2022年2022年基于RS数据采集系统 .pdf
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1、电子与信息工程学院毕业设计(论文 ) 论文题目:基于 RS232数据采集系统设计学生姓名:熊璐学 号: 053621045 专业: 电子信息科学与技术方 向:指导教师:李泽平2009 年 5 月 10 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计1 目录摘要 . 2 关键字 . 2 1 绪论 . 3 1.1 系统开发背景. 3 1.2 端口技术应用展望. . 3 1
2、.3 课题研究目的与意义. . 3 2 系统的硬件设计. 4 2.1 系统的结构框图. . 4 2.1.1 数据采集 . . 4 2.1.2 晶振电路 . . 5 2.1.3 单片机复位 . . 5 2.1.4 字符显示模块. . 6 2.1.5 串口通信 . . 7 2.2 系统连线图 . . 8 2.3 系统的工作原理. . 8 3 系统的软件设计. 9 3.1 单片机的中断. . 9 3.1.1实现单片机的中断. 9 3.1.2 单片机中断过程. . 10 3.2 单片机定时器. . 11 3.2.1 定时器控制寄存器TMOD . 11 3.2.2 定时工作方式0 . 11 3.3 系统
3、程序流程图. . 11 结束语 . 14 致谢 . 15 参考文献 . 16 附录 . 17 附录 A 单片机串口通信程序清单. 17 附录 B 系统原理图. 19 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计2 基于 RS232数据采集系统设计学生: 熊璐指导老师 : 李泽平咸宁学院电子与信息工程学院湖北咸宁 437100摘要:本文从串行接口及其通信的基础知识入手,
4、阐述了基于RS232的数据采集系统的设计。全文数据采集系统的设计、数据采集终端的硬件设计、软件的设计三部分组成。综合论述系统的功能设计和原理,并介绍了数据采集系统的发展背景、单片机技术、RS232串行接口通信, 给出了系统整体构架。分析了数据采集系统的功能,采用软硬件相结合的方法完成数据的采集和显示功能。关键字:RS232 ;数据采集;单片机Abstract:This article from the serial interface and start with the basics of communication on the RS232-based data acquisition s
5、ystem design. The full text of the data acquisition system design, data collection terminal hardware design, software design is composed of three parts. A synthesis of system design and theory, and presented the data acquisition system development background, single-chip technology, RS232 serial int
6、erface communication, given the overall framework of the system. Analysis of the data acquisition system using a combination of hardware and software methods of data collection and display.Keywords:RS232;Data Acquisition ;Singel-chip名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -
7、 - - - - - 第 3 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计3 1 绪论串行通信接口标准经过使用和发展,目前已经有几种。在串行通信时,要求通信双方都采用一个标准接口使不同的设备可以方便连接起来进行通信。但都是在RS-232 标准的基础上经过改进而形成的,RS-232 以其方便、经济的实现特点,一直深受工程界的青睐。并且 RS232串行接口是微机系统种常用的外部总线标准接口,它是PC机与通信应用中最广泛的一种接口, 通过 RS 232 以实现计算机之间、计算机与设备之间相互通信。几乎每台计算机都有一两个串行接口,用来
8、与调制解调器、实验室设备、工控设备、POS终端等进行数据传输。 这个标准对串行通信接口的有关问题,如信号线功能、电器特性都作了明确规定。由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备,因此,它作为一种标准,目前已在微机通信接口中广泛采用1。1.1 系统开发背景近年来,利用智能化数字式温度传感器以实现温度信息的在线检测已成为温度检测技术的一种发展趋势。 数字化技术推动了信息化的革命,在传感器的器件结构上采用数字化技术,使信息的采集更加方便。对于温度信号采集系统,传统的模拟温度传感器多为铂电阻、铜电阻等。每一个传输线至少有两根导线,带补偿接法需要三根导线。如果对50 路温度信号进行检测,
