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1、 课程设计(论文)题 目 名 称 基于ARM7与PC机的电气量采集系统 课 程 名 称 电气测量技术 学 生 姓 名 刘雍 学 号 1041203054 系 、专 业 电气工程系、10测控技术与仪器 指 导 教 师 邱雄迩 2012年12月22日邵阳学院课程设计（论文）任务书年级专业10测控学生姓名刘雍学 号1041203054题目名称基于ARM7与PC机的的电气量采集系统设计时间2012年12月17日2012年12月28日课程名称电气测量技术课程编号121201202设计地点智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）一、 课程设计（论文）目的课程设计是在校学生素质教育的重要环节，是
2、理论与实践相结合的桥梁和纽带。电气测量技术课程设计，要求学生更多的完成软硬结合的动手实践方案，解决目前学生课程设计过程中普遍存在的缺乏动手能力的现象. 电气测量技术课程设计是继电子技术、和单片机原理与应用课程之后开出的实践环节课程，其目的和任务是训练学生综合运用已学课程电气测量技术的基本知识，独立进行电气测量的应用技术和开发工作,掌握电气测量技术的应用、调试和电路设计、分析及调试检测。二、 已知技术参数和条件（1）被测信号为外部输入信号，频率不定。（2）采集的外部信号在PC机上显示，包括数字显示和波形显示。（3）PC机与ARM7使用串口通讯。（4）仪器的触发电路采用内触发方式，要求上升沿触发，
3、触发电平可调。（5）被测信号的显示波形应无明显失真。三 任务和要求设计一基于ARM7与PC机的的电气量采集系统，参考框图为：注：1此表由指导教师填写，经系、教研室审批，指导教师、学生签字后生效；2此表1式3份，学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料和现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）智能仪器与开发实验室（314）/创新实验室（214）陈立周编 电气测量第三版，机械工业出版，2008，2申忠如 等编著电气测量技术，科学出版社，2009，1。五、进度安排2012年12月17日-18日：收集和课程设计有关的资料，熟悉课题任务和要求2012年12月19日-20日：总体方案设计2012年12
4、月21日-24日：功能电路详细设计2012年12月25日-26日：系统调试改进2012年12月27日：整理书写设计说明书2012年12月28日：答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）： 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）： 年 月 日八、备注指导教师（签名）： 学生（签名）：邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 刘雍 学 号 1041203054 系 电气工程系 专业班级 测控专业、10测控班 题目名称 基于AVR与PC机的电气量采集系统 课程名称 电气测量技术 一、学生自我总结 通过本课题的设计，使我更了解单片机的实际应用，实践才出真知的硬道理，在这半个多月，本课题
5、设计完成了上位机、串口通信、整体程序等的设计，并完成了实物的实验，同时也使我了解了单片机的功能是比不上DSP、ARM、FPGA等更高级的芯片，但各有千秋，对知识的渴望驱动我向更高的人生目标奋斗。 学生签名： 年 月 日二、指导教师评定二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重304030单项成绩指导教师评语： 指导教师（签名）： 年 月 日注：1、本表是学生课程设计（论文）成绩评定的依据，装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面；2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则和评分标准确定。摘 要目前，数据采集系统应用越来越广，所涉及的信号和信号源越来越多，对测量的要求也越
6、来越高。本次课程设计是以ATmega128和PC为基础的的电气量采集系统。其硬件部分包括了ATmega128的最小系统、和通信模块。软件部分包含了用Delphi编写上位软件和用C语言编写的下位机软件。采集系统是基于RS-232串口通信实现ATmega128和PC机的通讯。为了验证硬件和软件上设计的准确性，我们在理论的基础上进行实物的验证。用元器件连接实物并在测试中获得了预期的结果。该系统具有很多的优点如显示直观、界面友好、性价比高、应用广泛、系统数据处理功能强大。关键词：ATmega128；PC；采集系统目 录摘 要1 课题的方案论证11.1 课题的任务和要求11.2 设计方案的选择11.3
