【正文】 ster）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比 RS422 有改進(jìn)，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到 32 個設(shè)備。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。一般 100m 長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計10僅為 1Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100kb/s 速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。RS422 四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/OFF 握手）或硬件方式（一對單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn) [7]。即一個主設(shè)備（Master） ，其余為從設(shè)備（ Salve） ，從設(shè)備之間不能通信，所以 RS422 支持點(diǎn)對多的雙向通信。其 DB9 連接器引腳定義。典型的 RS422 是四線接口。當(dāng)“使能”端起作用時，發(fā)送驅(qū)動器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)” ，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。另有一個信號地 C，在 RS485 中還有一“使能 ”端，而在 RS422 中這是可用可不用的。RS422 與 RS232 不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為 A，另一線定義為 B。RS422 的信號將被傳送出去時會先分成正負(fù)的兩條線路，當(dāng)?shù)竭_(dá)接收端后，再將信號相減還原回原來的信號。（2）RS422 串行通信接口如果在工業(yè)環(huán)境雜訊干擾較強(qiáng)，用 RS232 作為傳輸就會容易收到干擾，使信號發(fā)生錯誤。計算機(jī)上的串行通信端口 RS232 是標(biāo)配，雖然與現(xiàn)在的一些新出的標(biāo)準(zhǔn)相比，RS232 通信數(shù)據(jù)低，傳輸距離短，但由于其控制相對簡單，設(shè)計成本低，在許多工控設(shè)備、電子測量儀器上都備有 RS232 通信端口側(cè)。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約 15m，最高速率為 20kb/s，RS232是為點(diǎn)對點(diǎn)（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的，其驅(qū)動器負(fù)載為 3~7kΩ。當(dāng)無數(shù)據(jù)傳輸時，線上為 TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計9TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL 電平。RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。串行傳輸類型生要有以下幾種：（1）RS232 串行通信接口目前 RS232 是 PC 機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是傳輸速度快，處理簡單，缺點(diǎn)是所需連接線多，遠(yuǎn)距離通信時成本高。并行方式主要用于近題離通信。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通過對應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備，還可附加一位數(shù)據(jù)校驗位。計算機(jī)通信按接口來分可分為并行通信方式和串行通信方式。通信技術(shù)是研究如何將信源產(chǎn)生的信息，通過傳輸媒介，高效、安全、迅速、準(zhǔn)確地傳送到受信者的技術(shù)。 通信技術(shù)通信是信息的處理、傳輸與交換過程，也就是信息的交流。依據(jù)信號電平、傳輸距離以及環(huán)境噪聲，傳輸線可從雙絞線到多芯屏蔽電纜。檢測點(diǎn)的物理位置。低于 iv 的信號，一般要求價格昂貴的、差分低電平模擬多路切換，而且在 MUX（多路器）操作之后，還要有可編程增益放大器。信號電平及調(diào)理。高速 A/D 轉(zhuǎn)換器會使系統(tǒng)造價大幅度上升。在大系統(tǒng)中，模擬和數(shù)字多路切換技術(shù)常結(jié)合在一起應(yīng)用 [5]。模擬多路切換適用于 8256 個通道。通道數(shù)決定所用多路器的大小、連線數(shù)量以及內(nèi)部連接。分辨率高于 12 位時，情況則相反，模擬多路切換趨于更加經(jīng)濟(jì)。由于精密元件成本高，所以隨著分辨率的提高，A/D 轉(zhuǎn)換器的價格也會急劇上升。近二十年來，數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，在形式上由原來的專用的測試儀器到現(xiàn)在的使用微機(jī)的虛擬儀器；采集的分辨率從 4 位、8 位到現(xiàn)在的 24 位分辨率；采集的速率從幾 KPS 到現(xiàn)在最高速率己達(dá) 2GPS，記錄設(shè)備從原來的手記、紙帶的模擬或數(shù)字記錄到磁帶記錄，到現(xiàn)在的硬盤記錄、磁光盤記錄。目前單片機(jī)的發(fā)展速度較快，單片機(jī)的型號繁多，要根據(jù)設(shè)計不同系統(tǒng)的功能要求、性能指標(biāo)及價格等選擇型號，一般來說，控制關(guān)系較簡單的小家電，可以采用RISC 型單片機(jī)：控制關(guān)系較復(fù)雜的場合，如通訊產(chǎn)品、工業(yè)控制系統(tǒng)應(yīng)采用 CISC單片機(jī)。盡管 AVR 系列單片機(jī)型號繁多，功能各異，但是所有 AVR 單片機(jī)都有相同的存儲器結(jié)構(gòu)和指令集，因此各系列 AVR 單片機(jī)之間的代碼移植是很方便的。FPGA AVR 例如：AT94K05A 則內(nèi)部集成有FPGA。RF AVR 例如：AT86F401 在 AYR 核的控制下實(shí)現(xiàn)開關(guān)鍵控的無線射頻數(shù)據(jù)傳輸。USB AVR 單片機(jī)例如：AT43USB351M 集成了 USB 的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的硬件協(xié)議，同時由 AVR 核通過編程實(shí)現(xiàn)傳輸層的實(shí)現(xiàn)。同時還有一些增加了面向特殊應(yīng)用具有特殊功能的單片機(jī)。