【正文】 digital display is responsible display the data. The software is partly programmed with VC++. The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like dataacquisition treatment,datadisplay and datamunication ect. Keyword: data acquisition AT89C52 ADC0809 RS485 江 III 目 錄 摘 要 .......................................... I Abstract ........................................ II 1 緒論 .......................................... 1 研究背景及其目的 意義 .................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .......................................... 2 該課題研究的主要內(nèi)容 .................................... 3 2 數(shù)據(jù)采集總體設(shè)計(jì) ................................ 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 ...................................... 4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能及簡介 .............................. 4 3 硬件部分 ...................................... 6 單片機(jī)基本模塊 .......................................... 6 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 ............................................ 9 鍵盤模塊 ............................................... 12 LED 數(shù)碼管顯示模塊 .................................... 13 . 通信模塊 ............................................... 17 4 軟件部分 ..................................... 20 簡介 KeilUvision2 ....................................... 20 下位機(jī)部分程序設(shè)計(jì) ..................................... 24 5 上位機(jī)簡介 .................................... 29 6 結(jié)論 ......................................... 30 致 謝 .......................................... 31 參考文獻(xiàn) ....................................... 32 附錄 1 總原理圖 ................................. 33 江 IV 附錄 2 程序清單 ................................. 35 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 研究背景及其目的意義 近 年來，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。 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(shí)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 RS485 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。數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了單片機(jī) AT89C52 來實(shí)現(xiàn)，硬件部分是以單片機(jī)為核心，還包括 A/D 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，顯示模塊和串行接口部分。 存檔日期： 存檔編號： 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 論 文 題 目： 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 班 級 、 學(xué) 號： 指 導(dǎo) 教 師： 江 I 摘 要 本文介紹了基于單片機(jī)的 數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，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。 本文介紹的重點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而該系統(tǒng)硬件部分的重心在于單片機(jī)。 本系統(tǒng)下位機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集并應(yīng)答主機(jī)的命令。軟件部分應(yīng)用 VC++編寫控制軟件，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于 20 世紀(jì) 50 年代， 1956 年美國最先在軍事上研究的數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)，目標(biāo)是測試過程中不依靠相關(guān)的測試文件，由非熟練人員進(jìn)行操作，并且是由測試設(shè)備自動(dòng)控制高速完成測試任務(wù)。大概在 60 年代后期，國外市場就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備出現(xiàn) [1]。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)優(yōu)良的性能，超過了傳統(tǒng)的專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和自動(dòng)檢測儀表，因而獲得了高速的發(fā)展。 20 世紀(jì) 80 年代計(jì)算機(jī)的高速發(fā)展和在生活中的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得了較快的發(fā)展，逐步出現(xiàn)了自動(dòng)測試系統(tǒng)與通用的數(shù)據(jù)采集。這類系統(tǒng)不僅在實(shí)驗(yàn) 室獲得了較多的應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)中也有一定程度的應(yīng)用。 20世紀(jì) 80 年代中后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了驚人的變化，單片機(jī)、大規(guī)模集成電路和工業(yè)計(jì)算機(jī)的組合，用軟件來完成管理任務(wù)，使系統(tǒng)的體積變小，成本降低，功能大大增強(qiáng)，數(shù)據(jù)處理能力倍增 [3]。隨著集成電路制造技術(shù)的提高，出現(xiàn)了高性能、可靠性較高的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，通過簡單的增加和更改模塊，江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可以擴(kuò)展和修改系統(tǒng)，迅速組成一個(gè)新的系統(tǒng)。相較于數(shù)據(jù)采集板卡功能和成本的限制，單片機(jī)具高效率、高性能、低電壓、 低功耗、低價(jià)格、多功能等優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)同時(shí)進(jìn)行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實(shí)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)。 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(chǔ)和顯示。多數(shù)領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在飛機(jī)飛行、石油勘探、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。