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1、摘要随着科学技术的发展和微型计算机技术的广泛应用，数据采集监测已 成为日益重要的检测技术。在现代工业中，多路数据采集已被广泛应用于工 业和农业等等场合，因此对数据采集系统的许多方面，如采样率、分辨率、 存储深度、数字信号处理速度、抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求。 目前常用的方式是在 PC 机中安装数据采集卡，它采集速率高，数据传输速 度快，但是安装不方便，价格高，所以设计一种安装方便、价格低的实用数 据采集系统很有必要。结合单片机的相关知识本论文设计和完成了基于 ATmega16AVR 单片 机的多路数据采集系统的设计。系统可以采集多路信号，如电压、电流、频 率和开关量等，在显示模块上准
2、确显示，可以经过改进应用在监控多路温 度、湿度和压力等场合。系统的实现是利用 MEGA16 自带 ADC 转换的强大 功能，将模拟量等数据采集并传送到主机，然后送到 12864 液晶显示器上显 示。多路数据采集系统最多可采集 8 路模拟数据，通过键盘可以选择采集相 应的数据。另外，本装置还可以通过 RS232 接口与电脑连接，数据送到电 脑后可以显示在屏幕上，有广大的应用前景。关键词 单片机; 液晶显示器 ; 电位器; 数据采集AbstractWith the development of science and technology and the range of microcompute
3、r technology applications becoming wider and wider, data collection has become increasingly important to monitor the detection technology. In modern industry, multi-channel data acquisition has been widely used in industry and agriculture, and so on. So the demand in many areasof the data collection
4、 system, such as the sampling rate, resolution, memory depth, digital signal processing speed, anti-interference capability is geting increasingly high.Now the commonly used method is to install data acquisition cards in PC, these cards have a high rate of collection and data transmission .But it is
5、 not convenient to install.So it is necessary to design a inexpensive and practical data acquisition system .With the knowledge of MCU I have designed and completed a thesis on ATmega16 AVR microcontroller chip to control the multi-channel data acquisition system design. The purpose of this design i
6、s collecting multiple signals, such as voltage, current, frequency and volume switch, accurately display module that can be improved in the application of multi-monitor temperature, humidity and pressure, and other occasions. its own system using the power of conversion, data acquisition andwill be
7、sent it to the host,then to12864 LCD display.At most it can get up to 8 channels to collect information,which canrely on the keyboard to choice a kind of idea. In addition, the device can also connect RS232 interface with the computer. Data can display on the screen after senting back to computer. T
8、here are a majority of the application.Keywords MCU; Liquid crystal display; Potentiometers; Data acquisition目录摘要 IAbstract II第1章 绪论 51.1 课题背景 51.2 数据采集技术与特点 51.2.1 数据采集技术分析 51.2.2 数据采集的的特点 61.3 数据采集技术的发展状况 61.3.1 数据采集的的研究现状 6第2章系统总体方案设计 102.1 系统方案论证 102.1.1电源模块的选择 102.1.2显示模块的选择 102.1.3键盘模块的选择 112.
