【正文】 ） 基于單片機(jī)的模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也得到了廣泛的應(yīng)用。微機(jī)在通用自動化、信息處理、信息系統(tǒng)等方面得到廣泛的應(yīng)用。在冶金、化工、醫(yī)療等應(yīng)用場合，需要對很多信號進(jìn)行采集，預(yù)處理，暫存和對上位機(jī)的傳輸。再由上位機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。本文設(shè)計(jì)的模擬量采集系統(tǒng)采用上位機(jī)、下位機(jī)通信方式運(yùn)行。由上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)的控制和數(shù)據(jù)采集的顯示，下位機(jī)實(shí)現(xiàn)模擬量的采集過程。下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)采用AT89C52單片機(jī)為控制核心，采用ADC0808將模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)化為數(shù)字量進(jìn)行采集,完成了模擬量采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。采用RS232進(jìn)行串口通信。結(jié)果證明，該設(shè)計(jì)方法可行，實(shí)現(xiàn)了離散量采集系統(tǒng)的自動化，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的弊端，應(yīng)用具有良好的前景和使用價值。關(guān)鍵詞：模擬量采集系統(tǒng)；單片機(jī)；通信AbstractAlong with the rapid development of puter technology and popularization, data acquisition system is also widely application. Microputer is widely applied in general automation, information processing and information system etc . Signal acquisition, pretreatment, temporary and PC transmission is needed by metallurgy, chemical, medical care and other applications。The design is a discrete variables acquisition system with upper and lower operating mode. The PC machine controls the lower machine and display the date, and the lower machine realizes data collection. Hardware design of digital machines AT89C52 singlechip design Used for RS232 serial munication, you can relay through the puter to control the realization of the bright lights out billiards control and manual control switch can monitor. The results proved that the design method is feasible to achieve a billiards automated agency management system to overe the drawbacks of traditional management methods, the application has good prospects and the value.Keywords: single chip。 data acquisition system。 munication 目 錄1 緒論 1 課題背景 2 課題相關(guān)技術(shù) 2 課題任務(wù)及要求 5 課題內(nèi)容及安排 52 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 7 方案設(shè)計(jì)原則 7 方案設(shè)計(jì) 73 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與設(shè)備選型 9 單片機(jī)模塊 93. AT89C52介紹 10 單片機(jī)最小系統(tǒng) 16 A/D轉(zhuǎn)換模塊 18 A/D轉(zhuǎn)換 18 ADC0808介紹 18 輸入模塊 21 串口模塊 22 電源模塊 25 設(shè)備選型 264 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 27 軟件編程介紹 27 系統(tǒng)軟件方案設(shè)計(jì) 29 上位機(jī)設(shè)計(jì)部分 29 下位機(jī)設(shè)計(jì)部分 315 系統(tǒng)集成與調(diào)試 34 Keil軟件開發(fā)平臺介紹 34 調(diào)試分析 35 調(diào)試步驟 35 故障調(diào)試及解決方式 35 聯(lián)調(diào)結(jié)果 36結(jié)論 37社會經(jīng)濟(jì)效益分析 38參考文獻(xiàn) 39致 謝 41附錄Ⅰ 原理圖 42附錄Ⅱ 元器件清單 43附錄Ⅲ 程序清單 44V沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1 緒論目前單片機(jī)滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機(jī)的蹤跡。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，廣泛使用的各種智能IC卡等等，這些都離不開單片機(jī)。更不用說自動控制領(lǐng)域的機(jī)器人、智能儀表、醫(yī)療器械了。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計(jì)時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也迅速地得到應(yīng)用。在生產(chǎn)過程中，應(yīng)用這一系統(tǒng)可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集，監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本提供信息和手段。