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（
2、 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
3、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，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： 取样与保持电路A / D 转换与存储控 制 电路显示部分输入电路触发电路TP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
4、（ 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 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 ）：
5、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
6、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 30 40 30 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 ATmeg
7、a128 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 . 1 1.1 课题的任务和要求 . 1 1.2 设计方案的选择 . 1 1.3 处 理芯片方案的选择 . 2 2 硬
8、件电路的设计 . 3 2.1 下位机 Atmega128 最小系统电路的设计 . 3 2.2 下位机电源电路设计 . 3 2.3 下位机与上位机的通讯电路设计 . 4 3.软件设计及调试 . 5 3.1 下位机系统工作流程图如图 3.1 所示 . 5 3.2 上位机系统工作流程图如图 3.2 所示： . 5 4 系统联调及结果 . 6 4.1 仿真软件简介 . 6 4.2 仿真与调试 . 6 4.3 硬件接线及调试 . 6 4.4 实例调试结果及分析 . 7 5 总 结 . 8 参考文献 . 9 1 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
9、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，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
10、的电气量采集系统设计的方案 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 外 部 信 号 AT mega 128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 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
11、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
12、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
13、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、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
14、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。 217805+ 5 V+ 5V12 V 电源VInGND0 . 33 uF0 . 1 uF132
