1、 存档日期： 存档编号： 本科生毕业设计（论文） 论 文 题 目： 基于单片机的数据采集系统的设计 姓 名： 学 院： 专 业： 班 级 、 学 号： 指 导 教 师： 江 I 摘 要 本文介绍了基于单片机的数 据采集的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。 本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机 AT89C52 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括 A/D 模数转换模块，显示模块和串行接口部分。 本系统下位机负责数据采集并应答主机的命令
2、。 8 路被测电压通过模数转换器ADC0809 进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过串行口 RS-485 传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用 LED 数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用 VC+编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。 关键词 ：数据采集 AT89C52 ADC0809 RS-485 江 II Abstract This article describes the hardware design and software design of the data on whi
3、ch based on signal-chip microcomputer .The data collection system is the link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The introductive point of this text is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data co
4、llection and communication control use modular design. The data collected to control with correspondence to adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardwares core is AT89C52, is also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for dat
5、a acquisition and answering the host machine.8 roads were measured the electric voltage to pass the in general use mold-few conversion of ADC0809,the realization carries on the conversion that imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect .Then send the data to the host ma
6、chine through RS-485， the host machine is responsible for data and display, LED digital display is responsible display the data. The software is partly programmed with VC+. The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like data-acquisi
7、tion treatment,data-display and data-communication ect. Keyword: data acquisition AT89C52 ADC0809 RS-485 江 III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 研究背景及其目的意 义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.3 该课题研究的主要内容 . 3 2 数据采集总体设计 . 4 2.1 系统设计的基本要求 . 4 2.2 数据采集系统结构功能及简介 . 4 3 硬件部分 . 6 3.1 单片机基本模块 . 6 3.2 A/D 转换模块 . 9
8、3.3 键盘模块 . 12 3.4 LED 数码管显示模块 . 13 .3.5 通信模块 . 17 4 软件部分 . 20 4.1 简介 KeilUvision2 . 20 4.2 下位机部分程序设计 . 24 5 上位机简介 . 29 6 结论 . 30 致 谢 . 31 参考文献 . 32 附录 1 总原理图 . 33 江 IV 附录 2 程序清单 . 35 江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 1 1 绪论 1.1 研究背景及其目的意义 近年 来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。 数据采集系统起始
9、于 20 世纪 50 年代， 1956 年美国最先在军事上研究的数据采集测试系统，目标是测试过程中不依靠相关的测试文件，由非熟练人员进行操作，并且是由测试设备自动控制高速完成测试任务。由于该种数据采集测试系统具有高速和灵活等特性，可以满足许多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了人们的初步认可。大概在 60 年代后期，国外市场就有成套的数据采集设备出现 1。 20 世纪 70 年代后期，随着微型 机的发展，出现了采集器、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优良的性能，超过了传统的专用数据采集系统和自动检测仪表，因而获得了高速的发展。从 70 年代起，数据采集系统在
10、以后发展过程中逐渐演变成为两类，一类是工业现场的数据采集系统，另一类是实验室的数据采集系统 2。 20 世纪 80 年代计算机的高速发展和在生活中的应用，使数据采集系统获得了较快的发展，逐步出现了自动测试系统与通用的数据采集。那时候的数据采集系统主要分为两类，一类由采集器和通用接口总线、仪表仪器和计算机组成。这类系统不仅在实验室 获得了较多的应用，在工业生产中也有一定程度的应用。第二类以标准总线、数据采集卡和计算机构成，这一类主要应用于工业现场。 20世纪 80 年代中后期，数据采集发生了惊人的变化，单片机、大规模集成电路和工业计算机的组合，用软件来完成管理任务，使系统的体积变小，成本降低，功
