电化学工作站下位机软件的开发

 1.1 课题背景与意义 6
1.2 国内外电化学工作站发展与研究 6
1.2.1 国外电化学工作站的发展与研究现状 7
1.2.1 国内电化学工作站的发展与研究现状 8
1.3 课题主要研究内容 9
1.4 本章小结 9
2 关键技术 10
2.1 KEIL 10
2.2 串口通讯 10
2.3 多通道通信同步 11
2.4 电化学方法 13
2.3 本章小结 15
3 电化学工作站原理 16
3.1 电化学工作站概述 16
3.2 软件、硬件的关系 16
3.3 电化学工作站硬件概述 17
3.4 电化学工作站软件概述 19
3.5 本章小结 20
4 需求分析 21
4.1 系统需求分析 21
4.1.1 上下位机通信 22
4.1.2 数据的发送与接收 22
4.1.3 参数设置 23
4.1.4 电化学方法设置 24
4.1.5 数据采集 25
4.2 可行性分析 26
4.3 本章小结 27
5 电化学工作站下位机软件设计 28
5.1 系统整体功能构架 28
5.1 中断源设计 29
5.2 上位机与下位机通信 29
5.4 数据的发送与接收设计 30
5.3 数模转换与模数转换 30
5.5 主函数程序设计 32
5.6 本章小结 33
6 电化学工作站下位机实现 34
6.1 软件环境 34
6.2 上位机与下位机的通信实现 34
6.3 多通道通信同步实现 35
6.4 关键代码 35
6.5 本章小结 37
7 电化学工作站下位机测试 38
7.1 单通道电化学工作站 38
7.2 多通道电化学工作站 39
7.3 本章小结 42
总结 43
致谢 44
参考文献 45
分析化学的目的通过物理化学性质的改变，对物质做定性或定量的分析。电化学工作站是一种利用电化学方法进行物质检测和分析及表征的仪器，它具有简单、快速、准确、灵敏度高等优点，一直在分析化学、科学研究、经济生产中占据着较为重要的地位。
本论文在分析化学、电化学理论方法基础上，开发与现有电化学工作站硬件相配套的下位机软件。该软件系统可以很好的兼容现有的硬件系统，可以完成上位机与下位机的之间的通信功能，并根据上位机指令，进行指令接收、通道设置、电化学方法设置、参数设置、数据采集、数据发送，完成多种电化学方法如伏安法、电流时间法等电化学分析功能。
该下位机软件用KEIL μVision作为开发环境，用C语言进行编写。分析现有硬件设备的基本构成，并根据现有硬件设备的基本功能和特性，完成功能需求的设计与实现。
经过测试之后的实验结果表明，本下位机软件能与该电化学工作站的硬件系统进行很好的配合，并能够准确、方便、快速、自动地控制电化学传感器采集数据、发送数据，很好的实现了电化学工作站应有的功能。
关键字：电化学工作站；下位机软件；控制；数据采集
本课题主要研究基于嵌入式电化学工作站的下位机软件的设计与实现，本文主要研究内容有以下几个方面：
(1)嵌入式系统的基本工作原理和应用开发状况。嵌入式测控系统下位机的硬件组成、软件构架、上位机系统与下位机进行通讯的相关方法和技术。
(2)电化学工作站的功能原理。介绍了几种电化学工作站的几种常规功能，进而分析并提出电化学工作站下位机软件的需求分析，初步设计出下位机软件的主体框架。
(3)电化学方法的原理。介绍常用的电化学方法，了解常用的电化学方法的电压施加方式，进而设计电化学方法的算法。
(4)下位机软件的设计和实现。设计良好的下位机软件，系统能根据上位机指令，完成包括指令接收、方法设置、参数设置、数据发送，以及常用的电化学分析方法如伏安法、电流时间法等在硬件系统中的实现。
下位机软件在电化学工作站中占据着非常重要的地位。对于整个电化学工作站来说，硬件设备是整个电化学工作站存在的根本。而下位机软件刚好是硬件设备能够准确运作的前提。所以本章根据常规电化学工作站的基本功能来对下位机软件进行详细的需求分析。
4.1 系统需求分析
根据硬件设备特性和基本电化学工作站的基本功能要求，本论文的电化学工作站的下位机软件需要和上位机之间通信，并接收上位机指令，控制传感器进行工作。并将下位机传感器检测到的数据返回给上位机，让上位机进行数据处理。整个电化学工作站的框图如下
因此，需求分析因从以下几个方面进行讨论：
上下位机的通信：用串口通信的方式，让上位机与下位机之间可以进行数据交流。
多通道通信：本电化学工作站属于一个多通道的电化学工作站，即需要一个上位机可以同时控制多个下位机进行工作。
参数设置：对传感器进行参数设置，控制传感器工作。
电化学方法设置：根据常规的电化学方法原理，进行电化学方法进行设置。
数据采集：利用传感器施加电压后，对传感器进行电压检测，将检测到的数据进行采集，以便发送到上位机。
数据的发送与接收：接收上位机指令，将下位机传感器检测到的数据发送到上位机。
在开发基于微处理器的嵌入式系统时，软件的编写对系统的运行效率和可靠性起着至关重要的作用。因此在编写下位机程序是，必须要结合硬件电路来设计程序。对于本项目，我们根据由厂家提供的硬件设备和硬件电路图，结合所有功能模块的工作流程，对系统的软件来进行设计。
5.1 系统整体功能构架
本论文的电化学工作站的下位机软件需要和上位机之间通信，并接收上位机指令，控制传感器进行工作。并将下位机传感器检测到的数据返回给上位机，让上位机进行数据处理。根据需求分析可以得出本电化学工作站的功能结构。本电化学工作站的功能结构图.
上下位机的通信：用串口通信的方式，让上位机与下位机之间可以进行数据交流。
多通道通信：本电化学工作站属于一个多通道的电化学工作站，即需要一个上位机可以同时控制多个下位机进行工作。
参数设置：对传感器进行参数设置，控制传感器工作。
电化学方法设置：根据常规的电化学方法原理，进行电化学方法进行设置。
数据采集：利用传感器施加电压后，对传感器进行电压检测，将检测到的数据进行采集，以便发送到上位机。
数据的发送与接收：接收上位机指令，将下位机传感器检测到的数据发送到上位机。
本文主要介绍了一种基于AT89S8253微处理器的嵌入式电化学工作站的设计与开发。在分析电化学工作站工作原理和需求的基础上，就该电化学工作站的硬件结构和下位机软件进行了详细的分析与设计。
课题在研究之初，就该电化学工作站的微处理器和软件系统的进行了详细的了解，确定了使用AT89S8253微处理器作为硬件平台的核心；在软件方面，确定使用KEIL μVision开发环境。课题中面临以下几个方面的难题：多机通信；下位机系统与上位机系统之间的通信；由于专业知识的跨越性，对硬件知识知之甚少等等问题。
本课题围绕上述几个难题展开工作，经过3个多月的时间，终于还是解决了上述问题，基本达到了需求。但是由于时间关系，该电化学工作站的下位机软件还有待进一步完善，主要体现在以下几个方面：
(1)需要进一步提高代码的重用性。
(2)开发仪器设备与计算机之间的通用通信协议。由于开发设备间的开发，开发每台设备都需要重新定义协议规范，因此需要开发一个通用的通信协议。
(3)进一步提高程序的稳定性。

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