数据采集和处理系统doc

1、课 程 设 计 (论 文) 信息工程学院 系（院） 电子信息工程 专业 课程设计（论文）题目 数据采集和处理系统学生姓名 班 级 电子信息工程 学 号 指导教师 完成日期 2014 年 6 月 17 日*大学课程设计（论文）任务书一、课程设计(论文)题目数据采集和处理系统二、课程设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求设计一个通用性的数据采集系统，以便得到所需要的结果，为生产管理和过程控制服务。功能要求：1能对被测电压信号实现煤电单次采集或多次采集，采集速度每秒数次；。2检测结果在4位LED显示器上显示出来。3. 采集方式由按键选择。 三、课 程 设计(论文)工作内容及完成时间6月9日

2、 查找设计资料，画出原理电路框图；6月10日6月11日 完成硬件电路的具体设计；6月12日6月13日 完成软件程序的设计和编写；6月14日6月15日 电路仿真；6月16日6月18日 电路制作，调试，修改，完善；6月19日6月20日 撰写设计报告。四 、主 要参考资料1、李朝青，单片机原理及接口技术M.第3版.北京：北京航空航天大学出版社，2005. 2、张齐.单片机原理与应用系统设计M.北京：电子工业出版社，2010. 3、曹天汉等.单片机原理与接口技术M.第2版.北京：电子工业出版社，2006. 4、宋家友.集成电子线路设计手册M.福建科技出版社出版，2000. 5、张友德等编.单片微型机原

3、理、应用与试验M.上海：复旦大学出版社出版，2007. 系 专业 班 学生： 日期： 自 2014 年 6 月 9 日至 2014 年 6 月 20 日指导教师： 老师 助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室： 教研室主任： 注:任务书应该附在已完成的课程设计说明书首页。摘 要本文对于一种多路数据采集系统进行了初步的研究，该多路采集系统能对多路模拟信号进行采集和处理。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，以单片机AT80C51为核心，利用串行A/D模数转换TLC2543进行模数转换，实现对十路信号的采集、存储、显示及与PC机通信等功能。软件部分应用C语言编写控制软件，对数据采集系统、模数转

4、换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。关键词：AT8051 TLC2543 C语言控制软件 AD模数转换 目 录摘 要4第一章引言61.1数据采集系统的基本概况61.1.1发展背景61.1.2国内外研究进展61.2课题内容要求7第二章数据采集82.1数据采集系统82.2 A/D相关知识82.3总体结构设计82.4硬件选择92.4.1 单片机89C5192.4.2 TLC2543引脚功能102.4.3 LED显示电路112.4.4 键盘扫描12第三章 软硬件设计与硬件调试说明133.1 软件设计与说明133.2 硬件调试14第四章 小结154.1设计小结15第五章 心得165.1心得16参

5、考文献17附录18附录一：电路仿真图18附录二：作品照片19 附录三：程序.20第一章 引言1.1数据采集系统的基本概况1.1.1背景随着科学技术的进步，人们越来越多地用计算机来实现控制系统，因此，充分理解计算机控制系统是十分重要的。计算机控制系统的工作原理可归纳为以下三个步骤：1.实时数据采集：对来自测量变送装置已的被控量的瞬时值进行检测和输入。2.实时控制决策：对采集到的被控量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。3.实时控制输出：根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。工业控制机包括硬件和软件两部分：硬件包括主机板、内部总线和外部总线、人-机接口、

6、系统支持板、磁盘系统、通信接口、输入输出通道。软件包括系统软件、支持软件和应用软件。本系统设计一个单片机系统，负责数据的采集和显示，设计一个多路数据输入输出系统，实现8路输入和输出。采用89C51系列单片机、ADC0809、LED数码管等芯片实现硬件仿真，采用汇编语言。最后硬件电路在Proteaus下仿真实现1.1.2国内外研究进展数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于20世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到

7、了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰ACRA公司2000年研发推出的新一代KAM500机载数据采集系统到了2006年。本系统采用16位（A/D）模拟数字变换，总采样率达500K/S,同步时间为+/-250ns，可以利用方式组成高达1000通道的大容量的分布式采集系统。1.2课题内容要求设计一个通用性的数据采集系统，以便得到所需要的结果，为生产管理和过程控制服务。功能要求：1能对被测电压信号实现煤电单次采集或多次采集，采集速度每秒数次；。2检测结果在4位LED显示器上显示出来。3.

