【正文】 目 錄 第 1 章 前言 數(shù)據(jù)采集技術介紹 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 ................................................. 錯誤 !未定義書簽。 第 2章 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說明 ............................. .4 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 .............................................................. 4 系統(tǒng)各部分的功能 ............................................................ 4 信號調(diào)理部分 .......................................................... 5 數(shù)據(jù)處理部分 .......................................................... 6 第 3章 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設計 ........................................... 8 主要芯片介紹 ................................................................ 8 8051AH的功能特點 ...................................................... 8 ADC0809的功能特點 .................................................... 10 DS12887的功能特點 .................................................... 11 功能模塊電路設計 ........................................................... 13 數(shù)據(jù)采集模塊電路設計 .................................................. 13 查詢打印模塊電路設計 .................................................. 16 第 4章 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設計 ................................................. 18 .................................................. 19 PC通信的分析與設計 ................................................. 30 ，打印功能的實現(xiàn) ........................................................ 33 第 5章 誤差分析 ..................................................... 37 第 6章 結束語 ....................................................... 38 致 謝 .............................................................. 40 參考文獻 ........................................................... 39 附 錄 .............................................................. 41 2 基于單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計 摘 要 ： 面對大量的數(shù)據(jù)，人工處理已遠遠無法滿足時代的要求，依靠微電子技術來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲和顯示 ，成為適應時代步伐的唯一有效捷徑 。 本系統(tǒng)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換、微處理器、存儲器等芯片來實現(xiàn) 8路數(shù)據(jù)的采集，將采集的信號進行存儲，按時間上傳到上位機 PC，通過不同模式的選擇進行數(shù)據(jù)采集、查詢、打印和顯示等。在文中較系統(tǒng)的介紹了從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程和討論了轉(zhuǎn)換過程中的技術參數(shù)等問題，在文中最后還進行了系統(tǒng)存在的一些誤差分析。 關鍵詞 ： 單片機，數(shù)據(jù)，采集，打印，查詢，上位機通信 ABSTRACT KEY WORDS: signal chip microputer 、 acquisition、 PCmuncation 3 第 1 章 前 言 數(shù)據(jù)采集技術研究信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、處理以及控制等，它是信息科學的一個重要分支。在智能儀器，信號處理以及工業(yè)自動化控制領域，都存在數(shù)據(jù)的測量與控制問題。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、 電流、電壓、流速 、 開關量 、位移以及角度等模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將收集到的數(shù)據(jù)顯示、處理、傳輸與記錄的這一過程即稱為“數(shù)據(jù)采集”，相應的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。 數(shù)據(jù)采集技術已在雷達、通信、水聲、遙感、地質(zhì)勘探、振動工程、無損檢測、語聲處理、智能儀器、工業(yè) 自動控制以及生物醫(yī)學工程等領域有著廣的應用。 隨著科學和技術的需要，在速度、分辨率、精度、接口能力、軟件設計以及抗干擾能力等方面向現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術提出了越來越高的要求?？梢灶A言：隨著大規(guī)模集成電路技術與計算機科學技術的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術的應用領域更為廣闊 20世紀 90年代后期，各國的單片機和外圍芯片大量涌入我國，各種開發(fā)工具和軟件應有盡有，大大提高了我國單片機的應用水平。目前，單片機正在過程控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機電一體化、家用電器以及網(wǎng)絡技術等領域中發(fā)揮著重要的控制作用。 面對大量的數(shù)據(jù)，人工處理已遠 遠無法滿足時代的要求，依靠微電子技術來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲和顯示、查詢，成為適應時代步伐的唯一有效的出路。設計以單片機為核心的數(shù)據(jù)采集、存儲和顯示、查詢、打印系統(tǒng)，可以把傳感器信號經(jīng)過處理后，進行控制和存儲傳給上位機 PC，以滿足遠程控制和無人工作站的建立。 數(shù)據(jù)采集和自動控制技術廣泛地滲透到化工、輕工、熱工、電力、水力、能源、環(huán)保、航空、航天、機械制造和精密儀器等各個領域，需求廣泛。一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常可用兩種方法實現(xiàn)，一種是利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方法，另一種是利用現(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片 (即處理器 )為核心構成。 