基于MAX1241的数据采集系统设计new.doc

1、南开大学滨海学院本科生毕业设计中文题目：基于 MAX1241 的数据采集系统设计 外文题目：MAX1241-based data acquisition system design学 号： 08990393 姓 名： ? 年 级： 南开大学滨海学院毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计，题目基于 MAX1241 的数据采集系统设计 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。除此之外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果。毕业设计作者签名：刘彬2012 年 5

2、 月 1 日通信工程专业本科生毕业设计I摘 要本文介绍了基于 MAX1241 的数据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的核心在于具有 A/D 转换功能的 MAX1241。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，主控单元由单片机 AT89S52 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括 A/D 模数转换模块，显示模块。被测模拟电压通过模数转换器 MAX1241 进行模数转换，并将转换后的数据显示到显示器上。软件部分应用 KeilUvision2 编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序

3、进行了设计。关键词：单片机;模数转换;MAX1241;数据采集通信工程专业本科生毕业设计IIAbstractThis article describes the hardware design and software design of the data on which based on MAX1241 .The data acquisition system is the link between the digital domain and analog domain. The introductive point of this text is a system of collect

4、ing data. The hardware of the system focuses on MAX1241 which has a function of converting analog signal into digital signal. Data collection and communication control use modular design. The MCU control with correspondence to adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardwares core is AT89S52,

5、 is also includes A/D conversion module, display module. Mmeasured analog voltage makes conversion of analog to digital by the ADC MAX1241 and result display on LCD . The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system by KeilUvision2. It designs much program like da

6、ta-acquisition treatment,data-display and data-communication ect.Keywords: Micro-Controller Unit;A/D convetor ;MAX1241 ;Data aquisition通信工程专业本科生毕业设计III目 录摘 要 IAbstract.II第一章 绪论 11.1 研究背景及其目的意义 .11.2 国内外研究现状 .21.3 该课题研究的主要内容 .2第二章 数据采集 42.1 数据采集系统 .42.2 方案论证 .4第三章 硬件部分 .63.1 单片机介绍 .63.2 模数转换器 MAX1241

7、 .83.3 LCD1602 介绍 113.4 系统硬件框架设计 143.5 硬件连接图 15第四章 软件部分 .164.1 KeilUvision2 简介 .164.2 Proteus 介绍 204.3 软件总体框架设计 22第五章 系统结果分析及仿真结果图 245.1 系统结果分析 24通信工程专业本科生毕业设计IV5.2 输出结果仿真图 24第六章 总结与展望 .27附 录 A 28附 录 B 31参考文献 .35致 谢 .36通信工程专业本科生毕业设计1第一章 绪论1.1 研究背景及其目的意义近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的

8、应用于各种领域。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统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作，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。大概在 60 年代后期，国内外就有成套的数据采集设备和系统多属于专用的系统 1。20 世纪 70 年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机融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，因而获得了惊人的发

9、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，一类是工业现场数据采集系统 1。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很大的发展，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，一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应用于实验室，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，这一类在工业现场应用较多。20 世纪 80 年代后期，数据采集发生了很大的变化，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，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大

10、大加强 1。20 世纪 90 年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS） 。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。该阶段的数据采集系统采用模块式结构，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，迅速组成一个新的系统 1。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据

11、采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限通信工程专业本科生毕业设计2制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。1.2 国内外研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于 20 世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面

12、的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。我国的数字地震观测系统主要采用 TDE-124C 型 TDE-224C 型地震数据采集系统。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的 TDE-324C 型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至 A/D 数字化，A/D 采用同时采样，采样数据经 DSP 数字滤波处理后，变成数字地震信号。该数据采集系统具备 24 位 A/D 转化位数，采样率有50HZ、100HZ 、200HZ 1。由美国

13、 PASCO 公司生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由 3 部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术可实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高为 25 万次/S；（3）软件：中文及英文的应用软件 1。受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰 ACRA 公司 2000 年研发推出的新一代 KAM500 机载数据采集系统，到了 2006 年,本系统采用 16 位（A/D）模拟数字变换，总采样率达 500K/S,同步时间为+/-250ns，可以利用方式组成高达 10

