【正文】 ignals to digital signals from the conversion process and discuss the technical parameters of the conversion process and other issues, in the end, we also conducted a systematic analysis of the existence of a number of errors. Data acquisition system is divided into the data collection and display control section. The data collection is mainly responsible for data collection, sent over from the signal conditioning circuit to quantify, the analog into digital. Showing some of the major is to show the data gathered, and control the order of the channel data acquisition, which uses 8279 as the keyboard and display interface device, plete with hardware, monitor and keyboard scanning, with the switch matrix control the order of the channel data acquisition with LED display data.KEY WORDS: signal chip microputer 、acquisition、PCmuncationII河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目錄 目 錄摘要 I第1章 前 言 1 1 1 2第2章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說(shuō)明 3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 3 系統(tǒng)各部分的功能 3 信號(hào)調(diào)理部分 4 數(shù)據(jù)處理部分 6第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 主要芯片介紹 9 8051AH的功能特點(diǎn) 9 ADC0809的功能特點(diǎn) 11 LF398芯片介紹 13 功能模塊電路設(shè)計(jì) 14 數(shù)據(jù)采集模塊電路設(shè)計(jì) 14 查詢打印模塊電路設(shè)計(jì) 18第4章 數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 22 23，打印功能的實(shí)現(xiàn) 27第5章 誤差分析 29結(jié)束語(yǔ) 30致 謝 31參考文獻(xiàn) 32附錄 33III河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第1章前言 1第1章 前 言 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)就是將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集部分主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集，將從調(diào)理電路送過(guò)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行量化，把模擬量變成數(shù)字量。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，并進(jìn)行了系統(tǒng)存在的一些誤差分析。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 摘要 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。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。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集部分和顯示控制部分。顯示部分主要是把采集來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，并控制各通道數(shù)據(jù)采集的次序，它采用8279作為鍵盤(pán)顯示接口器件，用硬件完成對(duì)顯示器和鍵盤(pán)的掃描，用開(kāi)關(guān)矩陣控制各通道數(shù)據(jù)采集的次序，用LED進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。并將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，對(duì)本課題的研究有極其廣闊的發(fā)展前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。到了70年代中后期，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中逐漸分為兩類(lèi)，一類(lèi)是實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，另一類(lèi)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著微型機(jī)的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計(jì)算機(jī)溶為一體的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了極大的發(fā)展，開(kāi)始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類(lèi)，一類(lèi)以儀器儀表和采集器、通用接口總線和計(jì)算機(jī)等構(gòu)成。這類(lèi)系統(tǒng)主要用于實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)也有一定的應(yīng)用。這種接口系統(tǒng)采用積木式結(jié)構(gòu)，把相應(yīng)的接口卡裝在專用的機(jī)箱內(nèi)，然后由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制。這兩種系統(tǒng)中，如果采集測(cè)試任務(wù)改變，只需將新的儀用 時(shí)至今日，由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。目前有的DAS（Data acquisition systems—數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）產(chǎn)品精度已達(dá)16位，采集速度每秒達(dá)到幾十萬(wàn)次以上，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門(mén)的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展，典型系統(tǒng)有VXI總線系統(tǒng)，PCI總線系統(tǒng)等，數(shù)據(jù)位已達(dá)到32位總線寬度，采樣頻率可以達(dá)到100MSps。串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展，可靠性不斷提高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信，由于采用RS485雙絞線、電力載波、無(wú)線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。由于目前局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，一個(gè)工廠管理層局域網(wǎng)，車(chē)間層的局域網(wǎng)和底層的設(shè)備網(wǎng)已經(jīng)可以有效地連接在一起，可以有效地把多臺(tái)數(shù)據(jù)采集設(shè)備聯(lián)在一起，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。目前采用單片機(jī)控制并利用編程的方式，可以很方便地發(fā)出控制命令和改變系統(tǒng)中控制器的算法與計(jì)算參數(shù)；尤其是在需要進(jìn)行一些復(fù)雜而又精確的計(jì)算時(shí)，采用單片機(jī)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，在提高運(yùn)算速度和精度等方面都顯示了無(wú)可比擬的優(yōu)越性。 以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以完成數(shù)據(jù)的多重采集和多個(gè)數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果，同時(shí)保證采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。8河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第2章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體功能介紹和說(shuō)明 第2章數(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。