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1、基于单片机的多路数据采集系统设计 摘要: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。本设计采用了单片机AT89C52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，显示模块，和串行接口部分。该系统下位机负责数据采集并应答上位机机的命令。4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，并将转换后的数据通过串行口MAX232传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用LED数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用VB编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设
2、计。本设计经调试完成了数据采集、模数转换、显示及上位机绘图各项功能。关键词: 数据采集; 89C52单片机; ADC0809; MAX232;The Design Of Multi-channel Data Acquisition System Based On SCMAbstract：Data acquisition systems are analog and digital domains essential link between its presence has a very important role. This design uses a single-chip AT89C5
3、2 to achieve, the hardware part is a microcontroller as the core, but also including A / D conversion module, display module, and serial interface section. The system is responsible for lower machine data acquisition and PC answering machine commands. 4 measured voltage through the ADC ADC0809 analo
4、g to digital conversion, to achieve the collected data to digital analog conversion, the converted data through the serial port MAX232 transmitted to the host computer, the host computer responsible for data receiving, processing and display, and LED digital display to display the collected results.
5、 Part of the application software written in VB control software, data acquisition systems, analog to digital conversion system, data display, data communications and other procedures were designed. After commissioning the design of the data acquisition, analog to digital conversion, display and PC
6、graphics functions.Key words: data acquisition; AT89C52; ADC0809; MAX232;1. 引言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
7、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。820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。820世纪80年代随着计算机的普及应用，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
8、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。820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不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS）。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
9、统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。8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、高效率、高性能、低电压、低功耗、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
10、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，
11、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。8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：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。8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
12、年。本系统采用16位（A/D）模拟数字变换，总采样率达500K/S,同步时间为+/-250ns，可以利用方式组成高达1000通道的大容量的分布式采集系统。1.3 该课题研究的主要内容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
13、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。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理技术作为数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展,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采集系统在许多领域得到了广泛的应用.传统的基于单片机的数据采集系统由于没有上位机的支持,不
14、管采用什么样的数据存储器,它的存储容量都是有限的,所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新,这样不利于用户对数据进行整体分析,因而也不能对生产过程的状况进行准确的把握。本系统采用下位机负责模拟数据的采集,从单片机负责采集八路数据，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AT89S52单片机，此芯片功能比较强大，能够满足设计要求。2. 方案论证及选择2.1 方案一本方案采用AT89C52单片机、ADC0809作
15、为A/D转换器、RS-232C作为串行口、LED数码管作为显示部分以及用按键开关作为通道切换，每只按键接单片机的一条I/O线，通过对线的查询可识别各按键状态。原理图如图2.1所示。图2.1 方案一原理框图2.2 方案二本方案硬件电路采用AT89C51单片机最小系统、ADC0809模数转换电路、HD7279键盘控制与LED显示电路、RS-232C串行通信电路四部分组成。该方案较一来说，键盘控制比方案一更加方便，且实现简单。原理图如图2所示。图2.2 方案二原理框图2.3 方案选择为了节省资源以及考虑到各器件性价比方面，选择方案一作为最终方案。89C51市面上已被许多新型单片机取代，故采用现阶段主
16、流的AT89C52单片机。而ADC0809为逐渐逼近式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。在显示部分采用动态扫描显示法选择性价比更高的LED数码管。通道选择方面，通过对硬件的优化使得避免使用键盘，而只需两个按键开关去实现通道切换。3. 硬件部分该系统是一个上、下位式多路数据采集系统，下位机用单片机实现，负责数据处理和显示，上位机负责将采集到的数据用坐标的形式动态描绘出结果。上位机和下位机之间用RS-232进行通信。该部分由AT89C52、ADC0809、MAX232、LED数码显示器组成。3.1 单片机3.1.1 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