14、00 通道的大容量的分布式采集系统。1.3 该课题研究的主要内容数据采集技术是信息科学的重要分支之一, 它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等问题。它是对传感器信号的测量与处理, 以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集也是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及,数据采集监测已成为日益重要的检测技术,广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节,通常采用一些功能相对独立的单片机通信工程专业本科生毕业设计3系统来实现,作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。 尽管现在以

15、微机为核心的可编程数据采集与处理技术作为数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展,并且适于通用微机(如IBM PC 系列) 使用的板卡级数据采集产品也已大量出现,组成一个数据采集系统简单到只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内,并辅以应用软件,就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响,因为单片机功能强大、抗干扰能力强、可靠性高、灵活性好、开发容易等优点,使得基于单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。传统的基于单片机的数据采集系统由于没有上位机的支持,不管采用什么样的数据存储器,它的存储容量都是有限的,所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新,这

16、样不利于用户对数据进行整体分析,因而也不能对生产过程的状况进行准确的把握。本系统以采集模拟电压然后显示在LCD上为例来说明采集系统设计， 该系统采用的是AT89C52单片机，此芯片功能比较强大，能够满足设计要求。 通信工程专业本科生毕业设计4第二章 数据采集2.1 数据采集系统数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。70 年代初，随着计算机技术及大规模集成电路的发展，特别是微处理器及高速 A/D 转换器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的

17、采集系统所代替。由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统的灵活性和可靠性大大地提高，系统硬件成本和系统的重建费用大大地降低。在该系统中需要将模拟量转换为数据量，而 A/D 是将模拟量转换为数字量的器件，他需要考虑的指标有：分辨率、转换时间、转换误差等等。而单片机是该系统的基本的微处理系统，它完成数据读取、处理及逻辑控制，数据传输等一系列的任务 2.2 方案论证2.2.1 A/D 模数转换的选择A/D 转换器的种类很多，就位数来说，可以分为 8 位、10 位、12 位和 16位等。位数越高其分辨率就越高，价格也就越贵。A/D 转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。(

18、1)逐渐逼近式 A/D 转换器：它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。(2)双积分 A/D 转换器：它是一种间接式的 A/D 转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，缺点是速度很慢，适用于对转换速度要求不高的系统。(3)并行式 A/D 转换器：它又被称为 flash（快速）型，它的转换速度很高，但它采用了很多个比较器，而 n 位的转换就需要 2n-1 个比较器，因此电路规模也极大，价格也很贵，只适用于视频 A/D 转换器等速度特别高的领域。鉴于上面三种方案，在价格、转换速度等多种标准考量下，在本设计选用的是逐渐逼近式 A/D 转换器MAX1241。

19、2.2.2 单片机的选择单片机是一种面向大规模的集成电路芯片，是微型计算机中的一个重要的通信工程专业本科生毕业设计5分支。此系统是由 CPU、随机存取数据存储器、只读程序存储器、输入输出电路（I/O 口） ，还有可能包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路（LCD或 LED 驱动电路） 、脉宽调制电路、模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成了一个最小但完善的计算机任务。单片机要使用特定的组译和编译软件编译程序，在用 keiluvision2 把程序下载到单片机内。而本设计选用的是 AT89C52。通信工程专业本科生毕业设计6第三章 硬件部分 3.1 单片机介绍AT8

20、9C52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AT89C52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 8。AT89C52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，A

21、T89S52 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 8。其引脚图，如图3-1所示。图3-1 AT89C52的引脚图VCC：供电电压。GND：接地。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。通信工程专业本科生毕业设计7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/地址的低八位。在 FLASH 编程时，

22、P0 口作为原码输入口，当 FLASH 进行校验时，P0 输出原码，此时 P0 外部必须被拉高。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，可用作输入，P1 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。 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

23、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和控制信号。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 AT89C52

