【正文】 /S,同步時間為 +/250ns，可以利用方式組成高達(dá) 1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備 24 位 A/D 轉(zhuǎn)化位數(shù)，采樣率有 50HZ、 100HZ、 200HZ。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學(xué)實驗、飛機(jī)飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多功能、高效率、高性能、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而雙單片機(jī)又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c同時進(jìn)行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實 際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由于集成 電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于實驗室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應(yīng)用。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)，因而獲得了驚人的發(fā)展。 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，由非成熟人員進(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。 第 5周 第 8周 掌握相關(guān)理論與方法 ；系統(tǒng)分析與設(shè)計。 二、基本要求 開發(fā)工具： 設(shè)計軟件 Protel 99 se與 Keil uVision3 基于 STC89C52的單片機(jī)開發(fā)板一塊 要求論文正文 不少于 1萬字，外文翻譯 3000~5000字 ，提供該系統(tǒng)設(shè)計實物、系統(tǒng)設(shè)計說明書、源程序、系統(tǒng)使用說明。 1 三、 主要技術(shù)指標(biāo) 該系統(tǒng)以單片機(jī) STC89C52為主芯片 ,實際 PCF8591是 8路 8位 AD，最大數(shù)位 255，它外部有一個基準(zhǔn)電壓，調(diào)節(jié)所測電壓范圍，我們所測外部模擬電壓范圍為 05V， 0V對應(yīng)為 0,5V就對應(yīng) 255，外部所測電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換 AD變化為數(shù)字量 0255，數(shù)碼管也就顯示此值。 第 9周 第 14周 系統(tǒng)開發(fā)。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。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，一類是實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標(biāo)準(zhǔn)總線和計算機(jī)構(gòu)成，這一類在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用較多。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。這就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 我國的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用 TDE124C型 TDE224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 由美國 PASCO公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實驗的嶄新系統(tǒng)，它由 3部分組成：（ 1）傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實時采集技術(shù)可實時采集物理實驗中各物理量的數(shù)據(jù)；（ 2）計算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計算機(jī)，采樣速率最高為 25萬次 /S；（ 3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。 三、預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個接口。 A/D 轉(zhuǎn)換器型號很多，而其轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換誤差也 各不相同。 鑒于上面三種方案，在價格、轉(zhuǎn)換速 度等多種標(biāo)準(zhǔn)考量下，在本設(shè)計選用的是逐漸逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器 —— PCF8591. 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)是一種面向大規(guī)模的集成電路芯片，是微型計算機(jī)中的一個重要的分支。常用的芯片是MAX232， MAX232的優(yōu)點是： （ 1）一片芯片可以完成發(fā)送轉(zhuǎn)換和接收轉(zhuǎn)換的雙重功能。對 LED數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時間向它提供具有一定驅(qū)動能力的位選和段選信號。根據(jù)案件的識別方法分類，有編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。 本文介紹了基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是模擬域與數(shù)字域之間必不可少的紐帶，它的存在具有著非常重要的作用。 8 路被測電壓通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過串行口 MAX232 傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，由上位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接受、處理和顯示，并用 LED 數(shù)碼顯示器來顯示所采集的結(jié)果。 設(shè)計階段：分為概要設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計，解決系統(tǒng)怎樣做的問題。 完成階段：撰寫《基于 C51單片機(jī)采集系統(tǒng)的設(shè)計報告》及畢業(yè)論文。該系統(tǒng)從機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集并應(yīng)答主機(jī)的命令。 研究背景及其目的意義 ................... 錯誤 !未定義書簽。 主機(jī)程序設(shè)計 ............................................. 21 PC 機(jī)顯示界面 程序設(shè)計 ................................... 25 調(diào)試結(jié)果 .......................................................................................................................32 第六章 總結(jié) .........................................................................................................27 致謝 .................................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。大概在 60 年代后期，國內(nèi)外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。 [11] 20世紀(jì) 80 年代隨著計算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了很大的發(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)。 20 世紀(jì) 80 年代后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計算機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，是系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊式結(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)，迅速組成一個新的系統(tǒng)。