境的影响，以保证在规定的工作环 境下，系统性能稳定，工作可靠；3、有足够的抗干扰能力。有完善的抗干扰能力，是保证系统精度、工作正常和 不产生错误的必要条件；4、可扩展性；5、操作性能好，方便用户使用。2.2 方案设计根据课题的要求，本系统是通过PC机来控制模拟量的采集及其显示。数据输入 系统将模拟信号发送到ADC08 08,ADC08 08将信号输入系统发送来的模拟信号转化为 数字信号，以便于单片机的处理。ADC08 08将数字信号传送给单片机，单片机对信号 进行采集，之后传送到上位机上，上位机对传送来的采集信号进行显示。7沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）图2.1设计方案结构框图PC给单片机发送信号，完成通信，单片机开始接收信号，信号的输入将模拟信,逐次的发送给A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号，传送给单片机进行处理，然 后通过上位机进行显示。这个设计方案有较高的可行性，不受环境的影响，系统硬件体积小、精度高、性 能稳定、操作方便、运行操作简单、设计成本较低。由于采用的器件都是已经非常普 遍的器件，大多数已经批量生产，并且价格也十分低廉，如AT8 9c52单片机和MAX232 等。这就意味着所选择使用的器件功能比较强大、稳定，尤其是本次设计的核心元件 AT8 9c52单片机，软件配合度高，并具有种类齐全的支持芯片。这类微处理器既可用 作控制器又适合于做数据处理，而且成本也甚是低廉。8沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）3系统硬件设计与设备选型根据课题要求单片机采用AT8 9c52 ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位 单片机.片内含8 K byTES的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256 byTES。的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生 产，与标准MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和FLAS H由存储单元，功能强大AT8 9c52单片适用于许多较为复杂控制应用 场合。PC机串口A T 8 9 c52复位电路时钟电路A/D转换输入图3.1总体方案结构图3.1单片机模块模拟信号采集系统硬件设计中的单片机就是整个下位机系统的处理核心。它在一 块芯片上集成了中央处理部件（CPU）存储器（RAM、ROM）、定时器、计数器和各种输入 输出接口（如并行I/O 口，串行I/O,和A/D转换器）等，单片机本身就是为实时控制 应用而设计制造的。9沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计(论文)3.1.1 AT89C52 介绍AT8 9C52 ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机.片内含8 K byTES 的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和256 byTES。的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指 令系统及8052产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器(CPU)和FLAS H由存储 单元，功能强大AT8 9c52单片适用于许多较为复杂控制应用场合。主要性能参数：与Mcs-51产品指令和引脚完全兼容。8字节可重擦写FLAS H闪速存储器1000次擦写周期全静态操作：OHZ-24MHz三级加密程序存储器256X8字节内部RAM32个可编程I/O 口线3个16位定时/计数器8个中断源可编程串行UART通道。图3.2 51单片机的内部功能模块定时器/计数器z-3?中断系统INTO INTI10沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）其中：CPU单片机的核心部分ROM内部数据存储器RAM外部数据存储器PO、Pl、P2、P3 并行 I/O 端口TXD串行数据发送口RXD串行数据接收口功能特性：AT8 9C52提供以下标准功能：8字节FLAS H闪速存储器，256字竹内部RAM,32 个I/O 口线，3个16位定时/计数器，一个6向量两级中断结构，一个全双工串行 通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，AT8 9c52可降至0Hz的静态逻辑操作，并支 持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM,定时/计 数器.串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容，但振荡器停 止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位.