24、 的一些特殊功能口，如下表所示。表 3.1P3口引脚 第二功能P3.0 RXD（串行口输入）P3.1 TXD（串行口输出）P3.2 INT0（外部中断0输入）P3.3 INT1（外部中断1输入）P3.4 T0（定时器0外部脉冲输入）P3.5 T1（定时器1外部脉冲输入）P3.6 WR（外部数据存储器写脉冲输出）P3.7 RD（外部数据存储器读脉冲输出）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。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。通信工程专业本科生毕业设计8ALE/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低位字节。在

25、 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。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取址期间，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

26、 信号将不出现。/EA/VPP：当/EA 保持低电平时，则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） 。XTAL1、XTAL2（19、18 脚）：当使用单片机内部振荡电路时，这两个引脚用来外接石英晶体和微调电容，如图 3-2（a） 。在单片机内部，它是一个反相放大器的输入端，这个放大器构成了片内振荡器。当采用外部时钟时，对于HMOS 单片机，XTAL1 引脚接地，XTAL2 接片外振荡脉冲输

27、入（带上拉电阻） ；对于 CHMOS 单片机，XTAL2 引脚接地，XTAL1 接片外振荡脉冲输入（带上拉电阻） ，如图 3-2（b）和（c） 。 图3-2 内部振荡电路3.2 模数转换器 MAX1241在我们所测控的信号中均是连续变化的物理量，而要对这些信号进行处理,则需要将其转换为数字量，A/D 转换器就是为了将连续变化的模拟量转换成计通信工程专业本科生毕业设计9算机能接受的数字量。按模拟量转换成数字量的原理可以分为 3 种：双积分式、逐次逼近式及并行式 A/D 转换器。而该系统选用的是逐次逼近式的 MAX1241，下面就具体的介绍一下 MAX1241 的工作原理。1、 MAX1241 的

28、介绍MAX1241 是低功耗，12 位串行模数转换器，共有 8 个管脚，工作电压为+2.7+5.5V，连续 AD 转换时间为 7.5s，跟踪时间为 1.5s，它使用逐次逼近技术完成 A/D 转换过程。最大非线性误差小于 1LSB，转换时间 9s。采用三线式串行接口，内置快速采样/保持电路，片上自备时钟电路。在芯片以73ksps 最大采样速率工作时，消耗功率仅为 37mw(Vdd=3V)。关闭模式也可以降低功耗，但这时传输速率也会降低。MAX1241 需要一个外部参考电压，参考电压输入范围一般为02.5V，MAX1241 能接收的电压范围为 02.5V，输入电压过大会烧掉芯片，一般不应超过 3V

29、。采用单电源供电，动态功耗在以每秒 73K 转换速率工作时，仅需 0.9mA 电流。当把 MAX1241 的模式控制端 SHDN 置低时，芯片处于关闭模式或称休眠模式，此时工作电流低于 15A，置高后，它能在 4s 内从休眠状态转到工作状态。如不使用，可以接高电平或悬空。在停止转换时，可通过 SHDN控制端使其处于休眠状态，以降低静态功耗。休眠方式下，电源电流仅 1A。MAX1241 具有一个 3 线连续接口，直接与微控制器的 I/O 口相连，并与 SPI和 MICROWIRE 接口相兼容。SPI 接口是一种三线制接口，这三线分别是片选线CS，数据线 DOUT，时钟信号线 SCLK。SCLK

30、的下降沿输出数据，数据位为先高后低依次出现。它的引脚的排列及其功能，见图 3-3、表 3.2。通信工程专业本科生毕业设计10图 3-3 MAX1241 的引脚图表 3.2 MAX1241 的引脚图管 脚 名 称 功 能 参 数1 VDD 电源输入 +2.7+5.2V2 AIN 模拟电压输入 0VREF3 SHDN 节电方式控制端“0”节电方式（休眠状态）“1”或浮空工作4 REF参考电压 VREF 输入端 10VVDD5 GND 模拟、数字地 6 DOUT 串行数据输出 三态7 CS 芯片选通“0” 选通“1” 禁止8 SCLK串行输出驱动时钟输入频率范围：02.1MHz通信工程专业本科生毕业