7、处理芯片方案的选择22 硬件电路的设计32.1下位机Atmega128最小系统电路的设计32.2 下位机电源电路设计32.3 下位机与上位机的通讯电路设计43.软件设计及调试53.1 下位机系统工作流程图如图3.1所示53.2 上位机系统工作流程图如图3.2所示：54 系统联调及结果64.1仿真软件简介64.2 仿真与调试64.3硬件接线及调试64.4 实例调试结果及分析75 总 结8参考文献91 课题的方案论证1.1 课题的任务和要求（1）该设计课题的任务本次课程设计是基于电气测量技术、电子技术、和单片机原理与应用的实践环节课程，其目的和任务是锻炼我们综合运用已学课程电气测量技术的基本知识，
8、结合微机原理对其进行深度的理解和运用。使我们能够独立的进行电气测量的应用技术和开发工作,掌握电气测量技术的应用、调试和电路设计、分析及调试检测。利用AVR系列Atmega128和PC机，能实现外部信号的采集，并且在PC机上显示数字和波形。（2）该设计课题的基本要求完成方案的论证；设计好硬件电路图，并给出原理图；设计好软件部分；完成调试；做出实物，进行验证。1.2 设计方案的选择下图为基于ATmega128与PC机的电气量采集系统设计的方案外部信号 AT mega128进行A/D转换 串口通信PC机接收数据界面显示数据和波形图1.1电气量采集系统图本设计是用ATmega128的通道0和通道1作为
9、数据的采集通道，通过芯片自带的10位A/D转换器进行数据的处理，然后通过RS-232串口通讯将转换的结果传送给PC机，然后再编写上位机软件将数据还原并显示在PC机界面上。ATmega128的介绍ATmega128是基于AVR RISC的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间，ATmega128的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ,从而可以减缓系统功耗和处理速度间的矛盾。ATmega128 具有如下特点：128K 字节的系统内可编程Flash( 具有在写的过程中还可以读的能力，即RWW)、4K 字节的EEPROM、4K 字节的SRAM、53 个通用I/O 口线、32个
10、通用工作寄存器、实时时钟RTC、4 个灵活的具有比较模式和PWM 功能的定时器/ 计数器(T/C)、两个USART、面向字节的两线接口TWI、8 通道10 位ADC( 具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI 串行端口、与IEEE 1149.1 规范兼容的JTAG 测试接口( 此接口同时还可以用于片上调试)，以及六种可以通过软件选择的省电模式。空闲模式时CPU 停止工作，而SRAM、T/C、SPI 端口以及中断系统继续工作；掉电模式时晶体振荡器停止振荡，所有功能除了中断和硬件复位之外都停止工作，寄存器的内容则一直保持；省电模式时异步定时器继续运行，以允许用户维持时间基
11、准，器件的其他部分则处于睡眠状态；ADC 噪声抑制模式时CPU 和所有的I/O 模块停止运行，而异步定时器和ADC 继续工作，以减少ADC 转换时的开关噪声；Standby 模式时振荡器工作而其他部分睡眠，使得器件只消耗极少的电流，同时具有快速启动能力；扩展Standby 模式则允许振荡器和异步定时器继续工作。1.3 处理芯片方案的选择方案一：采用传统的51系列单片机，51单片机如AT89C51结构简单，编程容易实现但是芯片内不带A/D转换，若使用这种单片机还需外部扩展A/D转换，由此可知电路复杂且转换精度和速度都不是很理想。方案二：采用信号的ATmega128。该芯片体积小、性能稳定、速度快
12、、精度高并且自带A/D。能够很容易精确实现信号采集。综合两种方案的优缺点，本次设计采用方案二。2 硬件电路的设计2.1下位机Atmega128最小系统电路的设计ATmega128最小系统由实时时钟晶振电路、复位电路、JTAG等组成。其中晶振给系统提供必要的时钟，这是系统工作的最基本的条件。JTAG的作用是供调试和下载程序所用。图2.1 ATmega128最小系统硬件电路图2.2 下位机电源电路设计硬件电路如图2.2所示。图2.2 下位机电源系统电源由外界提供12V的电源，然后经过稳压芯片给系统提供5V的稳定电压。2.3 下位机与上位机的通讯电路设计硬件电路如图2.3所示图2.3 下位机与上位机的串口通讯电路本设计采用RS-232串口通讯电路中的MAX232做为电平转换芯片。3.软件设计及调试3.1 下位机系统工作流程图如图3.1所示。图 3.1 下位机系统工作流程图3.2 上位机系统工作流程图如图3.2所示：图3.2 上位机系统工作流程图4 系统联调及结果4.1仿真软件简介本次设计的仿真使用了Proteus和AVR嵌入式平台。Proteus仿真是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。
