1 引言
数据采集，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。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据量测是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。 在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。国内外各种数据采集器先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。 数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，这就使得多功能数据采集系统的发展显得尤为重要。
多功能数据采集系统的任务就是根据不同的需要对信号进行采集，如实现采集初始时刻的任意性，采集频率的多样性。然后转换成单片机能够识别的数字信号，送入单片机进行相应的计算和处理，得出所需数据，并将其进行显示或加以通信，以便实现对某些量的实时控制和
处理。在生产生活的各个方面，数据采集系统几乎无处不在，凡是有自动监控系统的地方都有数据采集系统的出现，随着工业生产生活的需要，对数据采集系统的要求也越来越高，尤其是根据不同的需要实现以不同的方式采集数据。因此，对本课题的研究有及其广阔发展前景和巨大的经济价值。
2 多功能数据采集系统总述
2.1 系统简介
数据采集系统起始于20世纪50年代，由于数据采集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通信任务，因而得到初步的认可。由于集成电路制造技术的不断提高，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。
本系统主要包括数据采集模块、数据存储模块、CPU模块、人机交互模块、通信模块。系统电路原理图见附录A，PCB图见附录B。其中数据采集模块采用8255A芯片扩口接AD1380转换器主要实现对不同形式信号的实时采集；CPU模块负责对采集到的信号进行
分析、变换等操作；人机交互模块是实现采集频率控制及显示数据等功能。针对目前数据采集系统在工业控制中的实际使用情况，本系统相比一些其它的数据采集系统，在满足基本要求的同时，成本更低、操作也简单。
本系统解决的一个关键问题是，在数据采集的过程中，保证了通过实现从任意时刻开始采集数据和以不同的频率采集数据来满足不同的工作需要。
2.2 系统总体框图
本设计拟采用单片机作为程序的主控芯片，利用A/D转换技术，实现数据的实时转换，利用键盘控制采样频率的改变，通过外加存储器扩展存储空间，通过显示器显示数据并进行通信。系统总体框图如图所示：
图2.1 系统总体框图
3 CPU模块
3.1 89C51单片机的基本组成
本设计采用89C51作为系统的主控芯片，芯片结构框图如下：
外部时钟源 外部事件计数
内中断
图3.1 89C51单片机结构框图
89C51单片机包含：
（1）一个8位的80C51微处理器
（2）片内256字节数据存储器RAM/SFR，用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果，最终结果以及欲显示的数据等
（3）片内4KB程序存储器FLASH ROM，用以存放程序、一些原始数据和表格
（4）4个8位并行I/O端口P0-P3，每个端口既可用作输入也可用作输出 （5）两个16位的定时器/计数器，每个定时器/计数器都可设置成计数方式，用以对外部事件进行计数，也可以设置成定时方式
（6）具有5个中断源、两个中断优先级和中断控制系统
（7）一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与PC机之间的串行通信
（8）片内振荡器和时钟产生电路，但石英晶体和微调电容需要外接，最高允许振荡频率为24MHz
（9）89C51单片机与8051相比，具有节电工作方式，即休闲方式及掉电方式[1]
3.2 管脚及说明
图3.2 89C51单片机引脚图
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。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/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH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，P
液晶显示器反光2口的管脚被外部拉低，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。
电工工具袋P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
表3.1 P3口特殊功能
烟卷引流
P3.0 | RXD（串行输入口） |
P3.1 | TXD（串行输出口） |
P3.2 | /INT0（外部中断0） |
P3.3 | /INT1（外部中断1）合同比对 |
P3.4 | T0（记时器0外部输入） |
单向离合器轴承P3.5 | T1（记时器1外部输入） |
拼接地图P3.6 | /WR（外部数据存储器写选通） |
P3.7 | /RD（外部数据存储器读选通） |
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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。
ALE/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地位字节。在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。