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，如圖21。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?？梢詫⒉杉臄?shù)據(jù)及時(shí)上傳到上位PC機(jī)功能。其具體組成框圖如圖22 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)。如圖23 傳感器前置放大濾波器多路模擬開(kāi)關(guān)傳感器前置放大濾波器傳感器前置放大濾波器. . .. . ....圖23 信號(hào)調(diào)理圖 （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)較小（常用熱電偶的輸出變化往往在幾毫伏到幾十毫伏之間，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(kāi)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(kāi)關(guān)。所以要根據(jù)具體情況來(lái)選擇多路模擬開(kāi)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(kāi)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(kāi)始后，信號(hào)波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)即被采入并數(shù)字化，經(jīng)過(guò)一個(gè)采樣間隔后。為了不丟失被采樣信號(hào)所攜帶的信息，實(shí)時(shí)采樣的采樣頻率應(yīng)滿足采樣定理（香農(nóng)定理）的要求，當(dāng)采樣頻率不滿足采樣定理時(shí)將產(chǎn)生信號(hào)混疊現(xiàn)象，使采樣后波形中增加了額外的低頻成分，造成失真，引起誤差。實(shí)際測(cè)量時(shí)信號(hào)往往會(huì)混入各種噪聲，諧波成分豐富，頻帶很寬，智能儀表的采樣速度很難達(dá)到采樣定理的要求，這時(shí)就應(yīng)在A / D 轉(zhuǎn)換之前加入抗混疊模擬濾波器，濾掉多余的高頻分量。這種方法不論被測(cè)信號(hào)頻率如何，一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均勻采樣的點(diǎn)總數(shù)為N個(gè)。 （2）“等效時(shí)間采樣”技術(shù)要求信號(hào)波形是可以重復(fù)產(chǎn)生的。這樣就可以把許多采集的樣本合成一個(gè)采樣密度較高的波形。 采樣保持電路輸出的信號(hào)送至A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。因此A/D轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)也比較多。A/D轉(zhuǎn)換器將結(jié)果輸出給計(jì)算機(jī)，有的采用并行碼輸出，有的則采用串行碼輸出。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)在于把一個(gè)未知的連續(xù)的模擬輸入信號(hào)（通常為電壓）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，即微型計(jì)算機(jī)能接受的二進(jìn)制數(shù)。模擬輸入信號(hào)的采樣脈沖應(yīng)做得很窄，以便在采樣脈沖空余時(shí)間可以進(jìn)行多路復(fù)用。本系統(tǒng)采用的ADC0809采用的是逐次逼近式，此種轉(zhuǎn)換器采用一種極有效的方案來(lái)改變比較器的參考輸入，從而只需要n個(gè)時(shí)鐘周期就能完成n位轉(zhuǎn)換。單片機(jī)控制整個(gè)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的正常工作，并且把A/D轉(zhuǎn)換器輸出的結(jié)果讀入到內(nèi)存，進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)處理。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)與機(jī)器時(shí)間是一一對(duì)應(yīng)的，一個(gè)數(shù)據(jù)唯一的對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)，這就方便了數(shù)據(jù)查詢和顯示。 為了讓系統(tǒng)便于操作，按照需要和設(shè)定模式進(jìn)行運(yùn)行，那就需要人機(jī)交互裝置——鍵盤(pán)。 測(cè)量的目的是使人們了解被測(cè)量的數(shù)值，所以必須有顯示裝置。目前常用的顯示方式有模擬顯示、數(shù)字顯示、圖像顯示三種方式。但這種顯示方式的精度受標(biāo)尺最小分度限制，而且讀數(shù)時(shí)易引入主觀誤差。這類(lèi)檢測(cè)儀器還可附加打印機(jī)，打印記錄測(cè)量數(shù)值，并易于計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，使數(shù)據(jù)處理更加方便。如果被測(cè)量處于動(dòng)態(tài)變化中，用一般的顯示儀表讀數(shù)就十分困難，這時(shí)可將輸出信號(hào)送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像顯示或送至記錄儀，從而描繪出被測(cè)量隨時(shí)間變化的曲線，并以之作為檢測(cè)結(jié)果，供分析使用。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第3章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)20第3章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 在整個(gè)系統(tǒng)中硬件是基礎(chǔ)，也是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，硬件系統(tǒng)的建立才使系統(tǒng)有運(yùn)算的可能，硬件的參數(shù)決定了系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)。 主要芯片介紹 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩者相互滲透，不可分離。功能強(qiáng)大的芯片可以代替若干普通芯片，隨著生產(chǎn)工藝的提高，新型芯片的價(jià)格不斷下降，體積不斷縮小，具有很高的性價(jià)比，是硬件設(shè)計(jì)的首選。因此，這個(gè)系列成為主流單片機(jī)。 管腳功能： ～：P0口是一個(gè)漏極開(kāi)路型準(zhǔn)雙向I/O口。 ～：P1口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，它是通用I/O端口。 ～：P2口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。 ～：P3口是帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，它是雙功能I/O端口。在振蕩信號(hào)正常運(yùn)行情況下，只要RST引腳保持兩個(gè)機(jī)器周期以上時(shí)間的高電平，系統(tǒng)復(fù)位。當(dāng)Vcc恢復(fù)時(shí)，備用電源仍然保持一定時(shí)間，以便完成復(fù)位操作，然后重新開(kāi)始工作。兩引腳連接于單片機(jī)內(nèi)部的一個(gè)高增益反向放大器，用于與外部振蕩源一起構(gòu)成振蕩電路。 ALE：地址鎖存信號(hào)，輸出。在每一個(gè)機(jī)器周期（MOVX指令除外）出現(xiàn)兩個(gè)ALE正脈沖，當(dāng)ALE為高電平時(shí)，地址鎖存的輸出隨輸入變化（這時(shí)P0口輸出的是低8位地址信息）；當(dāng)ALE有高電平變成低電平時(shí)，鎖存器將地址鎖定，即輸出不再隨輸入變化（P0口可傳送數(shù)據(jù)信息）。 PROG：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器編程脈沖，輸入。 ：外部程序存儲(chǔ)器讀寫(xiě)信號(hào)，輸出，低電平有效。、是用于讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的，而是用于讀程序代碼的，他在應(yīng)用系統(tǒng)中接程序存儲(chǔ)器的讀控制端。 ：內(nèi)、外程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)。當(dāng)=“1”時(shí)選擇訪問(wèn)單片機(jī)內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器；當(dāng)=“0”時(shí)選擇訪問(wèn)外部的程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在對(duì)片內(nèi)EPROM編程時(shí)，Vpp引腳輸入21V的編程電源電壓。正常工作時(shí)Vcc引腳接+5V電源電壓。正常工作時(shí)Vss引腳接地。該轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是：具有一高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，帶有模擬開(kāi)關(guān)樹(shù)的