31、设计112、MAX1241 时序图及其接口电路MAX1241 的时序图如图 3-4 所示。图 3-4 MAX1241 的时序图其工作过程是：在开始加电 20ms 内不要有任何转换工作。将 CS 置低电平后，开始转化。在 CS 的下降沿，采样保持电路进入保持状态，而且转化正式开始，经过一段内部转化时间后，转化结束的标志是 Dout 信号置高。数据然后能在外部时钟的作用下依次送出。操作过程(1) 使用 CPU 上的一个通用 I/O 接口去拉低 CS，保持 SCLK 低电平。(2) 等待最大转换时间或查询 DOUT 是否为高电平来决定转换是否结束。(3) 转换结束后，在 SCLK 的下降沿开始 DO

32、UT 数据输出。(4) 在第 13 个脉冲将 CS 置高，如果 CS 继续保持低电平，以下输出数据为0。(5) 在开始一次新的转换之前，等待最小规定时间 tcs，这期间 CS 应为高电平。如果在转换过程中通过拉高 CS 来放弃转换，在开始一段新的转换之前，也要等待一段时间(tacq)。CS 必须在所有数据转换结束前一直保持低电平。MAX1241 与 AT89C52 接口的实现有二种选择，一是使用普通端口，利用程序实现串行输入。另一种则是直接使用串行口。前者输入速度低，后者需占用串行通讯口。这两种接口方式的电路图，如图 3-5 所示。通信工程专业本科生毕业设计12图 3-5 MAX1241 与单

33、片机的连接图图 3-5（a）中，接口使用三位通用 I/O 端口 P1.5P1.7。其中 P1.5 用于片选信号。P1.7 为数据输入，P1.6 产生驱动脉冲 SCLK。当使用 8051 的串行口与MAX1241 连接时，如图 3-5（b）串行口应工作在方式 0，即同步移位寄存器方式。此时，串行口的 RXD 被用于接收 MAX1241 的输出数据。而发送数据端 TXD则被用于提供驱动时钟，为满足时序要求，应将其反相。由于单片机的串行口一次只能接受 8 位数据，故 12 位的 A/D 转换结果必须分二次接收。本系统采用（a）接法。3.3 LCD1602 介绍3.3.1 什么是 LCD1602 液晶

34、LCD1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个 57 或者 511 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔,每行之间也有也有间隔,起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此 所以它不能显示图形（用自定义 CGRAM，显示效果也不好）1602LCD 是指显示的内容为 162,即可以显示两行，每行 16 个字符液晶模块（显示字符和数字） 。3.3.2 LCD1602 的特性1、+5V 电压，对比度可调2、 内含复位电路3、 提供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能4、

35、有 80 字节显示数据存储器 DDRAM5、 内建有 160 个 57 点阵的字型的字符发生器 CGROM6、 8 个可由用户自定义的 57 的字符发生器 CGRAM7、 字符型 LCD1602 通常有 14 条引脚线或 16 条引脚线的 LCD，多出来的 2条线是背光电源线 VCC(15 脚)和地线 GND(16 脚)通信工程专业本科生毕业设计133.3.3 LCD1602 的引脚图接口图图 3-6 LCD1602 的接口图表 3.3 LCD1602 的引脚功能3.3.4 LCD1602 液晶控制指令1602 液晶模块内部的控制器共有 11 条控制指令，如下表所示表 3.4 LCD1602

36、的引脚图序号 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 清显示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12 光标返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 *3 置输入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S4 显示开/关控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B通信工程专业本科生毕业设计145 光标或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/CR/L * *6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * *7置字符发生存贮器地址 0 0 0 1字符发生存贮器地址8置数据存贮器地址 0 0 1显示数据存贮器地址9 读忙标志或地址 0 1 BF 计数器地址10写数

37、到 CGRAM或 DDRAM） 1 0要写的数据内容11从 CGRAM 或DDRAM 读数 1 1读出的数据内容LCD1602 液晶模块的读写操作，屏幕和光标的操作都是通过指令编程来实现的。（说明 1 为高电平，0 为低电平）指令 1：清显示，指令码 01H，光标复位到地址 00H 位置指令 2：光标复位，光标返回到地址 00H指令 3：光标和显示位置设置 I/D，光标移动方向，高电平右移，低电平左移，S：屏幕上所有文字是否左移或右移，高电平表示有效，低电平表示无效。指令 4：显示开关控制。D：控制整体的显示开与关，高电平表示开显示，低电平表示关显示。C:控制光标的开与关，高电平表示有光标，低

