【正文】 多功能數(shù)據(jù)采集控制板的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文目　錄1　緒論......................................................................................................................................1　問(wèn)題提出的背景 ………………………………………………….....................………................….1　本次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集控制板的主要功能和特點(diǎn)………………………………………....................12　多功能數(shù)據(jù)采集控制板芯片選型及方案設(shè)計(jì)..................................................................2　微控制器選型方案………………………………………......................……………….……….........3　模擬輸入結(jié)構(gòu)方案……………………………………………………….………...............................4 通訊模塊結(jié)構(gòu)方案…………………………………………......................…………………..............5 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊方案……………………………………......................…………………..............5 液晶顯示模塊方案……………………………………………......................……………………......6　數(shù)字量輸入輸出方案………………………………………………......................………………......7　模擬輸出方案……………………………………………………......................………………..........7　電源方案……………………………………......................………………………………….….........8　按鍵和蜂鳴器方案……………………………………….………………......................……….........83　整板硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)..............................................................................................................9　模擬量采集電路………………………………………………………………........................…........9　串口通信電路………………………………………………………………….......................….........9　直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路………………………………………………………….......................…….......10　液晶顯示電路……………………………………………………………………..............................11　數(shù)字量控制電路…………………………………………………………….......................…...........12　模擬量輸出控制電路…………………………………………………………..................................13　電源電路……………………………………………………………………….............................….13　按鍵和蜂鳴器電路………………………………………………………………..............................14　PCB設(shè)計(jì)概述…………………………………………………………………..................................154　下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)................................................................................................................16　模擬量采集驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)…………………………………….......................…………........……...16　串口通信驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)…………………………………………….......................………........…...17　直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)………………………………………………….…...............................…..18　液晶顯示驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)……………………………………………….……...............................…..21　數(shù)字量控制驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)…………………….......................…………………..………............….24　模擬量輸出驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)…………………………........................…….…………………......…...27　按鍵和蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)…………………………… ……………........................……........….275　上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)......................................................................................................... ......27　Labview界面程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...............................................................................................................27　VC++............................................................................................................326　控制板運(yùn)用實(shí)例..............................................................................................................37 　Labview界面應(yīng)用實(shí)例…………………………………………………...........................……....37　 VC界面應(yīng)用實(shí)例……………………………………………………….............................……. 39全文總結(jié)………....................................................................................................................................….40致謝…………………………………………………...........................................................................… 41參考文獻(xiàn)…………………………………………………...................................................................