在科學(xué)研究中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具，也是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一?？傊?，不論在哪個應(yīng)用領(lǐng)域中，數(shù)據(jù)采集與處理越及時，工作效率就越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益 ,遙感,雷達(dá),自動控制等系統(tǒng)中都要用到計(jì)算機(jī),因而都需要數(shù)據(jù)通信.在測量技術(shù)領(lǐng)域中，許多測量儀器的輸入信號具有寬廣的動態(tài)范圍，在研制這類智能儀器時，首要任務(wù)是將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量．充分利用MCS51的資源在軟硬件協(xié)調(diào)控制下，對輸入信號進(jìn)行一系列的處理。在單片機(jī)實(shí)時控制和智能儀器等各種應(yīng)用系統(tǒng)中，被控制或被測量地對象，往往是一些連續(xù)變化的模擬量，如溫度，壓力，電流等。對模擬量系統(tǒng)數(shù)字控制的第一步就是要對這些模擬量進(jìn)行采集。單片機(jī)系統(tǒng)是整個數(shù)據(jù)采集電路的控制核心。在很多工業(yè)應(yīng)用場合中,單片機(jī)廣泛的用于數(shù)據(jù)和控制。模擬信號采集系統(tǒng)可以應(yīng)用到溫度、電壓、電流等模擬信號的采集中。 課題背景隨著科學(xué)技術(shù)以及人們對新事物的認(rèn)知程度的發(fā)展，模擬量數(shù)據(jù)采集已經(jīng)迅速的發(fā)展到了廣泛的領(lǐng)域。電氣化時代，帶領(lǐng)著技術(shù)的革新，對于模擬量的采集也逐漸的發(fā)生著變化。模擬量的采集應(yīng)用在每一個電氣化的領(lǐng)域，而對采集器的要求，也在逐漸的發(fā)生了巨大的變化，發(fā)展趨勢也由繁到簡。有了模擬量采集系統(tǒng)，我們可以控制信號的輸出，從而改變生活質(zhì)量。最開始的模擬量采集系統(tǒng)一般是指針式，人們根據(jù)指針的讀數(shù)來確定信號的大小。這樣的系統(tǒng)本身就存在著誤差，加上讀數(shù)上的誤差，可想而知結(jié)果會產(chǎn)生更大的誤差。而且指針接反很可能燒壞系統(tǒng)。后來的是數(shù)字式，如數(shù)字式電壓表，將指針的兩端搭在電器的兩端，就可以測量出電壓的多少，直接的數(shù)字顯示，這種電壓表簡潔易操作，便于攜帶，是我們的首選。而且很難燒壞。我們現(xiàn)在要研究的就是通過軟件來實(shí)現(xiàn)模擬量的數(shù)據(jù)采集。適合于各個領(lǐng)域的模擬量采集測量。通過上位機(jī)（PC）機(jī)的顯示，將數(shù)字顯示在電腦上，便于直接的采集控制。該課題的研究主要是為了更好的對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析、處理以及反饋。對自動控制領(lǐng)域的幫助很大。 課題相關(guān)技術(shù)基于單片機(jī)模擬信號采集系統(tǒng)采用上位機(jī)、下位機(jī)通信方式運(yùn)行。上位機(jī)的任務(wù)是發(fā)出采集信號以及完成對采集信號的顯示，而下位機(jī)主要是執(zhí)行上位機(jī)的指令，通過控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送給上位機(jī)。本課題主要應(yīng)用到了信號采集技術(shù)，A/D轉(zhuǎn)化技術(shù)等數(shù)據(jù)采集技術(shù)隨著電子測量技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，面對各種檢測對象和大量的測試點(diǎn)，需要利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將多路被測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再經(jīng)過單片機(jī)或微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集經(jīng)常做成模塊而且是典型的與PC機(jī)或控制器連接。他們被用于自動化的測試中，為其它測試裝備采集數(shù)據(jù)、控制和循環(huán)檢測信號。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀(jì)50年代，1956年美國首先研究了用在軍事上的測試系統(tǒng)，目標(biāo)是測試中不依靠相關(guān)的測試文件，由非熟練人員進(jìn)行操作，并且測試任務(wù)是由測試設(shè)備高速自動控制完成的。 由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務(wù)，因而得到了初步的認(rèn)可。大約在60年代后期，國外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備產(chǎn)品進(jìn)入市場，此階段的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。20 世紀(jì)70年代中后期，隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動檢測儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因此獲得了驚人的發(fā)展。 從70年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。就使用的總線而言，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用并行總線，工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用串行數(shù)據(jù)總線。20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動測試系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀器儀表和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。例如，國際標(biāo)準(zhǔn)ICE625(GPIB)接口總線系統(tǒng)就是一個典型的代表。這類系統(tǒng)主要用于實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應(yīng)用。