Tiny AVR 系列的典型芯片如Tiny1Tiny1Tiny13 等等，這一類型的單片機(jī)的特點(diǎn)是很好的把價格、性能和靈活性結(jié)合在一起，典型的應(yīng)用包括鋰電池充電器、冰箱控制和門禁系統(tǒng)等等。因此 AVR單片機(jī)適合于很多領(lǐng)域的應(yīng)用，表現(xiàn)出卓越性能。這一系列單片機(jī)好的多型號都是寬電壓工作的，同時有各種睡眠模式有利于降低系統(tǒng)功耗。單片機(jī)的指令基本上都是單個晶振周期的，能夠到 1MIPS/MHz 的性能。ATMEL 公司通過 AVR 把 RISC 技術(shù)帶到了 8 位單片機(jī)世界，這種全新的結(jié)構(gòu)帶來了很多優(yōu)勢。上述各項，就是 PIC系列單片機(jī)能做到指令總數(shù)少，且大都為單周期指令的重要原因。PIC 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還體現(xiàn)在寄存器組上，如寄存器 I/O 接口、定時器和程序寄存器等都是采用了 RAM 結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個周期就可以完成訪問和操作。該系列單片機(jī)引入了原用于小型計算機(jī)的雙總線和兩級指令流水結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)今的PIC 單片機(jī)已經(jīng)是世界上最有影響力的嵌入式微控制器之一。PIC 單片機(jī)由美國 Microchip 公司推出的 PIC 單片機(jī)系列產(chǎn)品，首先采用了 RISG 結(jié)構(gòu)的嵌入式微控制器，其高速度、低電壓、低功耗、大電流 LCD 驅(qū)動能力和低價位 OTP 技術(shù)等都體現(xiàn)出單片機(jī)產(chǎn)業(yè)的新趨勢。以現(xiàn)在常用的 AT89C51 為例:AT89C51 是一種低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4Kbytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器，器件采用高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51 系列指令系統(tǒng)及引腳。下面介紹幾種常見單片機(jī)的特點(diǎn)： MCS51 單片機(jī)MCS51 系列單片機(jī)開始是 Intel 公司在 20 世紀(jì) 80 年代初研制出來的，但現(xiàn)在以MCS51 技術(shù)核心為主導(dǎo)的單片機(jī)己成為許多廠家、電氣公司競相選用的對象，并以此為基核，推出許多與 MCS51 有極好兼容性的 CHMOS 單片機(jī)，同時增加了一些新的功能。 單片機(jī)技術(shù)在信號采集系統(tǒng)中，單片機(jī)主要擔(dān)當(dāng)控制 ADC，并對采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)的角色，同時若上位機(jī)反饋信息、指令，單片機(jī)收到指令后還需對外圍設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的控制。并給出了該系統(tǒng)硬件、軟件實(shí)現(xiàn)的方法及分析。本次設(shè)計需要完成以下工作：研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計及實(shí)現(xiàn)。在軟件結(jié)構(gòu)上，它主要由多路信號采集，PC 機(jī)與單片機(jī)通訊，數(shù)據(jù)實(shí)時動態(tài)顯示，數(shù)據(jù)處理及保存等程序。 課題研究的主要內(nèi)容本論文研究的是具有構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定、造價低廉、便于維護(hù)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、機(jī)電一體化、智能家居等諸多領(lǐng)域的基于單片機(jī)的多通道信號采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集是整個工廠自動化的最前端，測試精度、速度與實(shí)現(xiàn)該功能的成本是數(shù)據(jù)采集三個重要因素，數(shù)據(jù)采集也正朝著這、實(shí)時數(shù)據(jù)采集在運(yùn)動控制、爆炸檢測、醫(yī)療設(shè)備、快速生產(chǎn)過程（如石油化工過程）和變電站自動化等領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用例，這些行業(yè)中，對高速數(shù)據(jù)采集的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前實(shí)際可以實(shí)現(xiàn)的程度。所配套的軟件包基本上包括了設(shè)備維修管理和基本頻譜分析兩大部分，能夠適應(yīng)機(jī)器設(shè)備的一般狀況監(jiān)測和故障診斷，基本己經(jīng)達(dá)到了國外數(shù)據(jù)采集器的初期水平。國內(nèi)數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)狀上世紀(jì) 80 年代末到 90 年代初，我國一些儀器廠已研制出了多種數(shù)據(jù)采集器，其中單通道的有 SP201，SC247 型，雙通道的有 EG3300，YE5938 型，超小型的有911，902 和 921 型。如法國邁威公司的 MOVILOG數(shù)據(jù)采集器，就可作為一臺動平衡儀來用，它不但可以做單一平面的動平衡，還可以做六個平面的動平衡；（3）儲存量大，從低頻到高頻頻率測量范圍寬，能適應(yīng)機(jī)器從低速到高速的各種監(jiān)測范圍需要；（4）可利用振動傳感器或過程傳感器或電量傳感器等輸入多種物理量，如振動加速度、位移、相位、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、流量、電壓、電流和功率等，形成多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)；（5）數(shù)據(jù)采集器配套的軟件是以通用窗口的軟件為基礎(chǔ)，功能較強(qiáng)。從近來國外公司展示的新產(chǎn)品可以看出，主要的發(fā)展可以概括為體積小、功能多樣和使用方便等三個方面。現(xiàn)代控制技術(shù)的長足發(fā)展以及它所產(chǎn)生的測量需求已成為測量技術(shù)發(fā)展的不竭動力，正不斷地促進(jìn)和推動著計量測試技術(shù)的發(fā)展 [2]。今天，除了復(fù)雜生產(chǎn)過程仍然是人們研究應(yīng)用的重要對象以外，現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計過程、管理過程以及企業(yè)間的資源分配和優(yōu)化，如現(xiàn)代物流、供需鏈管理、電子商務(wù)等。 