…4242 　　　　1　緒論　問(wèn)題提出的背景　　數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支，與傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)共同組成了現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集技術(shù)正是這些技術(shù)的前端，也是信息進(jìn)行可靠傳輸和正確處理的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)采集是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示或打印的過(guò)程。在生產(chǎn)過(guò)程中，可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，可對(duì)應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，從而獲得大量的動(dòng)態(tài)信息。這是研究瞬間物理過(guò)程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)。它將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)定要求的處理，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用來(lái)控制某些物理量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度，在保證精度的條件下，應(yīng)盡可能的提高采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制的要求。數(shù)據(jù)采集常用的方式有在PC機(jī)或工控機(jī)內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡，如A/D卡及RS422卡、RS485卡；或?qū)ｉT的采集設(shè)備，包括PCI、PXI、PCMCIA、USB，無(wú)線以及火線(FireWire)接口等，可用于臺(tái)式PC機(jī)、便攜式電腦以及聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用系統(tǒng)中。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)也日新月異，特別是小型化、便攜式解決方案在數(shù)據(jù)采集中開(kāi)始占據(jù)越來(lái)越多的比重，并越來(lái)越多地傾向于低電壓、低功耗、微型化設(shè)計(jì)，有的小型數(shù)據(jù)采集器甚至小到可以放進(jìn)襯衫口袋里。目前，一些市場(chǎng)上出售的小型數(shù)據(jù)采集器實(shí)際上就是全功能的計(jì)算機(jī)。它們功能強(qiáng)大，具有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理功能的自動(dòng)化設(shè)備，具備實(shí)時(shí)采集、自動(dòng)存儲(chǔ)、即時(shí)顯示、即時(shí)反饋、自動(dòng)處理、自動(dòng)傳輸功能；為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、有效性、實(shí)時(shí)性、可用性提供了保證，并能方便輸入計(jì)算機(jī)，已廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、交通、物流、倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)。因此，根據(jù)當(dāng)前數(shù)據(jù)采集發(fā)展的實(shí)際情況，研制開(kāi)發(fā)符合生產(chǎn)需要的多功能智能化的數(shù)據(jù)采集器具有重大的現(xiàn)實(shí)意義?！”敬卧O(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集控制板的主要功能和特點(diǎn)本次研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是基于增強(qiáng)型51內(nèi)核單片機(jī)SST89E516RD2設(shè)計(jì)的，51內(nèi)核單片機(jī)兼容性好，可以根據(jù)需要更換其他品牌的單片機(jī)，如STC89系列等。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用上位機(jī)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送和下位機(jī)控制，系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是，極具實(shí)用性，保護(hù)電路完備，使用方便，功能多，性價(jià)比高。根據(jù)實(shí)際測(cè)控需要設(shè)計(jì)如下接口：1. USB供電口，5V穩(wěn)壓電路，電機(jī)電源2. 11通道的812位數(shù)據(jù)采集接口3. 1通道的10位模擬量控制接口4. 8通道的數(shù)字量輸出控制接口5. 8通道的TTL輸入控制接口6. 一個(gè)蜂鳴器報(bào)警電路 可擴(kuò)展為PWM輸出7. LCD1602顯示，可擴(kuò)展出PWM輸出8. 隔離的L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)2路，可以驅(qū)動(dòng)2個(gè)30W的直流電機(jī)9. 4個(gè)分壓獨(dú)立按鍵10. 3個(gè)通用UART串口11. 定時(shí)器輸入捕獲擴(kuò)展接口2　多功能數(shù)據(jù)采集控制板的整體結(jié)構(gòu)及芯片選型　　多功能數(shù)據(jù)采集控制板主要由微控制器、數(shù)字量輸入輸出器件、模擬量輸入輸出器件、串口通訊模塊、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、液晶顯示及按鈕輸入模塊、電源模塊組成。整板實(shí)物圖如圖21所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖22所示。 圖21 數(shù)據(jù)采集板卡實(shí)物圖圖22 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖　微控制器選型方案　　對(duì)于中低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，業(yè)界普遍采用8位單片機(jī)設(shè)計(jì)，介于51內(nèi)核單片機(jī)已經(jīng)在中國(guó)風(fēng)行數(shù)十年，業(yè)界認(rèn)可率高，增強(qiáng)型51不論在速度還是功能上都已經(jīng)滿足了設(shè)計(jì)需要，同時(shí)考慮到此次數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)PWM電機(jī)控制和大存儲(chǔ)容量的需求，我們選用了SST89E516RD2增強(qiáng)型51單片機(jī)，它的特點(diǎn)如下：1. 片內(nèi)用戶程序空間可達(dá) 72K. ，數(shù)據(jù)空間1K，主頻可達(dá)40M，支持6T時(shí)鐘倍速，內(nèi)置硬件看門狗。2. 片內(nèi) EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量可超 64K。 3. 5個(gè)通道的硬件 PWM信號(hào)輸出。4. 1個(gè) SPI串口。 5. 內(nèi)嵌電壓檢測(cè)電路,節(jié)省外部的電源管理及復(fù)位芯片。6. 在片仿真功能,SOFTICE功能,讓開(kāi)發(fā)工程師省掉仿真器,并彌補(bǔ)了專用仿真器不能仿真擴(kuò)展功能,接觸不良,編程不能運(yùn)行,價(jià)格昂貴的缺陷。 7. ,讓開(kāi)發(fā)工程師省掉編程器。 8. 程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間互補(bǔ)利用,用戶程序剩下的 FLASH空間,均可作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，使用靈活。 9. 三個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器， 全雙工增強(qiáng)型 UART ，9個(gè)中斷源，四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。