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1、xx大学学士学位论文基于AVR单片机的数据采集系统设计摘要近年来，随着嵌入式微处理器的快速发展，单片机系统得到了广泛的应用。在医疗、航空、交通、军事技术、工业控制、科学研究等领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，但仅仅具备单片机方面的知识是不够的，还应结合具体的硬件结构以及应用对象的软件特点来设计系统。本论文的目的就是设计实现一个具有一定实用性的实时数据采集系统。论文主要论述对土壤内部温度、湿度、压力等数据采集系统的设计与实现。它的主要功能是完成数据采集、处理、显示、控制以及与PC机之间的通信等。基于对数据采集系统体系结构及功能要求的分析，本文设计并实现的采集系统采用Atmega64单片机
2、为核心，扩展了电源电路、复位电路、LCD接口电路以及监控电路等，并配有标准RS-232及RS-422串行通信接口。系统软件采用汇编语言编写，为了便于扩展和更改，软件的设计采用模块化结构。由于使用该仪器的野外环境多样，干扰严重，在系统的开发实现中，不仅要实现数据采集仪的一般功能，也要保证它的可靠性和安全性。本文论述了数据采集系统所采取的硬件和软件方面的抗干扰措施，并对与PC机之间的通信实现进行了相应的论述。关键词 嵌入式；数据采集；Atmega64；传感器Design of Data Acquisition System Based on AVR SCMAbstractIn recent yea
3、rs, with the rapid development in embedded microprocessor,the SCM(Single Chip Micyoco)has been widely applied in many fields such as the medical treatment,the aviation,the transportation,the military technique,the industry,the science research,andso on.In this fields,SCM is usually to be used as a c
4、ore parts,but the knowledge of SCM isntenough.We should combine with the structure of concrete hardware and characteristics ofrelevant software to design the system.The purpose of this thesis is to design a practicalreal-time data collection system.This thesis mainly discuss the design and realizati
5、on of the data collection system whichrefers to the temperature、humidity、pressure inside the soil.The system is mainly used tofinish the data collection、processing、display and the correlative control and communicationwith the PC.On the analysis of the system structure and function requirement,the sy
6、stem inthis thesis adopts the Atmega64 core,expands the power、reset、LCD interface circuit withstandard RS-232 series communicate interface.For the entironment the system in use iscomplex with serious disturb.We should ensure the reliability and security besides the basicfunction in the design of the
7、 system.In this thesis we discuss the anti-jamming measuresthrough hardware and software.We talk about the realization of communication with the PC.The software design with assemble language,and adopts modularize framework design.Keywords Embedded System; data collect system; Atmega64;sensors不要删除行尾的
8、分节符，此行不会被打印- I -目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 数据采集系统的发展11.3 课题设计内容2第2章 系统总体设计32.1 系统总体设计框架32.2 系统主程序设计32.3 系统主要功能52.3 本章小结5第3章 硬件设计63.1 单片机最小系统设计63.1.1 ATmega64单片机概述63.1.2 ATmega64单片机引脚功能83.1.3 系统时钟电路103.1.4 系统复位电路103.1.5 系统电源电路103.2 标准RS-232接口扩展113.2.1 RS-232接口的机械指标113.2.2 RS-232接口的电气规范123.2.3
9、 RS-232接口的电气规范123.3 标准RS-422接口扩展133.3.1 MAX485芯片简介133.3.2 硬件设计143.4 外存储器扩展143.4.1 I2C总线简介143.4.2 AT24C64简介153.4.3 AT24C64与ATmega64单片机接口连接163.5 温湿度采集端设计163.5.1 SHT75的主要性能163.5.2 硬件设计173.6 压力采集端设计173.6.1 ATmega64单片机概述173.6.2 26PCB压力传感器简介183.7 键盘接口设计193.8 显示接口设计203.8.1 LCD1602简介203.8.2 硬件设计213.9 本章小结21
10、第4章 软件设计224.1 软件总体设计框架224.2 温湿度及压力数据采集模块软件设计234.3 标准RS-232及RS-422接口扩展软件设计244.3.1 RS-232接口扩展软件设计244.3.2 RS-422接口扩展软件设计274.4 片外存储器扩展软件设计284.5 键盘及显示模块软件设计284.5.1 键盘读取程序设计284.5.2 LCD显示子程序设计293.6 本章小结30结论31致谢32参考文献33附录A34附录B37附录C40附录D41千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行
11、后加一空行- IV -第1章 绪论1.1 课题背景在实际的生活与工作中，我们常常需要到工作现场和野外进行数据采集及相关的处理，计算机虽然具有强大的数据处理和分析能力，但我们不能把计算机搬到现场，这是因为计算机除了体积大、携带不方便外，更因为它的抗干扰能力差以及对工作环境质量要求高等缺点，使计算机无法在某些环境恶劣的场合下工作。而单片机以其运算速度快、体积小、成本低、集成度高、抗干扰能力和控制能力强等优点，已经广泛用于智能化仪器仪表、机电一体化产品以及数据采集和过程控制方面。近年来随着微电子技术的迅速发展和大规模集成电路的出现，特别是高性能单片机的出现，正引起数据采集系统领域内的一场新的技术革命
12、。数据采集是信号与信息采集学科的一个重要组成部分，也是诸多计算机领域中最为活跃的领域之一。随着计算机、集成电路等技术的飞速发展，数字采集系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。我国是农业大国，不同地区的土壤环境有着较大的差异，即使同一地区在不同季节土壤环境也不尽相同，土壤的温湿度及压力对于农作物的正常生长至关重要，准确的了解土壤的温湿度及压力参数就显得尤其重要。1.2 数据采集系统的发展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，由非熟练人员进行操作，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
13、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。大约在60年代后期，国外就有成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代中后期，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，因此获得了惊人的发展。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，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线
14、。20世纪80年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，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，一类以仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机等构成。例如：国际标准ICE625（GPIB）接口总线系统就是一个典型的代表。这类系统主要用于实验室，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，例如：STD总线系统是这一类的典型代表。这种接口系统采用积木式结构，把相应的接口卡装在专用的机箱内，然后由一台计算机控制。第二类系统在工业现场应用较多。这两种系统中，如果采集测试任务改变，只需将新的仪用电缆接入系统，或将新卡再添加到专用的机
15、箱即可完成硬件平台重建，显然，这种系统比专用系统灵活得多。20世纪80年代后期，数据采集系统发生了极大的变化，工业计算机#单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，使系统的成本降低，体积减小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统（DAS）。目前有的DAS产品精度已达16位，采集速度每秒达到几十万次以上。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。该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，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地组成一个新的系统。该阶段并行总线数据采集系统向高速、模块化和即插即用方向发展，典型系统有VXI总线系统，PCI、PXI总线系统等，数据位已达到32位总线宽度，采样频率可以达到100MSps。由于采用了高密度，屏蔽型，针孔式的连接器和卡式模块，可以充分保证其稳定性及可靠性，但其昂贵的价格是阻碍它在自动化领域普及的一个重要因素。但是，并行总线系统在军事等领域取得了成功的应用。串行总线数据采集系统向分布式系统结构和智能化方向发展，可