9、就需要100 根导线接到采集端口,然后还要经过电桥电路、信号放大、通道选择、A心转换等, 才能将温度信号供计算机处理2。而 DS1820新型单总线数字温度传感器,采用3 脚( 或 8 脚) 封装,从 DS1820读出或写入数据仅需要一根I/O 口线。1.2 端口技术应用展望随着人类社会的发展,利用计算机设备实现生产过程自动化成为了提高生产力、减轻劳动强度有效手段。由于大量设备的使用,必须随时知道实际的情况,这就是监控,通过计算机辅助数据采集过程可以实现对数据自动处理。了解设备的信息后,为追求利润的最大化,使用者必须针对不同的具体情况,发出不同的指令, 这就是控制。 接口硬件将传感器的输出信号进
10、行处理,并将处理好的结果传送给计算机,计算机根据一定的准则做出相应的指令, 从而对该生产过程加以控制, 这就构成了工业上利用十分广泛的监控系统。端口通信在工业生产中应用广泛。现在尽快有很多速度更快、效率更高的端口的出现,但是这些新的端口可以通过转换电路实现与传统串口通信的转换,从而灵活地满足工业生产方面的需要。因此,在端口技术的未来将会更加美好3。1.3 课题研究目的与意义名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学
11、院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计4 本次设计的目的就是以数字传感器DS1820作为前端,采集温度经过单片机处理后,再采用串口通信,把温度显示在VC编辑的计算机界面上,实现与计算机的通信。新型数字化、 网络化传感器在工程中的应用具有极其重要的意义。这类传感器是各种参量送入计算机系统,进行智能监测、控制的最前端。随着科技的发展,数字化、网络化传感器应用日益广泛,以其传统方式不可比拟的优势渐渐成为技术的趋势和主流。2 系统的硬件设计2.1 系统的结构框图基于RS232 数据采集系统总体设计方框图如图2.1所示,控制器采用单片机AT89S52,温度传感器采用DS18B20,用 LCD
12、1602 显示模块以RS232 串口传送数据实现与 PC 之间的通信。图 2.1 系统总体方框图2.1.1 数据采集可编程温度传感器DS18B20,他能代替模拟温度传感器和信号处理电路,直接与单片机沟通,完成温度采集和数据处理。DS18B20 与 AT89S52 结合实现最简温度检测系统,该系统结构简单,抗干扰能力强,适合于恶劣环境下进行现场温度测量,有广泛的应用前景。数据采集由温度传感器DS18B20 采集被控对象的实时温度, 提供给AT89S52的P2.0 口作为数据输入。DS18B20 是DALLAS 公 司 生 产 的 一 线 式 数 字 温 度 传 感 器 , 温 度测 量 范 围
13、为 55 125, 可编程为9 位 12 位 A/D 转换精度,测温分辨率可达0.0625, 被名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计5 测温度用符号扩展的16 位数字量方式串行输出,支持3V 5.5V 的电压范围,使系统设计更灵活、方便;其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生;多个 DS18B20 可以并联到3 根或 2 根线上, CPU只需一根端
14、口线就能与诸多DS18B20通 信 , 占 用 微 处 理 器 的 端 口 较 少 , 可 节 省 大 量 的 引 线 和 逻 辑 电 路 。 以 上 特 点 使DS18B20 非常适用于远距离多点温度检测系统。分辨率设定,及用户设定的报警温度存储在EEPROM 中,掉电后依然保存4。AT89S52 单片机微控器,内藏2K 的可程序化Flash存储体,内部有128B 字节的数据存储器空间,可直接推动LED,与8051 完全相同,有15 个可程序化的I/O点,分别是P1 端口与部分P3 端口。温度采集电路如图2.2 。图 2.2温度采集电路2.1.2 晶振电路单片机的晶振电路是一种典型电路,本设
15、计使用比较常用的内部时钟方式。内部时钟方式的电路如图2.3 。图 2.3 晶振电路内部时钟的晶振频率一般都选择在4MHz 12MHz之间,外接两个谐振电容。该电容的典型值为 30PF,但是在实际应用时,需要根据实际起振情况选择。XTAL1和 XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用5。2.1.3 单片机复位单 片 机 的 复 位 操 作 使 单 片 机 进 入 初 始 化 状 态 , 其 中 包 括 使 程 序 计 数 器PC0000H,这表明程序从0000H 地址单元开始执行。单片机冷启动后,片内RAM为随机名师资料总结 - - -
16、精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计6 值,运行中的复位操作不改变片内RAM区中的内容,21 个特殊功能寄存器复位后的状态为确定值。值得指出的是,记住一些特殊功能寄存器复位后的主要状态,对于了解单片机的初态,减少应用程序中的韧始化部分是十分必要的。说明:表中符号* 为随机状态;A 00H,表明累加器已被清零;PSW 00H,表明选寄存器0 组为工作寄存器组;SP 07H,表明堆栈指针
