基于单片机的多路数据采集系统设计(3)

基于单片机的多路数据采集系统设计

（2）矩阵式按键接口

在单片机中需要的按键较多时，通常把键排成矩阵形式，这样可以节省硬件资

图2-1 独立按键接口图

源。如对于20只按键接口，如采用按键独立方式，需要20个I/O口。如采用矩阵式按键方式，则只需要9个I/O 口。矩阵式按键接口图如图2-2所示。单片机系统中的非编码式键盘程序主要由判别是否有键按下子程序、键的识别子程序、找到闭合键后，读入相应的键值，再转到相应的键处理程序几个部分组成。

在该系统中所用到的按键有9个，所以采取矩阵式按键接口方式。

图2-2 矩阵式按键接口图

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3 硬件部分

3.1 主机部分

该系统是一个主从式多路数据采集系统，主机和从机均用单片机实现，它的主机部分负责数据处理和显示，主机和从机之间用RS-232进行通信。它由AT89S52、MAX232、LED数码显示器组成。

3.1.1 主机部分原理设计

由于主机要对从机有一个命令，所以用到按键，将按键接到单片机AT89C52的P3.4的端口上，按键的一端接地，当P3.4这条I/O线是一个低电平时，则表示按键按下。主机还要负责对采集到的数据进行处理和LED显示，用两个74HC573，一个与单片机AT89C52的P2.7口相连用于位选，一个与单片机AT89C52的P2.6口相连用于段选。单片机的P0口的8位数据线与用于段选的74HC573的D0~D7相连，用于数码管上具体的数字的显示。单片机P0口的八位数据线与用于位选的74HC573的D0~D7相连，用于在哪个数码管上显示。主机跟从机的连接，又涉及到一个串行口双机通信的问题，根据单片机双机通信距离、抗干扰性等要求，选择RS-232C串行接口方法，选择串行口MAX232来连接主机和从机，将MAX232的11、12脚分别与单片机AT89C52的P3.1，P3.2脚相连，再将MAX232上的13、14脚分别与db-9的3、6脚相连。单片机AT89C52的18、19脚与它的晶振电路相连，第9脚与它的复位电路相连。

3.1.2 单片机 （1）单片机的概述。

单片机是一种集成的电路芯块采用了超大规模技术把具有运算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送和中断处理）的微处理器（CPU）,随机存取数据存储器（RAM），只读程序存储器（ROM），输入输出电路（I/O口），可能还包括定时计数器，串行通信口（SCI），显示驱动电路（LCD或LED驱动电路），脉宽调制电路(PWM)，模拟多路转换及A/D转换器等电路集成到一块单片机上，构成一个最小然而很完善的计算机系统。这些电路能在软件的控制下准确快速的完成程序设计者事先规定的任务。总的而言单片机的特点可以归纳为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外部扩展能力强、控制功能强、低电压、低功耗、性能价格比高和可靠性高这几个方面。

单片机按内部数据通道的宽度，可分为4位、8位、16位及32位单片机。它们

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被应用在不同领域里，8位单片机由于功能强大，被广泛的应用在工业控制、智能接口、仪表仪器等各个领域。8位单片机在中、小规模应用场合仍占主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥越来越大的作用。随着移动通讯、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机应用得到了长足发展。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势：

1）微型单片化； 2）低功耗CMOS； 3）与多品种共存；

4）可靠性和应用水平越来越高。

单片机有着微处理器所不具备的功能，它可以独立地完成现代工业控制所要求的智能化控制功能这就是单片机的最大特点。然而单片机又不同于单板机，芯片在没有开发前，它只是具备功能极强的超大规模集成电路，如果赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微机控制系统。它与单板机或个人电脑有着本质的区别，单片机属于芯片级应用，需要用户了解单片机芯片的结构和指令系统以及其它集成电路应用技术和系统设计所需要的理论和技术，用这样特定的芯片设计应用程序，从而使芯片具备特定的智能。

（2）简介AT89C52。

AT89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。AT89C52的引脚图如图3-1所示。

它一共有40个引脚，引脚又分为四类。其中有四个电源引脚，用来接入单片机的工作电源。工作电源又分主电源、备用电源和编程电源。还有两个时钟引脚XTAL1、XTAL2。还有由P0口、P1口、P2口、P3口的所有引脚构成的单片机的输入/输出（I\\O）引脚。最后一种是控制引脚，控制引脚有四条，部分引脚具有复位功能。

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综上所述，单片机的引脚特点是：单片机多功能，少引脚，使得引脚复用现象

图3-1 AT89C52的引脚图

较多。单片机具有四种总线形式：P0和P2组成的16位地址地址总线；P0分时复用为8位数据总线；ALE、PSEN、RST、EA和P3口的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD以及P1口的T2、T2EX组成控制总线；而P3口的RXD、TXD组成串行通信总线。

89C52单片机的主要功能： （1）与MCS-51单片机产品兼容； （2）8K字节在系统可编程Flash存储器； （3）1000次擦写周期； （4）全静态操作：0Hz～33Hz； （5）三级加密程序存储器； （6）32个可编程I/O口线； （7）三个16位定时器/计数器； （8）八个中断源；

（9）全双工UART串行通道； （10）低功耗空闲和掉电模式； （11）掉电后中断可唤醒； （12）看门狗定时器；

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（13）双数据指针； （14）掉电标识符。

3.1.3 LED数码显示器的应用原理

简单的讲，LED数码显示器就是由发光二极管组成的，LED内部结构如图3-3所示，LED数码显示器有两种连接方式：

（1）共阴极接法：把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地。每个发光二极管的阳极与输入端相连。共阴极接法如图3-4所示

（2）共阳极接法。把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连。

为了显示字符，要为LED显示器提供显示段码（或称字形代码），组成一个“8”字的七段，再加上1个小数点位，共计八段。段位码位对应关系如表3-1所示。

表3-1 段位码对应关系

段位码 位码段 D7 dp D6 g D5 f D4 e D3 d D2 c D1 b D0 a 3.2 从机部分

该系统的从机负责A/D模数转换，并应答主机的命令，需要用到ADC0809、AT59C52，又由于它们两个的时钟频率不一样，所以又要用到一个74LS74。

3.2.1 从机的电路原理图设计

该部分需要对模拟量进行一次模数转换，则要用到一个ADC0809，又因为它们之间的时钟频率不一样又需要用到一个74LS74对其进行一个二分频的工作，这个只需要将74LS74的第3根引脚与单片机AT89C52的第30根引脚相连，将74LS74的第9根引脚与ADC0809的时钟信号引脚相连。单片机AT89C52的P0口与ADC0809的D0~D7相连，而ADC0809的ADDA、ADDB、ADDC分别与P0口的低三位相连。其用到的MAX232与主机部分的电路连接方法一样。

3.2.2 单片机之间的通信 （1）串口通信RS-232C：

计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一

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