1、毕业设计文献综述 电子信息工程 模拟电网数据采集系统的单片机设计 前言 近年来，计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用，各种单片机的数据采集系统广泛应用于工业生产、测量以及工业控制技术领域，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发展的主流方向。 11国内外很多大大小小的公司开发了数据采集器之类的产品，这使得为实现信息的数据化提供了极大的方便。 6 主题 单片机也被称为微控制器，因为它最早是被使用于工业控制领域。单片机是 由芯片内仅有CPU 的专用处理器发展而来。 1最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集
2、成在一个芯片中，使计算机系统更小，更灵巧，更容易集成进复杂的而提及要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 就是最早的按这种思想设计生产出来的处理器。从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳了。 10 单片机的发展 纵观我们现在生活的各个领域从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机网络通讯与数据传输，到工业化自动过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡等，这些都离不开单片机。 4在以前没有单片机的时候，制作这些东西智能通过使用复杂的模拟电路，可是这样制作出来的产品不仅体积大，而且成本高。并且由于长期的使用，电子元件会不断老化，控制的精度自然也就会
3、降低，以致达不到标准。在单片机生产后，我们就能控制这些东西变为智能化了。 15我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分是由人为的写入程序来完成。这样不仅使产品的体积变小了，而且成本也降低了，长期使用也一样能打到较高的控制精度。所以，它将会越来越受到人们的欢迎，在将来将会有更多的人来接受它并使用它。 8据统计，我国单片机年容 量已达 3 亿片，而且每年已大约 20%的速度增长，但相对于世界市场我们的占有率还不到 1%。特别是沿海地区较多产品需要使用单片机，并且不断的向内地辐射，所以，单片机在我国具有广阔的发展前景。 13 单片机控制系统 一个单片机控制系统主要包括：信息采集模块、 L
4、ED 显示模块、按键输入模块、 I/O 输入 /输出模块、光电隔离模块，通讯模块等。 1 1.采用 LED 显示 采用 LED 显示。缺点在于功耗大 ,占用的单片机资源多，在有限的空间内显示的数据有限，而本系统要求显示的数据量较少，相比之下成本比 LCD 液晶要低的多。 LED 显示原理 LED 发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。但
5、这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“ P-N 结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P区，在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是 LED 发光的原理。 2 2.键盘 为了在控制系统中完成采集通道的选择，还需要为该系统设置键盘。由于功能要求简单，仅用三个按键即可完成选择功能，但为了适应功能的扩展，采用十六个 4*4 标准键盘进行查询设置，可以设置时间及设置密码锁的功能。 3.A/D 转换原理 A/D 转换是指将模拟量离散化转换成计算机能接受的数字量。其主要指标是分辨率、满刻度误差、输出模拟量的类型和范围、转换时间及与 CPU 的接口方式。
6、 ADCADC0809 模数转换器的引脚功能以及管脚如图 1 所示。 14 IN0 IN7:路模拟量输入。 A、 B、 C:位地址输入，个地址输入端的不同组合选择八路模拟量输入。 ALE:地址锁存启动信号，在 ALE 的上升沿，将 A、 B、 C 上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。 D0 D7:八位数据输出线， A/D 转换结果由这根线传送给单片机。 OE:允许输出信号。当 OE=1 时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据。 START:启动信号输入端， START 为正脉冲，其上升沿清除 ADC0808 的内部的各寄存器，其下降沿启动 A/D 开始转换。 EOC:转换 完成信号，当 EOC
7、 上升为高电平时，表明内部 A/D 转换已完成。 CLK:时钟输入信号， 0809 的时钟频率范围在 10 1200kHz，典型值为 640kHz。 图 1 ADC0809 管脚图 4.串行接口 串行通信是指数据一位一位地顺序传递，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，特别适用于远距离通信，但传送速率较慢。串行通信又分为异步通信与同步通信两种。串行通信线路上传送的是数字信号，表示传送数字信号能力的指标为数据数率，起单位为 bps（ bit per second），即每秒钟传送的二进制位数。 串行接口标准，目前普遍采用的一种标准是 RS-232-C，此借口标准采用 25 个引脚
8、的连接器。 7 5.I/O 端口的功能 I/O 接口的功能是负责实现 CPU 通过系统总线把 I/O 电路与外围设备联系在一起。 数据采集系统 数据采集是指将温度、压力、流量等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。从严格意义上讲，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据进行实时存储、处理，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示，记录，或打印系统。 3不管在哪个应用领域 ，数据采集和处理越及时，效率就越高，取得的经济效益就越大。数据采集系统的任务是传感器从被检测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送
9、入计算机进行相应的处理、分析计算，得出数据。并将得到的数据进行显示、存储或打印，以实现对特定物理量的监测。 17 在计算机技术快速发展的今天，数据采集领域已经发生重要变化。首先，分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次，总线兼容型数据采集插件的数量不断增加，与个人计算机系统兼容的数据采集系统的数量也在增加。各种数据采 集机不断问世，将数据采集带入一个全新的时代。 16 总结 本设计是以 MCS-51 系列单片机芯片作为控制核心，与 ADC0809 数据采集电路、 LED 数码显示管电路、供电系统以及数据传送电路等几大部分构成数据采集和显示功能。当模拟电压信号输入
10、时，单片机控制 A/D 转换器把输入的模拟电压信号转换为相应的数字信号存入单片机内存中，再由单片机控制 LED 显示电路把数字信号显示出来，并由数据传送系统把从机的数据传送给主机并显示出来。 参考文献 1 楼然苗，李光飞 .51 系列单片机设计实例 M.北京：北航出版社 ,2003. 2 李光飞，楼然苗 .单片机课程设计实例指导 M.北京：北航出版社 ,2004. 3 余永权 . ATMEL 89 系列单片机应用技术 M.北京：北航出版社 ,2001. 4 余永权 . 89 系列 FLASH 单片机原理及应用 M.北京：电子工业出版社 ,2000. 5 孙燕，刘爱民 .Protel99 设计与
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