38、电平表示无光标 B：控制光标是否闪烁，高电平闪烁，低电平不闪烁。指令 5：光标或显示移位 S/C ：高电平时显示移动的文字，低电平时移动光标指令 6：功能设置命令 DL：高电平时为 4 位总线，低电平时为 8 位总线 N：低电平时为单行显示，高电平时为双行显示，F：低电平时显示 57 的点阵字符，高电平时显示 510 的显示字符。指令 7：字符发生器 RAM 地址设置。指令 8：DDRAM 地址设置。通信工程专业本科生毕业设计15指令 9：读忙信号和光标地址 BF：忙标志位，高电平表示忙，此时模块不能接收命令或数据，如果为低电平表示不忙。3.4 系统硬件框架设计信号采集主控电路MAX1241

39、将模拟电压转换为数字电压显示部分图 3-7 硬件框架设计图通信工程专业本科生毕业设计163.5 硬件连接图图 3-8 硬件连接图通信工程专业本科生毕业设计17第四章 软件部分4.1 KeilUvision2 简介Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（UVISION）将这些组合在一起。Keil 有以下几个特点：1、 全功能的源代码编辑器；2、 器件库用来配置开发工具设置；3、 项目管理器用来创建和维护用户的项目；4、 集成的 MAKE 工具可以汇编、编译和连接用户嵌入式应用；5、 所有开发工具的设置都是对话框

40、形式的；6、 真正的源代码级的对 CPU 和外围器件的调试器；7、 高级 GDI(AGDI)接口用来在目标硬件上进行软件调试以及和Monitor-51 进行通信其使用的过程为:在 Keil IDE 中不支持单文件的处理，只有建立一个工程并对该工程进行正确的设置后，才能使用 Keil 进行编译连接仿真等操作。Vision2 有一个工程管理器，使 80C51 系列的应用程序设计更加简单。执行下面的步骤可以创建一个新工程。 启动 Vision2，创建一个工程文件并从器件数据库中选择一种 CPU。 创建一个新的源文件，把这个源文件添加到工程中。 为 80C51 器件添加和配置启动代码。 设置目标硬件的

41、工具选项。 Build 项目并生成一个可供 PROM 编程的 HEX 文件。这里将一步一步地讲解如何创建一个简单的 Vision2 工程。一、新建工程Vision2 是一个标准的 Windows 应用程序，直接点击程序图标就可以启动它。用 Vision2 的 Project-New Project菜单可以创建一个新的工程文件。此时会弹出一个标准的 Windows 对话框，询问新建工程文件的名字。建议每个工程都使用一个独立的文件夹。在这个对话框里，只要使用 Creat New Folder 图标就可以建立一个新的文件夹。然后，选中这个文件夹并键入新建工程的名字，例如：Project1, Visi

42、on2 就以 PROJECT.UV2 为名字创建了一个新的工程文件。这个文件包含了默认的目标和文件组的名字。在 Project 通信工程专业本科生毕业设计18Window-Files 中可以看到这些文件名。图 4-1二、为工程选择目标器件在建立工程以后，还应该为工程选择合适的目标器件。现在，用菜单Project-Select Device for Target 为工程选择一个 CPU。Select Device 对话框显示了 Vision2 的器件数据库，从中选择使用的单片机。在例子中，使用的是 AT89C52。Project-Select Device for Targect 后出现下面的对

43、话框：图 4-2在此对话窗中，左边的数据库内容：窗口中厂商列表节可以单击打开显示对应器件。上图中已选择 Atmel 的 AT89C52 器件。三、创建新的源文件 用菜单选项 File-New 可以创建一个新的源文件。这个命令会打开一个空的编辑器窗口，如图，可以在其中输入源代码。当在对话框 File-Save As中用扩展名*.C 保存文件后，Vision2 将 C 语言句法彩色高亮显示。这里，用Text1.C 为名字保存样例程序。通信工程专业本科生毕业设计19图 4-3图 4-4四、添加程序文件选择目标器件完毕后可以看到在 Project 窗口出现了一个 Target1 的工程点，该目录里面还