11、能大大增强，数据处理能力倍增 3。 自 20 世纪 90 年代至今，一些技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到工业、航空电子设备及宇航技术、军事等诸多领域。随着集成电路制造技术的提高，出现了高性能、可靠性较高的单片机数据采集系统（ DAS）。数据采集技术 俨然已经成为一种专门的技术，在工业等领域得到了广泛应用 4。该阶段的数据采集系统采用模块化结构，根据不同的应用需求，通过简单的增加和更改模块，江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 2 并结合系统编程，就可以扩展和修改系统，迅速组成一个新的系统。 尽管现在以微机为核心的可编程数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且
12、组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集的功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生根本性的影响。相较于数据采集板卡功能和成本的限制，单片机具高效率、高性能、低电压、低 功耗、低价格、多功能等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统能在许多领域得到广泛的应用。 1.2 国内外研究现状 数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始
13、于 20 世纪中期，在过去的几十年里，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数据采集技术发展的主流方 向。多数领域都用到了数据采集，在飞机飞行、石油勘探、科学实验、地震数据采集领域已经得到广泛的应用。 我国的数字地震观测系统主要采用 TDE-124C 型 TDE-224C 型地震数据采集系统。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的 TDE-324C 型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至 A/D 数字化， A/D 采用同时采样，采样数据经 DSP 数字滤波处理后，变成数字地震信号。该
14、数据采集系统具备 24 位 A/D 转化位数，采样率有 50HZ、 100HZ、 200HZ 5. 美国 PASCO 公司生产的“科学工作室”是数据采集应用于物理实验的崭新系统，它主要由 3 部分组成： （ 1） 传感器：利用先进的传感技术可实时采集物理实验中各种物理量； （ 2） 计算机接口：将传感器采集到的数据信号输入计算机，采样速率最高为 25 万次 /S； （ 3） 软件：英文及中文的应用软件 6。 受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰 ACRA 公司 2000 年研发推出的新一代 KAM500 机载数据采集系统到了 2006 年。该系统采用 1
15、6 位（ A/D）模拟数字变换，总采样率达 500K/S,江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 3 同步时间 为 +/-250ns，可以利用方式组成高达 1000 通道的大容量的分布式采集系统。 1.3 该课题研究的主要内容 数据采集技术是信息科学的重要分支之一 , 它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等问题。它是对传感器信号的测量与处理 , 以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集也是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的快速发展和普及应用 ,数据采集监测技术已成为非常重要的检测技术 ,被 广泛地应用于工农业等需要同时监控压力、
16、温度和湿度等数据的场合。数据采集是工业控制等系统不可缺少的环 节 ,大多 采用一些功能相对独立的专用单片机系统来实现其控制功能。作为测控系统至关重要的部分 ,数据采集系统的性能直接影响到整个系统的运转。 传统的基于单片机的数据采集系统就是因为没有上位机的支持 ,所以 无论使用什么样的数据存储器 ,它都只有有限的存储容量 ,所以不得不覆盖刷新历史数据 ,这样一来不利于用户整体分析数据 ,因而也不能准确地把握生产过程的状况并做出适当的计划。 本系统采用下位机负责模拟数据的采集 ,单片机负责采集八路数据，并应答主机发送的命令，上位机即主机是负责处理接受过来的数字量的处理及显示，主机和从机之间 用 R
17、S-485进行通信。这样用户可以在上位机上编写各种程序对文件中的数据进行有效查询和分析 ,有利于工业过程的长期正常运行和检查。该系统采用的是 AT89C52单片机，此芯片功能比较强大，能够满足设计要求。 江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 4 2 数据采集总体设计 2.1 系统设计的基本要求 （ 1） 将采集的模拟信号转换成方便处理的数字量。 （ 2） 对完成转换后的数字量进行处理。 （ 3） 能够控制信号的采集、处理、显示等。 （ 4） 该系统要具有准确性、可靠性和稳定性。 （ 5） 给出具体的硬件和软件。 在系统的扩展和配置设计中，应遵循以下原则 : （ 1） 为
18、了给硬件系统的标准化、模块化打下基础，尽可能多地选择典型电路。 （ 2） 系统外围设备的配置要满足系统的功能要求，留有余地，以便进行改进。 （ 3） 应将硬件结构和软件相结合。 （ 4） 系统中相关器件要尽可能做到性能匹配。 2.2 数据采集系统结构功能及简介 数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛应用在各个领域。 70 年代初，随着大规模集成电路及计算机技术的发展，特别是微处理器及高速 A/D 转换器的诞生，数据采集的系统结构发生了重大的改变。原来由硬件程序控制器组成的采集系统及小规模集成的数字逻辑电路变为被由微处理器控制的采集
19、系统所代替。由微处理器完成程序控制，逻辑操作及大部分数据处理，使系统的可靠性和灵活性得到了较大的提高，系统的硬件成本和重建费用也得到了较大的降低 7。 在本系统中需要将模拟量转换为数字量，而 A/D 是将模拟量转换为数字量的器件，它需要考虑的指标有：分辨率、转换时间、转换误差等等。而单片机是该系统的基本的微处理系统，它完成数据读取、处理及逻辑控制，数据传输等一系列的任务。在该系统中采用的是 8051 系列的单片机。双机通信的串行口可以采 用 RS485C 标准接口，由芯片 MAX485 实现双机的通信。而数据的显示则采江苏师范大学本科生毕业设计 基于单片机的数据采集系统的设计 5 用的是 LE
20、D 数码管，该器件比较简单，在生活中接触也较多。 本数据采集系统可以采集八路模拟信号。由于采集的信号多种多样，需要多种转换器把信号转换为电压模拟信号，本文就不不作介绍。系统把模拟电压信号转换成数字信号，由单片机串口经过 TTL 电平转换后，发送到 PC 机由 PC 机处理采集的信号。 其中： AT89C52 ( 主控芯片 ) : CPU 作为该系统的核心控制芯片 , 起采集、控制显示的作用。 显示模块： 采用四位一体共阴 LED 数码管用来显示采集 到的数值。 通信模块：采用 RS-485 标准实现单片机与 PC 机间的通信 。 模数转换模块：采用 ADC0809 进行模拟信号到数字信号的转换，以供给单片机采集数据。 系统框图如图 2-1 所示： 信号采集电路A / D转换单片机R S - 4 8 5P C键 盘显 示图 2-1 系统框图