功能引脚说明：Vcc:电源电压GND:地P0：P0 口是一组8位漏极开路型双向1/0 口，也即地址/数据总线复用口。作为 输出口用时.每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路，对端口 P0写“1”时，可作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数 据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在FLAS H由编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字 节，校 验时，要求外接上拉电阻。P1 口：PI是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1的输出缓冲级可驱动（吸 收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉 到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻某个引脚被外 11沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）部信号拉低时会输出一个电流IIL与AT8 9c51不同之处是，P1.0和P1.1还可分别作为定时/计数器2的外部计数 输入（P1.0/T2）和输入（Pl.1/T2EX）oFLAS H编程和程序校验期间，P1接收低8位地址P2 口：是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2的输出缓冲级可驱动（吸 收或输出电流）4个TTL逻辑电路。对端口 P2写“1，通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚 被外部信号拉低时会输出一个电流（lit）。在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOvxDPTR指 令）时，P2送出高8位地址数据。在访问8位地址的外部数据存储器、如执行MOVXRI 指令）时，P2 口输出P2锁存器的内容。P3 口：P3 口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O Mo P3 口输出缓冲级可驱 动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉 电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（HL）.P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示：表3.1 P3 口功能表端口引脚第二功能P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2INTO（外中断0）P3.3INTO（外中断1）P3.4TO（定时/计数器0）P3.5T1（定时/计数器1）P3.6WR（外部数据存储器写选通）P3.7RD（外部数据存储器读选通）此外，P3 口还接收一些用于FLAS H闪速存储器编程和程序校验的控制信号。RS T：复位输入。当振荡器工作时，RS T引脚出现两个机器周期以上高电平将使 单片机复位。ALE/PROG:当访问外部程序存储器或数据存储器时，ALE（地址锁存允许）输出脉 冲用于锁存地址的低8位字节.一般情况下，ALE仍以时钟振荡频率的1/6输出固定 的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。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。12沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）对Flash存储器编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲（PROG）o如有必要，可通过对特殊功能寄存器（S FR）区中的8 EH单元的DO位置位.可禁 止ALE操作。该位置位后,只有一条MOVX和MOVC指令才能将ALE激活,此外,该引 脚会被微弱拉高，单片机执行外部程序时，应设置ALE禁止位无效。PS EN：程序储存允许PS EN输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT8 9c52山 外部程序存储器取指令（或数据）时，每个机器周期两次PS EN有效，即输出两个脉 冲。在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次PS EN信号。EA/VPP：外部访问允许。欲使CPU仅访问外部程序存储器（地址为0000H-FFFFH）,EA端必须保持低电平（接地）.需注意的是：如果加密位LBI被编程，复位时内部会 锁存EA端状态。如EA端为高电平（接Vcc端），CPU则执行内部程序存储器中的指令。flash存储器编程时，该引脚加上+12V的编程允许电源VPP,当然这必须是该 器件是使用12V编程电压VPP。