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1、(毕业论文)基于单片机的多路实时数据采集系统设计 分类号 单位代码 密 级 学 号 学生毕业设计（论文）题 目基于单片机的多路实时数据采集系统设计作 者院 系 专 业指导教师答辩日期201 年 5 月 27 日毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果。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标明。本人毕业设计（论文）与资料若有
2、不实，愿意承担一切相关的法律责任。 论文作者签名: 年 月 日摘 要数据采集系统是模拟领域与数字领域之间必不可少的纽带，在自动控制、电气测量、航空航天等工程实际中有着极为广泛的应用。本文设计出一种以AT89C51为核心的数据采集系统，可以实现对模拟电压范围为-10V+10V的4路模拟信号进行实时采集，最高取样可达250Ksps。将采集的数据通过RS232接口传输到上位机，由上位机负责处理和实现。整个数据采集系统由硬件和软件组成，硬件主要包含AD7862、232和单片机的接口设计；软件主要包含上位机显示界面设计和单片机程序设计。硬件设计部分采用Protel设计软件，包含原理图的设计和PCB图设计
3、；下位机采用单片机编译软件Keil uVision2编写C语言程序；上位机采用VC+编写显示界面。设计的结束部分，对采集到得数据的误差进行了分析。实验证明，将单片机与AD7862相结合，是进行多路数据采集、处理与传输的理想解决方案。关键词：数据采集；单片机；AD7862；RS232Based on Singlechip of Real-time Data Acquisition SystemABSTRACTAnalog data acquisition system is essential to the field and the link between the digital realm
4、, in the automatic control, electrical measurement, aerospace and other engineering practice has a very wide range of applications. This article is designed to AT89C51 as the core of a data acquisition system, the analog voltage can range from-10V +10 V 4-channel analog signals in real-time acquisit
5、ion up to the imum sampling 250Ksps. The data will be collected through the RS232 interface to transfer to the host computer, the host computer is responsible for processing and reality. The entire data acquisition system consists of hardware and software components, hardware mainly includes AD7862,
6、 232 and single chip interface design; software consists mainly of PC display interface design and microcontroller programming. Part of hardware design using Protel design software, including schematic design and PCB design plans; lower machine using SCM software Keil uVision2 compile C language pro
7、gram written; on the computer using VC + + written display. The end part of the paper, the collected data error was analyzed. Experiments show that the combination of the microcontroller and the AD7862 is the multi-channel data acquisition, processing and transmission of the ideal solution.Keyword：d
8、ata acquisition；MCU；AD7862；RS232目 录摘 要IABSTRACTII1 绪 论11.1 论文研究背景及其意义11.2 国内外的研究现状21.3 本课题的主要技术指标32 系统方案论证52.1 数据采集系统主要结构52.2 系统硬件器材的选型6 A/D模数转换器的选择6 单片机的选择6 串行口的选择63 硬件介绍及系统硬件设计73.1 AD7862简介73.2 单片机简介8 单片机的概述8 AT89C52简介93.3 系统硬件设计10 单片机最小系统设计10 主电路设计11 RS232接口电路设计124 软件程序设计154.1 单片机程序设计154.2 上位机程序设
9、计165 调试及误差分析195.1调试19 硬件调试19 软件调试19 软硬联调195.2调试结果195.3误差分析20参考文献21致 谢22附录A 单片机总程序23附录B 数据采集系统原理图25附录C 数据采集系统PCB图和三维图26附录D 系统调试实物图27,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
10、采集系统在许多领域得到了广泛的应用。1.3 本课题的主要技术指标（1）采集信号通道数：4通道。（2）采集信号的电压范围：-10V+10V。（3）最高采样速率：250Ksps。（4）能区分信号的最小变化电压：4.883mV。本系统采用下位机负责模拟数据的采集,从单片机负责采集四路数据，并应答主机发送的命令，上位机即主机是负责处理接受过来的数字量的处理及显示，主机和从机之间用RS-232进行通信。这样用户可以在上位机上编写各种程序对文件中的数据进行有效查询和分析,有利于工业过程的长期正常运行和检查。该系统采用的是AT89C52单片机。 2 系统方案论证2.1 数据采集系统主要结构数据采集，又称数据
11、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
12、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。在该系统中采用的是8051系列的单片机。双机通信的串行口可以采用RS232C标准接口，由芯片232实现双机的通信。数据采集系统一般由信号调理电路，多路切换电路，采样保持电路，A/D,单片机等组成。系统设计电路的结构框图如下： 图2-1 数据采集系统的结构框图如图1，单片机通过控制AD7862进行数据采集，将4路通道的数据可同时送入数据缓冲区，通过串行接口发送到PC机，在PC机中将十六进制的数据进行处理，最终电压数值可以在界面上显示。2.2 系统硬件器材的选型 A/D模数转换器的选择由于数据采集系统的精度和实时性对于与整个控制系统的性能
13、至关重要，所以必须合理设计使其能提供预期的采样速度、AD7862简介AD7862是美国ADI公司出品的12位高速、低功耗转换器，单电源5伏供电。它包含两个4us的延时的ADC,两个锁存器，一个内部的+2.5V参考电压和一个高速并行输出端口。有四个模拟输入通道，分为两组，由A0选择。每一组通道有两个输入 VA1 & VA2 or VB1 & VB2 ，它们能同时的被采样和转化，保存相对的信号信息。图3-1 AD7862的内部结构图3-2 AD7862工作时序图图3是AD7862的时序控制图。在时序图中，一个转换在/CONVST的下降沿开始。这时两个锁存器同时锁存两个通道的模拟量，在3.6us之后
14、，转换完成，AD7862的输出寄存器的数据是有效的。BUSY信号指示转换的结束，这时两个通道的转化的结果是有效的，可以去读。下一个转化然后开始，如果多路选择器A0是低电平，那么转化后的第一次和第二次读的结果是A通道的模拟量。在A0为高电平时，转换后的数据是B通道的模拟量。3.2 单片机简介 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、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
15、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、可靠性高这几个方面8。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，
