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1、洛阳理工学院毕业设计（论文）基于FPGA的蓝牙数据采集系统摘 要基于FPGA的蓝牙数据采集系统由下位机和上位机两部分组成。其中下位机主要由前端传感器、信号调理电路、ADC模数转换电路、FPGA处理模块以及蓝牙模块组成，主要完成前端数据的采集、转换、处理等功能，并将处理后的数据传输给上位机；上位机主要由USB蓝牙适配器和PC机组成，完成数据的显示、监控、存储等功能，并向下位机发送命令。该系统主要实现现场数据高精度、高速度实时采集，利用蓝牙的无线传输特性实现数据的无线传输。本系统中FPGA控制处理是系统的核心部分，通过动作指令控制前端调理模块进行数据采集，同时将采集到的数据经FPGA处理，由蓝牙模
2、块将数据传输给上位机，由上位机完成后续的相应处理工作。关键词：FPGA，蓝牙，数据采集，温度 BLUETOOTH DATA ACQUISITION SYSTEM BASED ON FPGAABSTRACTBluetooth data acquisition system based on FPGA is consists of two parts that are lower place machine and PC. Among them lower place machine is mainly made up of several parts ,for example ,front-en
3、d sensor, signal regulate circuit, ADC frequency field circuit, FPGA processing modules and the Bluetooth module. The mainly function are completing front-end data collection , conversion and processing and transfer the data after processed to PC.PC is mainly made up of USB Bluetooth adapter and PC
4、completing data display ,monitoring ,storage and other functions. PC send commands to lower place machine. This system mainly realize high precision, high velocity field data real-time data acquisition, USES Bluetooth wireless transmission characteristics of the wireless transmission of data realiza
5、tion. FPGA is the center of this system and through sending commands to control front-end regulate module collecting data. At the same time the collected data by FPGA processing will be transferred to PC with Bluetooth module. The PC will complete the corresponding processing work.KEY WORDS: FPGA，Bl
6、uetooth，Data collection，Temperature1目录前言1第1章 绪论21.1 课题的研究21.1.1 课题的提出21.1.2 研究的可行性21.1.3 数据采集系统方面的发展前景3第2章 采集系统的硬件设计52.1 系统的整体设计方案52.2 系统的整体结构52.3 系统的整体功能设计图及仿真图6第3章 温度传感器模块83.1 温度传感器型号83.2 温度传感器的选型10第4章 A/D转换器114.1 A/D转换器的选择114.1.1 A/D转换器的分类及其特点114.1.2 模数转换器的主要参数134.2 ADC0809芯片134.2.1 ADC0809结构图134
7、.2.2 ADC0809的管脚描述154.3 ADC0809模块设计及仿真164.4 FIFO模块设计及仿真17第5章 FPGA可编程逻辑器件195.1 FPGA器件信息195.1.1 FPGA简介195.1.2 FPGA的选择205.2 FPGA基本内部构造及功能分析205.2.1 可编程逻辑块阵列215.2.2 可编程输入/输出块215.2.3 互连资源22第6章 蓝牙模块246.1 蓝牙技术246.1.1 蓝牙优缺点246.1.2 蓝牙协议体系结构256.2 蓝牙芯片266.2.1 蓝牙芯片内部模块276.2.2 蓝牙芯片接口和主要管脚介绍286.2.3 蓝牙芯片操作296.3 UART
8、功能设计306.4 MAX232设计326.4.1 时钟分频346.4.2 UART的测试模块设计356.4.3 UART的发送模块设计366.4.4 UART的接收模块设计396.5 PC机与蓝牙的连接通信416.5.1 HCI分组426.5.2 软件实现43结论45谢 辞46参考文献47外文资料翻译49前言随着科学技术的迅猛发展，新技术革命将把人类由工业化社会推进到信息化社会，以数据存储为主要内容的数据采集测试技术，已形成了一门专门的技术科学。数据采集系统是计算机、智能仪器与外界物理世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要分支，它不仅应用在智能仪器中，而且在现代工