44、会有“Source Group1”的分组名，可以在该组下放置源程序文件。用鼠标右键点击“Source Group1” ，在弹出的菜单中选择“Add files to Group Source Group1”。在弹出的对话窗口中选择待添加的程序文件，点击“Add” 即可将此文件增加到源文件组内，点击“Close”返回。如要增加新文件到文件组“Source Group1”， 要先使用“菜单 File- New 功能建立文件，再进行“添加程序文件” 。最好把一个工程内的所有文件放在一个目录中或分类到一个目录下的多个不同子目录中。通信工程专业本科生毕业设计20图 4-5五、工作环境和参数的设置 在 K

45、eil 的使用中，参数配置同样重要。新工程所有的配置参数都会使用缺省数值，一般可以正常运行，使用初期用户如果遇到不理解的配置参数可以不予理睬，在以后的应用中再逐步弄懂各个参数的实际用处。但工程调试参数和“输出 Hex 代码文件”一定要设置，因为 Keil 的缺省设置是不生成 Hex 代码文件。 图 4-6手动将输出 Hex 文件控制打开方法如下：点击工程组窗口的工程组名再点通信工程专业本科生毕业设计21击菜单“Project- Options for Target. . .”，在工程设置对话框中选择“Output” 页选中“Create Hex file”，同时也可选中“Debug Infor

46、mation”和“Browse Information”，点击“确定”退出后重新编译连接工程，即可生成 Hex 代码文件调试信息和浏览信息。Keil uVision2 IDE 提供了功能非常强大的开发环境，相信会给设计带来无穷的乐趣。图 4-7六、工程目标和文件组通过使用不同的 Project Targets, Vision2 允许由一个工程创建几个不同的程序。可能需要其中一个目标而进行调试，而另一个目标则是应用程序的发行版本。在相同的工程文件中，允许对每个目标进行独立的工具设置。File Groups 将项目中的相关的文件放在一组。这对于要求文件按功能分组，或在软件团队中鉴别工程师时都非常有

47、用。在例子中使用文件组，把 CPU相关的文件和其他源文件分开来。通过这些技术，可以在 Vision2 中方便地管理拥有几百个文件的复杂工程。在 Project-Targets-Groups-Files对话框中，可以创建工程目标和文件组。现在已经使用这个对话框添加了系统配置文件。 4.2 Proteus 介绍Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是： (1)实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组

48、成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、通信工程专业本科生毕业设计22逻辑分析仪、信号发生器等。(2)支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、8051/52 系列、AVR 系列、PIC10/12/16/18 系列、HC11 系列以及多种外围芯片。(3)提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVis

49、ion2、MPLAB 等软件。(4)具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。可以仿真 51 系列、AVR,PIC 等常用的MCU 及其外围电路（如 LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分 SPI 器件,部分IIC 器件等）用 Proteus 软件虚拟单片机实验的优点：采用 Proteus 仿真软件进行虚拟单片机实验，具有比较明显的优势，如涉及到的实验实习内容全面、硬件投入少、学生可自行实验、实验过程中损耗小、与工程实践最为接近等。(1)内容全面内容全面包括其能实验的内容包括软件部分的汇编、C51 等语言的调试过程，也包括硬件接口电路中的大部分类型。对同一类功能的接口电路，可以采用不同的硬件来搭建完成，因此采用 Protues 仿真软件进行实验教学，克服了用单片机实验教学板教学中硬件电路固定、学生不能更改、实验内容固定等方面的局限性，可以扩展学生的思路和提高学生的学习兴趣。(2)硬件投入少，经济优势明显对于传统的采用单片机实验教学板的教学实验，由于硬件电路的固定，也就将单片机的 CPU 和具体的接口电路固定了下来。在单片机的