【正文】 上噪聲，常見(jiàn)的工頻信號(hào)就是人為干擾源。由于各類傳感器輸出信號(hào)的情況各不相同，因此需要的放大器種類也很多。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。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(guān)系到整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的精度，因而在非電量檢測(cè)系統(tǒng)中占有重要的地位。根據(jù)測(cè)量對(duì)象和顯 示方法的不同，信號(hào)處理電路可以是簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)在內(nèi)的裝置。微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)不僅能解決傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)不能或不易解決的問(wèn)題，而且能簡(jiǎn)化電路、增加功能、提高精度和可靠性等，還能實(shí)現(xiàn)人腦的部分功能，使自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)具有智能化，實(shí)現(xiàn)代替人工自動(dòng)檢測(cè)的目的，隨著微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)變得更加智能化、多功能化。此外，其他儀器儀表或系統(tǒng)通過(guò)通信子系統(tǒng)及接口完成相互之間的信息交換和互連。 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 信號(hào)處理 8051 單片機(jī) RS232 串口 鍵盤電路盤 LED 顯示模塊 串行微型打印機(jī) DS12887 日歷 /時(shí)鐘 存 儲(chǔ) 器 傳 感 器 5 被檢測(cè)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(hào)。 可以將采集的數(shù)據(jù)及時(shí)上傳到上位 PC機(jī)功能； 可按時(shí)間查詢歷史數(shù)據(jù)，也很方便的打印出來(lái) 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(hào)處理電路、顯示裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和 執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。 及時(shí)保存數(shù)據(jù)：對(duì)采集的數(shù)據(jù)按時(shí)間及時(shí)進(jìn)行保存。所以一個(gè)檢測(cè)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(gè)部分。 4 第 2 章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說(shuō)明 在檢測(cè)系統(tǒng)中，各個(gè)組成部分是以信息流的過(guò)程來(lái)劃分的。本文將利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn) 不同傳感器信號(hào)的處理。在一個(gè)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)。 對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)，它的硬件一般由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、多路開關(guān)、采樣保持電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、微處理器、存儲(chǔ)器等組成。 數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制技術(shù)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(jī)械制造和精密儀器等各個(gè)領(lǐng)域，需求廣泛。 面對(duì)大量的數(shù)據(jù)，人工處理已遠(yuǎn) 遠(yuǎn)無(wú)法滿足時(shí)代的要求，依靠微電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和顯示、查詢，成為適應(yīng)時(shí)代步伐的唯一有效的出路?？梢灶A(yù)言：隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊 20世紀(jì) 90年代后期，各國(guó)的單片機(jī)和外圍芯片大量涌入我國(guó)，各種開發(fā)工具和軟件應(yīng)有盡有，大大提高了我國(guó)單片機(jī)的應(yīng)用水平。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)已在雷達(dá)、通信、水聲、遙感、地質(zhì)勘探、振動(dòng)工程、無(wú)損檢測(cè)、語(yǔ)聲處理、智能儀器、工業(yè) 自動(dòng)控制以及生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域有著廣的應(yīng)用。在智能儀器，信號(hào)處理以及工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域，都存在數(shù)據(jù)的測(cè)量與控制問(wèn)題。在文中較系統(tǒng)的介紹了從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程和討論了轉(zhuǎn)換過(guò)程中的技術(shù)參數(shù)等問(wèn)題，在文中最后還進(jìn)行了系統(tǒng)存在的一些誤差分析。 第 2章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說(shuō)明 ............................. .4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 .............................................................. 4 系統(tǒng)各部分的功能 ............................................................ 4 信號(hào)調(diào)理部分 .......................................................... 5 數(shù)據(jù)處理部分 .......................................................... 6 第 3章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ........................................... 8 主要芯片介紹 ................................................................ 8 8051AH的功能特點(diǎn) ...................................................... 8 ADC0809的功能特點(diǎn) .................................................... 10 DS12887的功能特點(diǎn) .................................................... 11 功能模塊電路設(shè)計(jì) ........................................................... 13 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì) .................................................. 13 查詢打印模塊電路設(shè)計(jì) .................................................. 16 第 4章 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................. 18 .................................................. 19 PC通信的分析與設(shè)計(jì) ................................................. 30 ，打印功能的實(shí)現(xiàn) ........................................................ 33 第 5章 誤差分析 ..................................................... 37 第 6章 結(jié)束語(yǔ) ....................................................... 38 致 謝 .............................................................. 40 參考文獻(xiàn) ........................................................... 39 附 錄 .............................................................. 41 2 基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 ： 面對(duì)大量的數(shù)據(jù)，人工處理已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足時(shí)代的要求，依靠微電子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和顯示 ，成為適應(yīng)時(shí)代步伐的唯一有效捷徑 。