17、指向片内RAM 07H 字节单元,根据堆栈操作的先加后压法则,第一个被压入的内容写入到08H 单元中;Po-P3 FFH,表明已向各端口线写入1,此时,各端口既可用于输入又可用于输出;IP 00000B ,表明各个中断源处于低优先级;IE 000000B ,表明各个中断均被关断;系统复位是任何微机系统执行的第一步,使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。AT89S52单片机的复位是由RESET 引脚来控制的,此引脚与高电平相接超过24 个振荡周期后, AT89S52单片机即进入芯片内部复位状态,而且一直在此状态下等待,直到RESET 引脚转为低电平后, 才检查 EA引脚是高电平或低电平,若为高电平
18、则执行芯片内部的程序代码,若为低电平便会执行外部程序。AT89S52单片机在系统复位时,将其内部的一些重要寄存器设置为特定的值, (在特殊寄存器介绍时再做详细说明)至于内部RAM 内部的数据则不变6。2.1.4 字符显示模块显示电路是为了给使用者提示而设置的。考虑到显示电路可读性和直观性,并且能使用户更方便的执行储存温度、显示温度等操作。在本次设计中将采用1602 液晶显示屏。1602 是一种字符型液晶显示模块,专门用于显示字母、数字、符号等点阵式LCD ,目前常用 16*1 , 16*2, 20*2 和 40*2 行等的模块。 1602 液晶模块内部的字符发生存储器( CGROM)已经存储了
19、160 个不同的点阵字符图形,这些字符有:阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定的代码,比如大写的英文字母“ A”的代码是01000001B( 41H) ,显示时模块把地址41H 中的点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A” 。因为1602 识别的是ASCII 码,试验可以用ASCII 码直接赋值,在单片机编程中还可以用字符型常量或变量赋值,如“A” 。显示电路如图2.4 。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 20
20、页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计7 图 2.4 LCD显示电路2.1.5 串口通信1.RS232 协议标准RS232 信号在正负电平之间摆动, 在发送数据时, 发送端驱动器输出正电平在+5V+15V,负电平在 -5V-15V 电平。当无数据传输时,线上为TTL 电平,从开始数据传输到结束,线上电平从TTL 电平到 RS232电平再返回TTL 电平。接收器典型的电平在+3V+12V与-3V-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为23V左右,所以其共模抑制能力差,再加上双绞线上的分布电容,其传输距离最大为约15m ,最高速率为20kb
21、ps。2.MAX232简介RS232用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态规定不通,因此要用 RS232总线进行串行通信时需外接电路以实现电平转换。在发送端用驱动器将TTL 电平转换成 RS232电平,在接收端用接收器将RS232电平再转换成TTL 电平。 MAX232内部有电荷汞电压转换器,可将+5V电源变换成RS232所需的 10V电压,以实现电压的转换,既符合RS232的技术,又可实现+5V单电源供电,所以MAX收发器电路给短距离串行通信带来极大的方便7。3. 硬件连接单片机有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和计算机之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定
22、的条件,计算机的串口是RS232电平的, 而单片机的串口是名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基于RS232数据采集系统设计8 TTL 电平的,两者之间必须有一个电平转换电路,采用专用芯片MAX232进行转换,虽然也可以用几个三极管进行模拟转换,但是还是用专用芯片更简单可靠。采用三线制连接串口,也就是说和计算机的9 针串口只连接其中的3 根线:第 5 脚的 GND 、第 2 脚的 RXD
23、、第 3 脚的 TXD 。电路如图2.5 所示, MAX232的第 11 脚和单片机的11 脚连接,第12 脚和单片机的10 脚连接,第15 脚和单片机的20 脚连接。图 2.5 串口通信电路2.2 系统连线图图 2.6 系统连线图2.3 系统的工作原理基于RS232 数据采集系统由AT89S52 、DS18B20 温度传感器、LCD1602 显示模块名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 20 页 - - - - - - - - - 咸宁学院本科毕业论文设计:基
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