XTAL1：振荡器反相放大器的及内部时钟发生器的输入端.XTAL1：振荡器反相放大器的输出端。特殊功能寄存器：在AT8 9c52片内存储器中，8 0H-FFH共128个单元为特殊功能寄存器（S FE）,S FR 的地址空间映象如表2所示。并非所有的地址都被定义，从8 0H-FFH共128个字节 只有一部分被定义，还有相当一部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数位将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据 1写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的 功能，在这种情况下，复位后这些单元数值总是“0”。中断寄存器：AT8 9c52有6个中断源，2个中断优先级，1E寄存器控制各中断位，1P寄存器中 6个中断源的每一个可定为2个优先级。数据存储器：AT8 9C52有256个字节的内部RAM,8 0H-FFH高128个字节与特殊功能寄存器（S FR）地址是重叠的，也就是高128字竹的RAM和殊功能寄存器的地址是相同的，13沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）但物理上它们是分开的。当一条指令访问7FH以上的内部地址单元时，指令中使用的寻址方式是不同的，也即寻址方式决定是访问高128字节RAM还是访问特殊功能寄存器。如果指令是直接 寻址方式则为访问特殊功能寄存器.定时器0和定时器1：AT8 9C52的定时器0和定时器1的工作方式与AT8 9C51相同。定时2：定时器2是一个16位定时计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计 数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2C0N（如表3）的C/T2位选择。定时器 2有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器 方式，工作方式由T2C0N的控制位来选择。定时器2由两个8位寄存器TH2和TL2组成，在定时器工作方式中，每个机器周 期TL2寄存器的值加1,由于一个机器周期由12个振荡时钟构成，因此，计数速率 为振荡频率的1/12 o在计数工作方式时，当T2引脚上外部输入信号产生由1至0的下降沿时，寄存 器的值加1,在这种工作方式下，每个机器周期的5sp2期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1,而在下一个机器周期中采到的值为0,则在紧 跟着的下一个周期的S 3Pl期间寄存器加1。由于识别1至。的跳变需要2个机器周 期（24个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24.为确保采样的正确 性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被 采样一次。捕获方式：在捕获方式下，通过T2C0N控制位以EXEN2来选择两种方式。如果ExEN2=0,定 时器2是一个16位定时器或计数器，计数溢出时，对T2C0N溢出标志TFZ置位，同 到激活中断。如果EXEN2=1,定时器2完成相同的操作，而当T2EX引脚外部输入信 号发生1至0负跳变时，也出现TH2和TL2中的值分别被捕获到RCAP2H和RCAP2L 中.另外，T2EX引脚信号的跳变使得T2C0N中的EXF2置位，与TF2相仿，EXF2也会 激活中断。自动重装载（向上或向下计数器）方式：14沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）当定时器2工作于16位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式,这个功能可通过特殊功能寄存器T2C0N（见表5）的DCEN位（允许向下计数）来选择 的。复位时，DCEN位置“0，定时器2默认设置为向上计数。当DCEN置位时，定 时器2既可向上计数也可向下计数，这取决于T2EX引脚的值，参见图5,当DCEN=0 时，定时器2自动设置为向上计数，在这种方式下，T2c0N中的EXEN2控制位有两种 选择，若EXEN2,定时器2为向上计数至OFFFFH溢出，置位TF2激活中断，同时把 16位计数寄存器RCAP2H和RCAP2L重装载，RCAP2H和RCAP2L的值可由软件预置。若EXEN2=1,定时器2的16位重装载由溢出或外部输入端T2EX从1至0的下降沿 触发。这个脉冲使EXF2置位，如果中断允许，同样产生中断。当DCEN=1时，允许定时器2向上或向下计数，如图6所示。这种方式下，T2EX 引脚控制计数器方向。T2EX以引脚为逻辑“1”时.定时器向上计数，当计数OFFFFH 向上溢出时，置位TF2,同时把16位计数寄存器RCAP2H和RCAP2L重装载到TH2和 TL2中。T2EX引脚为逻辑“0”时，定时器2向下计数.当TH2和TL2中的数值等于 RCAP2H和RCAP2L中的值时，计数溢出，置位TF2,司时将OFFFFH数值重新装入定时 寄存器中。