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計(jì)算機(jī)構(gòu)成，例如：STD總線系統(tǒng)就是這一類的典型代表。這種接口系統(tǒng)采用積木式結(jié)構(gòu)。把相應(yīng)的接口卡裝在專用的機(jī)箱內(nèi)，然后由一臺計(jì)算機(jī)控制。 第二類系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用較多。 這兩種系統(tǒng)中，如果采集測試任務(wù)改變，只需將新的儀用電纜接入系統(tǒng)，或?qū)⑿驴ㄔ偬砑拥綄Ｓ玫臋C(jī)箱即可完成硬件平臺重建。顯然，這種系統(tǒng)比專用系統(tǒng)靈活得多。20世紀(jì)80年代后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化，工業(yè)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，使系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。20世紀(jì)90 年代至今，在國際上技術(shù)先進(jìn)的國家，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在軍事、 航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。目前有的（DAS）產(chǎn)品精度已達(dá)16 位，采集速度每秒達(dá)到幾十萬次以上。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該階段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進(jìn)的模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個新的系統(tǒng)。該階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展，典型系統(tǒng)有VXI 總線系統(tǒng)，PCI、PXI總線系統(tǒng)等,數(shù)據(jù)位已達(dá)到32位總線寬度,采樣頻率可以達(dá)到100MSps[1]。由于采用了高密度，屏蔽型，針孔式的連接器和卡式模塊，可以充分保證其穩(wěn)定性及可靠性，但其昂貴的價格是阻礙它在自動化領(lǐng)域普及的一個重要因素。 但是，并行總線系統(tǒng)在軍事等領(lǐng)域取得了成功的應(yīng)用。串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展，可靠性不斷提高。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用RS48雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。 其在工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和控制等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。由于目前局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，一個工廠管理層局域網(wǎng)，車間層的局域網(wǎng)和底層的設(shè)備網(wǎng)已經(jīng)可以有效地連接在一起，可以有效地把多臺數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)在一起，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在線實(shí)時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。A/D轉(zhuǎn)化技術(shù)A/D轉(zhuǎn)換亦稱“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。A/D變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。一般情況下，量化和編碼是同時完成的。抽樣是將模擬信號在時間上離散化的過程，量化是將模擬信號在幅度上離散化的過程，編碼是指將每個量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來表示。隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制。通信及檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對象往往都是一些模擬量(如溫度。壓力。位移。圖像等),要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識別。處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析。處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號與數(shù)字信號之間起橋梁作用的電路模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器?！⒛M信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或adc,analog to digital converter)。為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度，A/D轉(zhuǎn)換器必須具有足夠的轉(zhuǎn)換精度；如果要實(shí)現(xiàn)快速變化信號的實(shí)時控制與檢測，A/D轉(zhuǎn)換器還要求具有較高的轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。隨著集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的A/D轉(zhuǎn)換器，它們具有愈來愈先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。A/D轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同，因此生產(chǎn)出種類繁多的A/D轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換器按分辨率分為4位。6位。8位。10位。14位。16位和bcd碼的31/2位。51/2位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速(轉(zhuǎn)換時間≤330ns),次超高速(330~),高速(~333μs),低速(轉(zhuǎn)換時間＞