目 錄 第 1 章 前言 數(shù)據(jù)采集技術(shù)介紹 ............................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 本系統(tǒng)采用模數(shù)轉(zhuǎn)換、微處理器、存儲(chǔ)器等芯片來(lái)實(shí)現(xiàn) 8路數(shù)據(jù)的采集，將采集的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，按時(shí)間上傳到上位機(jī) PC，通過(guò)不同模式的選擇進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、查詢、打印和顯示等。 關(guān)鍵詞 ： 單片機(jī)，數(shù)據(jù)，采集，打印，查詢，上位機(jī)通信 ABSTRACT KEY WORDS: signal chip microputer 、 acquisition、 PCmuncation 3 第 1 章 前 言 數(shù)據(jù)采集技術(shù)研究信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲(chǔ)、處理以及控制等，它是信息科學(xué)的一個(gè)重要分支。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、 電流、電壓、流速 、 開關(guān)量 、位移以及角度等模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再將收集到的數(shù)據(jù)顯示、處理、傳輸與記錄的這一過(guò)程即稱為“數(shù)據(jù)采集”，相應(yīng)的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（ DAS）。 隨著科學(xué)和技術(shù)的需要，在速度、分辨率、精度、接口能力、軟件設(shè)計(jì)以及抗干擾能力等方面向現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。目前，單片機(jī)正在過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀表、機(jī)電一體化、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的控制作用。設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和顯示、查詢、打印系統(tǒng)，可以把傳感器信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，進(jìn)行控制和存儲(chǔ)傳給上位機(jī) PC，以滿足遠(yuǎn)程控制和無(wú)人工作站的建立。一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常可用兩種方法實(shí)現(xiàn)，一種是利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gòu)成。而對(duì)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(chǔ)器、定時(shí)／計(jì)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(shí)間和成本、縮小設(shè)備體積、提高系統(tǒng)可靠性和電氣性能指標(biāo)，較適合于設(shè)計(jì)低功耗、便攜式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它的精度會(huì)直接影響到整個(gè)采集系統(tǒng)的精度。 用單片機(jī)來(lái)對(duì) 系統(tǒng) 進(jìn)行控制，不僅具有控制方便、組態(tài)簡(jiǎn)單和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，而且可以大幅度提高 采集數(shù)據(jù) 的技術(shù)指標(biāo)，從而能夠大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。檢測(cè)時(shí)，首先獲取被測(cè)量的信息，并通過(guò)信息的轉(zhuǎn)換把獲得的信息變換為電量，然后進(jìn)行一系列的處理，再用指示儀或顯示儀將信息輸出，或由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后把信息輸送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 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(shè)計(jì) \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(jī)鎖存器E P R O MR A MR A M地址總線信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)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(shí)現(xiàn)的功能 8 路數(shù)據(jù)采集：可以進(jìn)行 8 路 0~5V 的模擬電壓進(jìn)行循環(huán)采集，每路采集的 8 次，超出界限LED顯示報(bào)警，將采得的數(shù)據(jù)求平均。 數(shù)字實(shí)時(shí)顯示： LED 將實(shí)時(shí)顯示采集的數(shù)據(jù)，并且能夠顯示查詢時(shí)輸入的查詢量和查詢到的數(shù)據(jù)。其具體組成框圖如圖 1 .2. 1 所示。由于傳感器輸出信號(hào)太弱或信號(hào)質(zhì)量不高，應(yīng)經(jīng)過(guò)前端預(yù)處理電路進(jìn)行放大、濾波等，然后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并通過(guò)接口送入存儲(chǔ)器，經(jīng)過(guò)單片機(jī)運(yùn)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(jī)構(gòu)，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。所以我們把 微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)也常稱為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，或簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 信號(hào)調(diào)理部分 信號(hào)調(diào)理電路的主要作用就是把傳感器輸出的電學(xué)量變成具有一定功率的模擬電壓信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，以推動(dòng)后級(jí)的輸出顯示或記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 （ 1）傳感器接收被測(cè)量（如物理量、化學(xué)量、生物量等），然后才能將其變換為另一種與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且容易測(cè)量的量（通常為電學(xué)量）。 （ 2）從傳感器過(guò)來(lái)的信號(hào)較?。ǔＳ脽犭娕嫉妮敵鲎兓趲缀练綆资呛练g，電阻應(yīng)變 片輸出電壓的變化只有幾個(gè)毫伏，人體生物電信號(hào)僅是微伏級(jí)）。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(lái)緩沖輸入信號(hào)。 例如，為了減少輸入信號(hào)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(jí)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。為了提高模擬輸入信號(hào)的信噪比，常常需要使用濾波器對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行一定的衰減。多路模擬開關(guān)可以分時(shí)選通多個(gè)通道中的某一路通道。因?yàn)檫@時(shí)可以使用普通的微秒級(jí) A/D 轉(zhuǎn)換器從容地分時(shí)處理這些信號(hào)。在數(shù)據(jù)通過(guò)率超過(guò) 40~50kHz時(shí)，一般不宜使用分時(shí)的多路開關(guān)。所以 要根據(jù)具體情況來(lái)選擇多路模擬開關(guān) 。模擬信號(hào)要變成數(shù)字信號(hào)，首先要經(jīng)過(guò)采樣，采樣保持器是快速拾取輸入信號(hào)的子樣脈沖，并保持幅值恒定，以提高 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，如果把采樣保持電路放在模擬多路開關(guān)之前（每通道一個(gè)），這可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣。 （ 1）實(shí)時(shí)采樣：數(shù)據(jù)采集開始后， 信號(hào)波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)即被采人并數(shù)字化，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣間隔后．再采入第二個(gè)采樣點(diǎn)，這樣一直將整個(gè)信號(hào)波形數(shù)字化并存入存儲(chǔ)器中。在工程上采樣頻率應(yīng)取被采樣信號(hào)所含最高頻率的兩倍．通常采用 1020倍 。 除了“定時(shí)采樣”（等間隔采樣）外，“實(shí)時(shí)采樣”通常使用“變步長(zhǎng)采樣”，即“等點(diǎn)采樣”。由于采樣周期隨被測(cè)信號(hào)周期變化，故通常稱之為