9、2 系统总体方案设计 13第3章系统硬件设计 143.1总体设计部分 143.2 硬件电路设计部分 15321MEGA16 单片机153.2.2 输入电路设计 153.2.3 12864液晶显示电路设计 26324MAX232和串行口插座电路设计 313.2.5系统原理图 33第4章系统软件设计 344.1 软件设计思想 344.2 主程序设计 344.3 A/D转换程序的设计 354.4 串口程序设计 364.5 显示程序设计 38结论 40致谢 41参考文献 42附录I43附录II第1章 绪论1.1 课题背景数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户 自定义的测量系统，
10、是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中 自动采集信息的过程。在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算 机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实 际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注 意，还有更多的实际的问题要解决。随着电子技术的不断进步，芯片处理速度大幅提高，同时，接口技术的 发展和软件的进步越来越快，当今的数据采集效率在各方面的应用都得到了 飞速的提升数据采集。网络化制造系统中的信息化终端是在车间环境中实施 网络化制造的关键装置之一，而数据采集系统是实现制造企业整个生产过程 的信息集成，实施综合自动化，以及
11、网络化制造中设备层远程监控的基础。 在实际应用中，数据采集常常和工业控制联系在一起，形成一套完整的数据 采集监控系统。由于各种工业现场条件不同，对现场的数据采集与控制功能 的要求也不尽相同，而且各种信息化终端采用的体系结构和设计方案都有很 大的差异，因此如何在各种信息化终端的基础上灵活扩展数据采集与控制模 块来满足现场需要具有很大的研究意义。1.2 数据采集技术与特点1.2.1 数据采集技术分析在现有的资料中，多路数据采集系统一般由 CPU 模块、数据采集模块、数据输出模块、时钟模块、液晶显示模块、 RS-232 通讯模块、 CAN 总 线模块、 DeviceNet 模块、电源模块组成。主要设
12、计了模拟量采集接口电 路、 CPU 外围电路、通讯模块接口电路。其中典型的有为实现数据的定时 采集和按时间日期保存数据而扩展了一片实时时钟日历芯片DS12887 ；为便于输入各种数据而扩展了键盘接口管理器件 SK5278 ；为便于实时显示采 集的数据及人机交互而扩展了中文液晶图文显示器；为便于将采集的数据传 送给上位计算机进行数据的处理分析而使用 MAX232 扩展了 RS-232 接口， 而大部分功能都由单片机芯片中实现。1.2.2 数据采集的的特点单片机系统采集的信号有模拟电压信号、模拟电流信号、 PWM 信号、 数字逻辑信号等。现在，绝大多数传感器的信号都是模拟量，电流和电压。 所以模拟
13、信号的采集应用最为广泛，处理过程也相对复杂。相对于模拟信 号，PWM信号和数字逻辑信号的采集比较直接，单片机能够直接处理这类 信号，无需额外的器件进行信号转换。1.3 数据采集技术的发展状况随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统迅速得到广泛应 用，它渗透到工业、地质、医疗器械、通讯、遥感遥测等各个领域，为获 取信息提供了良好的基础。在生产过程中应用这一系统，可实现对生产现 场各种参数的采集、监视和记录，为安全生产、提高产品质量、以及降低 成本和减少损失提供信息和手段。1.3.1 数据采集的的研究现状常用的数据采集系统有两种。一是以 MCU 为核心的数据采集系统， 即 MCU+A/D 形式
14、。它的主要构成通常包括传感器、模拟多路开关、程控 放大器、采样保持器 ,A/D 转换器、 MCU 及特殊外设等组成部分。这类系 统具有价格低廉、体积小、结构简单、功能强大、应用灵活、稳定可靠等 许多优点，因而得到了人们充分的关注并发展成熟起来，现己广泛应用于 工业控制、仪器仪表以及简单的通讯设备中 ;而且，由于功能的添加和技术 改进，它们在这些领域还占有相当的数量。这种数据采集系统注重的是数 据采集和控制的实时性，除了进行一些简单的数字处理之外，一般不进行 大规模的数据存储，这是由单片机本身的架构所决定的。对于一些比较复 杂的应用场合，比如通讯和控制领域，这种基于 MCU 的数据采集系统的 应
15、用就受到限制。合具备相应能力的数据采集和控制的硬件模块。但是， 由于各种信息化终端采用的体系结构和设计方案各有不同，要让信息化终 端针对每种现场需求量身定制数据采集与控制模块不大现实，因为这需要 针对不同的现场要求开发不同的硬件和软件，这样会大大增加产品的开发 周期和成本，同时也不利于信息化终端的抗干扰和可靠性的设计。因此， 如何在降低成本，保证信息化终端的可靠性，又能够灵活的适应各种工业 现场对数据采集与控制功能不同要求的前提下，为各种信息化终端开发出 能够灵活扩展的通用数据采集与控制模块成为本文重点研究的内容。目前 关于多路数据采集系统已经有很多较为成熟的课题，集成度也很高。数据 采集技术是一种广泛应用于信号检测、信号处理、仪器仪表等领域的电子 技术。目前，低速、低分辨率的数据采集技术已相当成熟，因而系统的组 建也相对容易，而近年来，随着数字化技术的不断发展，数据采集技术呈 现出速度更高、通道更多、数据量更大的发展态势，这种高速、高分辨率 的数据采集系统存在很多实际技术问题，其关键技术在于高速 A/D 技术、 抗干扰技术、数据的存储和传输技术、信号调理技术和接口技术