近年來，又成功研制了動(dòng)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)。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 [5]. 美國 PASCO 公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的嶄新系統(tǒng)，它主要由 3 部分組成： （ 1） 傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實(shí)時(shí)采集物理實(shí)驗(yàn)中各種物理量； （ 2） 計(jì)算機(jī)接口：將傳感器采集到的數(shù)據(jù)信號輸入計(jì)算機(jī)，采樣速率最高為 25 萬次 /S； （ 3） 軟件：英文及中文的應(yīng)用軟件 [6]。如愛爾蘭 ACRA 公司 2021 年研發(fā)推出的新一代 KAM500 機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了 2021 年。 該課題研究的主要內(nèi)容 數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一 , 它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等問題。數(shù)據(jù)采集也是從一個(gè)或多個(gè)信號獲取對象信息的過程。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)不可缺少的 環(huán)節(jié) ,大多 采用一些功能相對獨(dú)立的專用單片機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)其控制功能。 傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就是因?yàn)闆]有上位機(jī)的支持 ,所以 無論使用什么樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ,它都只有有限的存儲(chǔ)容量 ,所以不得不覆蓋刷新歷史數(shù)據(jù) ,這樣一來不利于用戶整體分析數(shù)據(jù) ,因而也不能準(zhǔn)確地把握生產(chǎn)過程的狀況并做出適當(dāng)?shù)挠?jì)劃。這樣用戶可以在上位機(jī)上編寫各種程序?qū)ξ募械臄?shù)據(jù)進(jìn)行有效查詢和分析 ,有利于工業(yè)過程的長期正常運(yùn)行和檢查。 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 2 數(shù)據(jù)采集總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 （ 1） 將采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成方便處理的數(shù)字量。 （ 3） 能夠控制信號的采集、處理、顯示等。 （ 5） 給出具體的硬件和軟件。 （ 2） 系統(tǒng)外圍設(shè)備的配置要滿足系統(tǒng)的功能要求，留有余地，以便進(jìn)行改進(jìn)。 （ 4） 系統(tǒng)中相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。原來由硬 件程序控制器組成的采集系統(tǒng)及小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路變?yōu)楸挥晌⑻幚砥骺刂频牟杉到y(tǒng)所代替。 在本系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而 A/D 是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，它需要考慮的指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換時(shí)間、轉(zhuǎn)換誤差等等。在該系統(tǒng)中采用的是 8051 系列的單片機(jī)。而數(shù)據(jù)的顯示則采江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 用的是 LED 數(shù)碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。由于采集的信號多種多樣，需要多種轉(zhuǎn)換器把信號轉(zhuǎn)換為電壓模擬信號，本文就不不作介紹。 其中： AT89C52 ( 主控芯片 ) : CPU 作為該系統(tǒng)的核心控制芯片 , 起采集、控制顯示的作用。 通信模塊：采用 RS485 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 機(jī)間的通信 。 系統(tǒng)框圖如圖 21 所示： 信號采集電路A / D轉(zhuǎn)換單片機(jī)R S 4 8 5P C鍵 盤顯 示 圖 21 系統(tǒng)框圖 江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 3 硬件部分 信號采集過程中，被測量一般由傳感器供給，常為微弱信號，需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中必不可少。此系統(tǒng)是由 CPU、 輸入輸出電路（ I/O 口），還包括定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口、顯示驅(qū)動(dòng)電路（ LCD 和 LED 驅(qū)動(dòng)電路）、 A/D 轉(zhuǎn)換器等電路集成到一個(gè)單塊芯片上，構(gòu)成了一個(gè)最小但完善的計(jì)算機(jī)任務(wù)。 AT89C52 單片機(jī) 美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的 AT89C52 是低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 256 bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）和 8K bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器 (EEPROM)，器件不僅采用 ATMEL 公司的非易失性、高密度存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，而且兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品的引腳，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元， AT89C52 單片機(jī)的強(qiáng)大功能，能適合于許多比較復(fù)雜的控制應(yīng)用場合。 AT89C52 單片機(jī) 主要 特性 AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) FLASH 閃速存儲(chǔ)器， 256 字節(jié)片 內(nèi)RAM， 32 個(gè) I/O 口線，一個(gè) 5 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè)全雙工串行通信口，時(shí)鐘電路及片內(nèi)振蕩器?？臻e方式體制 CPU 的工作，但允許 RAM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。 AT89C52 單片機(jī)的引腳如圖 31 所示 [99]。 單片機(jī)的時(shí)鐘電路連接圖如圖 33 所示 ,18 引腳和 19 引腳接時(shí)鐘電路 ,在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器， XTAL1 接外部晶振和微調(diào)電容的一端 ,在片內(nèi)它是高增益反相放大器的輸入 ,XTAL2 接外部晶振和微調(diào)電容的另一端 ,在片內(nèi)它是高增益反相放大器的輸出，所以這樣就構(gòu)成了自激振蕩器。 復(fù)位電路是完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，使單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)下開始運(yùn)行。 另外計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在工作的時(shí)候，有時(shí)會(huì)不可避免地受到一些外界的干擾，如電源的波動(dòng)、電磁場的干擾、現(xiàn)場環(huán)境的干擾等，這些都可能造成系統(tǒng)“死機(jī)”或程序跑飛，使系統(tǒng)不能正常工作。在單片機(jī)和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，應(yīng)用的對象對可靠性的要求更高，特別在無人值守、 24 小時(shí)連江蘇師范大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)