9、业生产、国防军事及科学研究等方面都得到广泛应用，无论是过程控制、状态监测，还是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统。数据采集的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号并转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机或相应的信号处理系统，根据不同需要进行相应的计算和处理，得出所需要的数据。与此同时，将计算机得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中的一部分数据还将被控制生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。存储测试系统是一种数据采集系统(DAS)，包括数据采集记录硬件和计算机数据分析处理软件；一般情况下，将信息量化采集后先存入系统中的数据存储器，等任务执行完后再进行
10、事后的数据读取和分析；数据采集记录硬件部分在工作完成后进行回收，以便进行数据回读。一个大型的数据采集系统由以下几个部分组成：数据采集、数据传输、数据存储、数据处理、分析和显示等。数据采集技术的发展离不开传感器和计算机控制技术。网络化测量、采集和控制是其发展的必然趋势。数据采集几乎无孔不入，它已渗透到了地质、医药器械、雷达、通讯、遥感遥测等各个领域，为我们更好的获取信息提供了良好的基础。 第1章 绪论1.1 课题的研究1.1.1 课题的提出在现代工业生产、控制和科学研究中，对各种现场数据进行采集、传输并处理已是必不可少的组成部分。数据采集系统，它主要完成数据信息的采集、A/D转换、数据存储，然后
11、通过蓝牙接口电路将处理后的数据送入计算机作进一步处理,实现无线数据传输、控制功能。目前，以这样的系统为核心的设备在国内外得到了广泛的应用，比如工业生产中的液位、温度、压力、频率等数据采集系统；生物医学方面的电生理信号的采集系统，机场、商场、交通等重要的场所安装的监控设备、视频会议、可视电话等多媒体设备等1。以前的数据采集系统中，处理器一般采用单片机，单片机价格比较低廉、结构简单、接口扩展能力强。但很明显的缺点是数学运算能力差，对于实时性要求高、传输率要求快、对信号的数学处理比较复杂的领域来说，单片机就显得力不从心了。在电路设计上，传统的采集系统多采用分离式的元器件，这样的的系统，体积大、结构复
12、杂、开发调试周期长，而且稳定性和抗干扰性都比较差。同样在和上位机PC之间的数据传输问题上，有大量的传统的数据传输电路，而蓝牙数据传输则实现了无线传输。本论文着眼于开发一种能满足集数据采集、数据处理、无线传输功能的通用型数据采集处理系统2。1.1.2 研究的可行性在电子技术飞速发展的今天，FPGA（现场可编程门阵列）和CPLD（复杂可编程逻辑器件）应用已十分广泛，它们随着EDA技术的发展而成为电子设计领域的重要角色。由于该器件可以通过软件编程而对其硬件的结构和工作方式进行重构，硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷，极大的改变了传统的设计方法、设计过程，乃至设计观念。借助于大规模集成的可编程逻辑
13、器件和搞笑的设计软件，用户不仅可通过直接对芯片结构的设计实现多种数字逻辑系统功能，而且由于管脚定义的灵活性，大大减轻了电路图设计和电路板设计的工作量和难度；同时，这种基于可编程逻辑器件芯片的设计大大减少了系统芯片的数量，缩小了系统的体积，提高了系统的可靠性2-3。蓝牙，是一种支持设备短距离通信得无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效的简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功的简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。1998年5月，爱立信、诺基亚、东芝、
14、IBM和英特尔公司等五家著名厂商，在联合开展短程无线通信技术的标准化活动时提出了蓝牙技术，其宗旨是提供一种短距离、低成本的无线传输应用技术。蓝牙具有很多优势： 1. 全球可用2. 设备范围3. 易于使用4. 全球通用的规格 1.1.3 数据采集系统方面的发展前景近几年，Internet网络飞速发展，各式各样的网概念个技术不断涌现，如电子商务（B2B、B2C等）、对等网络（P2P）、Net、移动电子商务、无所不在的电子计算等等，他们改变着人们的生活和工作，同时也深刻的影响着工业领域内的各种采集、控制、监控系统的结构和功能。数据采集系统（Date Acquisition System,简称DAS）
15、目前在工业领域应用非常广泛，在工业领域存在大量远程数据采集系统，这些系统支持着工业领域，如电力、军事、通信等各种生产的正常运行。具体应用如水、电、煤气调度SCADA系统，电力变电站综合自动化系统等。在这些数据采集系统中访问装置数据源是必须的功能，数据采集系统是工业控制和监控系统的核心和基础4。数据采集技术是存储测试技术的一个重要组成部分，是以传感器、信号测量与处理、计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术。它研究信息数据的采集、存储、处理及控制等作业，具有很强的使用性。目前，数据采集技术已广泛应用于工业控制系统、数据采集系统、测自动试系统、智能仪器仪表、遥感遥测、通讯设备、机器人、高档家电等方面。可以预见，随着大规模集成电路技术与计算机技术的发展，数据采集技术将在雷达、通信、水声、遥感、地质勘探、无损监测、语音处理、智能仪器、工业自动控制以及生物医学工程众多领域发挥更大的作用。特别是计算机的发展，网络化可以更好地协调工作，增强系统的可靠性，势必推动数据采集在更加广阔的领域应用5。第2章 采集系统的硬件设计2.1 系统的整体设计方案根据课题的要求，提出系统整体设计方案，其系统框图