對于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設，它的硬件一般由傳感器、信號調(diào)理電路、多路開關、采樣保持電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器、存儲器等組成。而對于利用數(shù)據(jù)采集芯片的系統(tǒng)，由于芯片集成了A／ D轉(zhuǎn)換、閃速／電擦除存儲器、定時／計數(shù)器等電路，加上它的高轉(zhuǎn)換速度和高精度，能大大降低系統(tǒng)開發(fā)時間和成本、縮小設備體積、提高系統(tǒng)可靠性和電氣性能指標，較適合于設計低功耗、便攜式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 A／ D轉(zhuǎn)換又是十分重要的環(huán)節(jié)。它的精度會直接影響到整個采集系統(tǒng)的精度。本文將利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方法，以實現(xiàn) 不同傳感器信號的處理。 用單片機來對 系統(tǒng) 進行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡單和靈活性大等優(yōu)點，而且可以大幅度提高 采集數(shù)據(jù) 的技術指標，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。 4 第 2 章 單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說明 在檢測系統(tǒng)中，各個組成部分是以信息流的過程來劃分的。檢測時，首先獲取被測量的信息，并通過信息的轉(zhuǎn)換把獲得的信息變換為電量，然后進行一系列的處理，再用指示儀或顯示儀將信息輸出，或由計算機對數(shù)據(jù)進行處理，最后把信息輸送給執(zhí)行機構。所以一個檢測系統(tǒng)主要分為信息的獲得、信息的轉(zhuǎn)換、信息的處理 和信息的輸出等幾個部分。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 3 1 M a y 20 0 6 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ u s e r \桌面 \畢業(yè)設計 \參考資料 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:傳感器 0傳感器 1傳感器 2傳感器 3傳感器 4傳感器 5傳感器 6傳感器 7A / D 轉(zhuǎn)換器單片機鎖存器E P R O MR A MR A M地址總線信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理查詢打印數(shù)據(jù)通信R A M數(shù)據(jù)顯示 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 8 路數(shù)據(jù)采集：可以進行 8 路 0~5V 的模擬電壓進行循環(huán)采集，每路采集的 8 次，超出界限LED顯示報警，將采得的數(shù)據(jù)求平均。 及時保存數(shù)據(jù)：對采集的數(shù)據(jù)按時間及時進行保存。 數(shù)字實時顯示： LED 將實時顯示采集的數(shù)據(jù)，并且能夠顯示查詢時輸入的查詢量和查詢到的數(shù)據(jù)。 可以將采集的數(shù)據(jù)及時上傳到上位 PC機功能； 可按時間查詢歷史數(shù)據(jù)，也很方便的打印出來 系統(tǒng)各部分的功能 要完成這些功能主要依靠傳感器、信號處理電路、顯示裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和 執(zhí)行機構等。其具體組成框圖如圖 1 .2. 1 所示。 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 信號處理 8051 單片機 RS232 串口 鍵盤電路盤 LED 顯示模塊 串行微型打印機 DS12887 日歷 /時鐘 存 儲 器 傳 感 器 5 被檢測的各種參數(shù)（溫度、流量、壓力、位移、速度等）由傳感器變換成易于后續(xù)處理的電信號。由于傳感器輸出信號太弱或信號質(zhì)量不高，應經(jīng)過前端預處理電路進行放大、濾波等，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并通過接口送入存儲器，經(jīng)過單片機運算、變換處理后，由數(shù)據(jù)分配子系統(tǒng)和接口輸出到執(zhí)行機構，由基本系統(tǒng)及其接口輸出用于顯示、記錄、打印或繪制成各種圖表、曲線等。此外，其他儀器儀表或系統(tǒng)通過通信子系統(tǒng)及接口完成相互之間的信息交換和互連。所以我們把 微機自動檢測系統(tǒng)也常稱為計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，或簡稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。微機自動檢測技術不僅能解決傳統(tǒng)的檢測技術不能或不易解決的問題，而且能簡化電路、增加功能、提高精度和可靠性等，還能實現(xiàn)人腦的部分功能，使自動檢測系統(tǒng)具有智能化，實現(xiàn)代替人工自動檢測的目的，隨著微機自動檢測技術的不斷發(fā)展，自動檢測系統(tǒng)會變得更加智能化、多功能化。 信號調(diào)理部分 信號調(diào)理電路的主要作用就是把傳感器輸出的電學量變成具有一定功率的模擬電壓信號或數(shù)字信號，以推動后級的輸出顯示或記錄設備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機構。根據(jù)測量對象和顯 示方法的不同，信號處理電路可以是簡單的傳輸電纜，也可以是由許多電子元件組成的數(shù)據(jù)采集卡，甚至包括計算機在內(nèi)的裝置。 （ 1）傳感器接收被測量（如物理量、化學量、生物量等），然后才能將其變換為另一種與之有確定對應關系，并且容易測量的量（通常為電學量）。它是一種獲得信息的重要手段，它所獲得信息的正確與否，關系到整個檢測系統(tǒng)的精度，因而在非電量檢測系統(tǒng)中占有重要的地位。 （ 2）從傳感器過來的信號較?。ǔＳ脽犭娕嫉妮敵鲎兓趲缀练綆资呛练g，電阻應變 片輸出電壓的變化只有幾個毫伏，人體生物電信號僅是微伏級）。因此需要加以放大才能滿足大多數(shù) A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程輸入 0~5V的要求。此外，某些傳感器內(nèi)阻比較大，輸出功率較小，這樣放大器還起阻抗變換器的作用來緩沖輸入信號。由于各類傳感器輸出信號的情況各不相同，因此需要的放大器種類也很多。 例如，為了減少輸入信號的共模分量，就采用各種差分放大器、儀用放大器和隔離放大器；為了使不同數(shù)量級的輸入電壓都具有最佳變換 ，就產(chǎn)生了量程可以變換的程控放大器；為了減少放大器輸入的漂移，就產(chǎn)生了斬波為零和激光修正的精密放大器。 （ 3） 傳感器以及后續(xù)處理電路中的器件常會產(chǎn)生噪聲，人為的發(fā)射源也可以通過各種耦合渠道使信號通道感染上噪聲，常見的工頻信號就是人為干擾源。為了提高模擬輸入信號的信噪比，常常需要使用濾波器對噪聲信號進行一定的衰減。 （ 4）在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往要對多個物理量進行采集，即所謂多路巡回檢測，這可以通過多傳感器 前置放大 濾波器 多 路 模 擬 開 關 傳感器 前置放大 濾波器 傳感器 前置放大 濾波器 . . . . . . . . . 6 路模擬開關來實現(xiàn)，這樣可以簡化設計，降低成本。多路模擬開關可以分時選通多個通道中的某一路通道。因此，在多路模擬開關后的單元電路，如采樣 /保持電路、模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路以及處理電路等，只需要一套即可，這樣可以節(jié)省成本和