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進(jìn)行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。近年來，又成功研制了動態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強(qiáng)、低功耗可靠性的TDE324C 型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 [11] 受需求牽引，新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應(yīng)用也在快速地發(fā)展。它是對傳感器信號的測量與處理 , 以微型計算機(jī)等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。 盡管現(xiàn)在以微機(jī)為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)作為數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展 ,并且適于通用微機(jī) (如 IBM PC 系列 ) 使用的板卡級數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品也已大量出現(xiàn) ,組成一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡單到只需要一塊數(shù)據(jù)采集卡 ,把它插在微機(jī)的擴(kuò)展槽內(nèi) ,并輔以應(yīng)用軟件 ,就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能 ,但這并不會對基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生影響 ,因為單片機(jī)功能強(qiáng)大、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、靈活性好、開發(fā)容易等優(yōu)點 ,使得基于單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣 泛的應(yīng)用 . 傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機(jī)的支持 ,不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲器 ,它的存儲容量都是有限的 ,所以不得不對存儲的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋刷新 ,這樣不利于用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析 ,因而也不能對生產(chǎn)過程的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握。 采用的方法 實際 PCF8591是 8路 8位 AD，最大數(shù)位 255，它外部有一個基準(zhǔn)電壓，調(diào)節(jié)所測電壓范圍，我們所測外部模擬電壓范圍為 05V， 0V對應(yīng)為 0,5V就對應(yīng) 255，外部所測電壓經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換 AD變化為數(shù)字量 0255，數(shù)碼管也就顯示此值十進(jìn)制轉(zhuǎn)化值（（ AD/255）*5）。 用 LED顯示所測電壓值的數(shù)字量。根據(jù)基于 C51單片機(jī)采集系統(tǒng)要完成的數(shù)據(jù)采集工作，明確本系統(tǒng)要做什么，撰寫需求說明書。 測試階段：基于 C51單片機(jī)采集系統(tǒng)進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集，測試本系統(tǒng)是否能達(dá)到預(yù)期的設(shè)想，是否能完成數(shù)據(jù)采集工作，針對發(fā)現(xiàn)的問題或新的要求及時完善本系統(tǒng)。 按照系統(tǒng)功能來劃分， Protel99se 主要包含以下倆大部分和 6個功能模塊。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路板；更新和修改零件封裝；管理電路板組件。本系統(tǒng)的主要功能是；對邏輯電路進(jìn)行分析、綜合；觀察信號的波形。它同時也能開發(fā)跨平臺的應(yīng)用程序，如開發(fā)使用微軟操作系統(tǒng)的手機(jī)的程序等。 Microsoft Visual Studio 2021 產(chǎn)品能為各類開發(fā)人員提供更廣闊的開發(fā)空間和更先進(jìn)的設(shè)計體驗。 包含一個用于測試 Web 應(yīng)用程序的內(nèi)置 Web 服務(wù)器，無需 IIS。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo) MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號等。 串口調(diào)試助手 ：串口調(diào)試助手 300115200bps波特率，能設(shè)置校驗、數(shù)據(jù)位和停止位，能以 ASCII碼或十六進(jìn)制接收或發(fā)送任何數(shù)據(jù)或字符（包括中文），可以任意設(shè)定自動發(fā)送周期 ,并能將接收數(shù)據(jù)保存成文本文件，能發(fā)送任意大小的文本文件。 70 年代初，隨著計算機(jī)技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速A/D轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。而單片機(jī)是該系統(tǒng)的基本的微處理系統(tǒng)，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由信號調(diào)理電路， 多路切換電路，采樣保持電路， A/D,單片機(jī)等組成。 (1)逐漸逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間在幾微秒到幾百微 秒之間。此系統(tǒng)是由 CPU、隨即存取數(shù)據(jù)存儲器、只讀程序存儲器、輸入輸出電路（ I/O 口），還有可能包括定時 /計數(shù)器、串行通信口、 USB接口、顯示驅(qū)動電路（ LCD 和 LED 驅(qū)動電路）、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器及 A/D轉(zhuǎn)換器等電路集成到一個單塊芯片上，構(gòu)成了一個最小但完善的計算機(jī)任務(wù)。 （ 2）單一電源 +5V 供電 （ 3）它的電路設(shè)計與連接比較簡單而且功能齊全。對 LED 數(shù)碼顯示器的控制可以采用按時間向它提供具有一定驅(qū)動能力的位選和段選信號。我們采用的是手動復(fù)位，把單片機(jī)內(nèi)部電路設(shè)置成為一個確定的狀態(tài)，所有的寄存器初始化。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。 1） UART 是單片機(jī)與 PC 之間的最簡單的通信方式之一，也是單片機(jī)之間常用通信。 SCL為高電平期間，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)必須保持穩(wěn)定，只有 SCL 信號為低電平期間， SDA狀態(tài)才允許變化。所以通過 UART 切換電路 PL2303 的 USB— TX端與 RS232 的 USB— RX端相連， PL2303 的 USB— RX與 RS232 的USB— TX 相連，從而實現(xiàn) USB— UART 的電路轉(zhuǎn)換。 74HC245 是方向可控的八路緩沖器，主要用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的雙向異步通信。原理圖如圖所示： 1 2 3 4ABCD4321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA4D a t e : 2 2 M a y 2 0 1 2 S h e e t o f F i l e : F : \ 光盤資料 \ 數(shù)據(jù)采集電路圖 \ 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) . d dbD r a w n B y :V C C1D_2D+3G N D4S6S5J 1 0U S B BF1F U S EL E D 1L E DR11K+ C11 0 0 u12J4P W R+C21 0 0 uC70 . 1 u FL E D 2L E DR21KC30 . 1 u FC40 . 1 u FC50 . 1 u FC60 . 1 u FDMDP+5abfcgde10985423abcdefg7dpdp1 6D S 4 L E D 7 S E Gabfcgde10985423abcdefg7dpdp1 6D S 3 L E D 7 S E Gabfcgde10985423abcdefg7dpdp1 6D S 2 L E D 7 S E Gabfcgde10985423abcdefg7dpdp1 6D S 1 L E D 7 S E GQ49 0 1 2Q39 0 1 2Q29 0 1 2Q19 0 1 2A12A23A34A45A56A67A78D I