現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用人工智能技術(shù)（模糊邏輯，人工神經(jīng)網(wǎng)、專家系統(tǒng)、模式識別、遺傳算法和小波分析）對生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行測量，以提高控制精度，保證品質(zhì)。即在生產(chǎn)（或制造）過程的全部時間領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)在線控制和管理。 現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展對測量技術(shù)不斷提出了新要求，具體表現(xiàn)在： 隨著科技的快速發(fā)展，現(xiàn)代生產(chǎn)的自動化程度在提高，技術(shù)難度在增加，采用的控制技術(shù)、控制系統(tǒng)的組成和方式都在不斷變化，各類控制系統(tǒng)和裝置沒有完善的檢測手段是不可能適應(yīng)要求的。作為信息源頭的傳感器對計量測試技術(shù)的發(fā)展有著重要作用。 作為一個整體而言，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展將受到多方面的影響，比如：測量技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及在實(shí)踐中不斷提出的新要求，這些因素都將在很大程度上影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展。 當(dāng)計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到各個領(lǐng)域中并取得不俗表現(xiàn)后，測量技術(shù)又經(jīng)歷了一場全面數(shù)字化的變革。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。本文在研究單片機(jī)技術(shù)、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集及單片機(jī)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定、造價低廉、便于維護(hù)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器，儀表、機(jī)電一體化、智能家居等諸多領(lǐng)域。黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計2國內(nèi)現(xiàn)在有不少數(shù)據(jù)測量和采集的系統(tǒng)。傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長足發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的測量需求成為數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的不竭動力，并對數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了更新、更高的要求：測量的方法、可測量的種類和范圍應(yīng)不斷拓寬和更新，準(zhǔn)確度要提高，可靠性要增強(qiáng)，并能夠適應(yīng)各種不同的實(shí)驗環(huán)境需要。網(wǎng)絡(luò)化、分布式的數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢體現(xiàn)在：采集范圍擴(kuò)大，處理能力增強(qiáng)，信息索取更加方便，并且能夠適應(yīng)場合變更的需要。作為信息源頭的傳感器對計量測試技術(shù)的發(fā)展有著重要作用；目前，傳感器正不斷朝著多功能性和智能性方向發(fā)展。數(shù)字化測量就是借助于各種類型的傳感器檢測外部世界的各種信號，并轉(zhuǎn)換成電信號，然后進(jìn)行信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成為能夠在數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)一步處理的數(shù)字信號。一個大型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下幾個部分組成：數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等 [1]。它在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 Serial interface 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計目 錄摘要 .....................................................................................................................................................................IAbstract ...........................................................................................................................................................II第 1 章 緒論 ................................................................................................................................................1 引言 ...................................................................................................................................................1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...........................................................................................................................2 數(shù)據(jù)采集與處理的發(fā)展趨勢 ...................