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1、多路数据采集系统毕业设计摘要本文介绍了基于单片机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，它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的 重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制 采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机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，保持采样模块，显示模块，和临 时存储部分。该系统负责数据采集并应答主机的命令。8路被测电压通过模数转换器 ADC0809进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并用LED 数码显示器来显示所采集的结果。关键词：
2、数据采集89C52单片机ADC0809AbstractThis article describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The data collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The introductive point of this te
3、xt is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data collection and communication control use modular design. The data collected to control with correspondence to adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardwares core is AT89S52, is also in
4、cludes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for data acquisition and answering the host machine.8 roads were measured the electric voltage to pass the in general use mold-few conversion of ADC0809,the realization carries on the conversion that
5、 imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect. LED digital display is responsible display the data.Keyword: data acquisitionAT89C52ADC0809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
6、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。20世纪70年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶 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。20世纪80年代随着计算机的普及应
7、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，是 系统的成本减低，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。1120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
8、不 断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统0AS）。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。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制，单 片机具多功能、咼效率、咼性能、低电压、低功耗、
9、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
10、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。由美国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
11、：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。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。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
12、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。本课题要求完成8路数据采集器的功能设计，并对部分功能实现硬件设计。 能在模拟系统中调试完成。要求电路：总线功能；8路电压数据米集；能 手动和自动控制电路是否循环采集，能手动加减采集通道;能对系统错误用led 灯报警。第二章数据采集的硬件设计与实现2.1数据采集硬件的总体框图(1) 采集信号：多路数据采集的信号主要是电压信号，由于该课题给出的是电 流，所以需经过i/v变换获得电压。(2) A/D转换
13、：A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、 声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经 各种传感器把各种物理量转换成电压信号。(3) 单片机：分析系统所要实现的功能可知，需要设计的功能模块应该包括多 路开关，总线设计，显示设计，A/D转换设计，键盘设计等，对于这些功 能，选用51单片机来实现是合适的，采集数据、控制、键盘以及显示都 是MCS-51单片机的典型应用范畴。本系统采用ATMEL公司的AT89C51， 该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-51系
14、列单片机的指令集和输出管脚相兼容。(4) LED数码管显示：用于显示采集通道和采集电压，本设计采用的是共阳 极6位8段式数码管。(5) 按键开关：通过按键开关可以控制电路的采集方式，及自动采集和手动采 集，当手动采集时，开关可以控制通道数加1和减1。2.2方案论证2.2.1 A/D模数转换模/数转换是现代测控电路中非常重要的环节，它有并行和串行两种数据输 出形式。目前，模/数转换器ADC已被做成大规模集成电路，并有多种型号和种 类可供选择。本文介绍了 ADC0809的性能特点：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
15、/D转换器型号很多，而其转换 时间和转换误差也各不相同。(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，缺点是数度很慢，适用于对转换数度要求不高的系统。(3) 并行式A/D转换器：它又被称为flash (快速)型，它的转换数度很高， 但她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转换器等数度特别高的领域。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
16、 是逐渐逼近式A/D转换器ADC0809。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分 支。此系统是由多路开关，采样保持器，CPU、零时存取数据存储器、LED数 码管显示电路、按键开关及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AT89C52.2.2.3显示部分LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使 用了 8个LED显示管，其中7个用于显示字符，1个用来显示小数点，故通常 称之为八段发光二极管数码显示器。对LED数码显示器的控制可以采用按时间 向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。LED数码显示有动态扫描显示 法和静态显示。在单片机中，为了节省硬件资源，多采用动态扫描显