当定时了计数器2向上滋出或向下溢出时，置位ExF2位。波特率发生器：当T2C0N创（表3）中的TCLK以和RCLK置位时，定时/计数器2作为波特率发 生器使用。如果定时/计数器2作为发送器或接收器.其发送和接收的波特率可以是 不同的，定时器1用于其它功能，如图7所示。若RCLK和TCLK置位，则定时器2 工作于波特率发生器方式。特率发生器的方式与自动重装载方式相仿，在此方式下，TH2翻转使定时器2的 寄存器用RCAP2H和RCAP2L中的16位数值重新装载，该数值由软件设置定时器既能 工作于定时方式也能工作于计数方式，在大多数的应用中，胜作在定时方式（C/T2R）。定时器2作为波特率发生器时，与作为定时器的操作是不同的，通常 作为定时器时，在每个机器周期（1/12振荡频率）寄存器的值加1,而作为波特率 发生器使用时，在每个状态时间（1/2振荡频率）寄存器的值加1。定时器2作为波特率发生器使用的电路如图7所示。T2C0N中的RCLK或TCLK=1 时，波特率工作方式才有效。在波特率发生器工作方式中，TH2翻转不能使TF2置位,故而不产生中断：但若EXEN2置位，且T2EX端产生由1至0的负跳变，则会使ExF2 置位，此时并不能将（RCAP2H,RCAP2L）的内容重新装入TH2和TL2中。所以当定时器 15沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）2作为波特率发生器使用时，T2EX可作为附加的外部中断源来使用。需要注意的是，当定时器2工作于波特频率器时，作为定时器运行（TR2=1）时，并不能访问TH2和 TL2 o因为此时每个状态时间定时器都会加1,对其读写将得到一个不确定的数值。然而，对RCAP2则可读而不可写，因为写入操作将是重新装载，写入操作可能令 写和/或重装载出错.在访问定时器2或RCAP2寄存器之前，应将定时器关闭（清除 TR2）o可编程时钟输出：定时器2可通过编程从P1.0输出一个占空比为50%的时钟信号，如图8所 示.P1.0引脚除了是一个标准的I/O 口外，还可以通过编程使其作为定时/计数器2 的外部时钟输入和输出占空比50%的时钟脉冲，当时钟振荡频率为16MHz时，输出时 钟频率范围为61H-4MHz o在时钟输出方式下，定时器2的翻转不会产生中断，这个特性与作为波特率发生 器使用时相仿。定时器2作为波恃率发生器使用时，还可作为时钟发生器使用，但需 要注意的是波特率和时钟输出频率不能分开确定，这是因为它们同使用RCAP2L和 RCAP2L o3.1.2单片机最小系统单片机最小系统由时钟电路与复位电路构成，它是单片机构成的控制系统的核心 部分，也单片机平台开发的基础。1、复位电路RS T引脚是复位信号的输入端，高电平有效。复位是单片机的初始化操作。单片 机在启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件都处于一个确定 的初始状态，并从这个状态开始工作，只要给RES ET引脚加上2个及其周期以上的高 电平信号，就可使MCS-51单片机复位。复位相当于系统的重新启动，可以摆脱系统 错误或死锁状态。只要该引脚保持高电平，单片机便循环复位，当该引脚变低后，单 片机由ROM的0000H开始执行程序。复位操作不影响内部RAM的内容。单片机复位方式由上电自动复位和手工复位两种，本设计采用的是手工按钮复 位，其电路图如图3.4所示。16沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）图3.4按钮复位电路2、时钟电路时钟电路用于产生MCS-51单片机工作时所必须的时钟信号。时钟是时序的基础,为保证同步工作方式的实现，单片机应在唯一的时钟信号控制下，严格地按时序执行 指令进行工作。因此，时钟频率和质量也直接影响单片机系统的速度和稳定性。常用 的时钟电路有内部时钟和外部时钟方式。本系统采用内部时钟方式，其电路图如图 3.5所示。C12GNDXTAL1XTAI2R8TPDDAtO F01/AD1 FDA&ZP 口 nAtaFO&ADSP0J&AD6r ajMvrmTSTGnTStlXMYAl R*2.Ik-DlMY 组R*1 W,-E-DIM*DIM 丫穴1 MXMYAt,月Y4A,R3。4 丫，42沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）附录n元器件清单器件编号器件名称型号数量/个1单片机AT8 9C5212A/D转换器ADC08 0813电平转换器MAX-23214圆筒按钮开关LA12545按键开关510Q146电阻1KQ310KQ110497电容30pF222uF18串口连接器DB919开关电源110导线若干43沈阳航空航天大学北方科技学院毕业设计（论文）附录III程序清单#includ e#includ e intrins.h/调用_nop_();延时函数用unsigned char cod ed ispbitcod e=0 x30 x06,0 x5b,0 x40 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f0 x6f;unsigned char d ispbuf4;unsigned char getd ata;unsigned