8、采集方式由按键选择。第二章 数据采集2.1数据采集系统数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号检测等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的信息存储起来，建立相应的数据库并进行管理与调用。数据处理就是从采集到的信息中删除有关干扰，与无关信息。对数据进行统计分析便于检索。数据输出及显示就是把数据以适当的形式输出与显示。2.2 A/D相关知识按基本原理及特点可分为：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、-调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。主要的技术指标：分辩率，转换速率，量化误差，偏移误差，满刻度误，

9、差线性度等电压频率转换法 A/D转换四步骤：采样、保持、量化、编码。2.3总体结构设计数据采集系统的硬件电路主要以单片机AT80C51为核心，利用串行A/D模数转换TLC2543进行模数转换，实现对十路信号的采集、存储、显示及与PC机通信等功能。主要结构如图所示图2.1 电路结构2.4硬件选择89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATM

10、EL的89C51是一种高效微控制器，2.4.1 单片机89C51图2.2 AT89C512.4.2 TLC2543引脚功能说明如下：AIN0AIN10：模拟输入端，由内部多路器选择。CS：片选端，CS由高到低变化将复位内部计数器，并控制和使能DATA OUT、DATA INPUT和I/O CLOCK。CS由低到高的变化将在一个设置时间内禁止DATA INPUT和I/O CLOCK。DATA INPUT：串行数据输入端，串行数据以MSB为前导并在I/O CLOCK的前4个上升沿移入4位地址，用来选择下一个要转换的模拟输入信号或测试电压，之后I/O CLOCK将余下的几位依次输入。 DATA OU

11、T：A/D转换结果三态输出端，在CS为高时，该引脚处于高阻状态；当CS为低时，该引脚由前一次转换结果的MSB值置成相应的逻辑电平；EOC：转换结束端。在最后的I/O CLOCK下降沿之后，EOC由高电平变为低电平并保持到转换完成及数据准备传输； VCC、GND：电源正端、地； REF、REF：正、负基准电压端。通常REF接VCC，REF接GND。最大输入电压范围取决于两端电压差； I/O CLOCK：时钟输入/输出端。 TLC2543每次转换和数据传送使用16个时钟周期，且在每次传送周期之间插入CS的时序。在TLC2543的CS变低时开始转换和传送过程，I/O CLOCK的前8个上升沿将8个输

12、入数据位键入输入数据寄存器，同时它将前一次转换的数据的其余11位移出DATA OUT端，在I/O CLOCK下降沿时数据变化。当CS为高时， I/O CLOCK和DATA INPUT被禁止，DATA OUT为高阻态。图2.3 TLC25432.4.3 LED显示电路LED显示器集微电子技术、计算机技术、信息处理于一体，以其色彩鲜艳、动态范围广、亮度高、清晰度高、工作电压低、功耗小、寿命长、耐冲击、色彩艳丽和工作稳定可靠等优点，成为最具优势的新一代显示媒体。过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、

13、米字管、矩阵管、电平显示器管等等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按图12排列而成的。可实现09的显示。其具体结构有“反射罩式”、“条形七段式”及“单片集成式多位数字式”等图2.4 4位8段共阴极数码管2.4.4 键盘扫描使用单片机P1口直接输入时的连接图，每个按键独占一条I/O口线，键盘的另一端接地。无键按下时，单片机的输入口线状态为高电平；当某键按下时，该键对应单片机的输入口变为低电平，即可判定按键的位置。图2.5 按键电路 第三章 软硬件设计与硬件调试说明3.1 软件设计与说明多路数据采集系统

14、具有采集、存储、显示等功能。本设计应用TLC2543作为采集系器，并把采集到的电压模拟量转换成数字量。送到单片机AT8051进行处理，可完成显示。以此为基础设计采集一个通道的TLC2543 A/D转换程序，值得注意的是，每次读取的数据是上一次采样的数据，所以第一次读得数据应当丢弃。另外，程序是采用C语言编写。图3.1 程序流程图3.2 硬件调试 图3.2 硬件调试图组采集通道号012实际值（V）53.703.89显示值（V）4.983.693.88表3.1 硬件调试数据对照表 如上表所示电压采集的精度可以达到99%以上。第四章 小结4.1设计小结在这次设计过程中，我通过对题目所要求的目的，功能

15、进行分析，确定了所要用到的硬件及设计的大致思路，之后，通过查找相关资料，对具体功能逐一分模块进行实现，通过C语言进行编写，最终实现了串行A / D转换器多路数据采集及显示系统的设计，使设计作品符合课程要求，而且从数据可以看出本课程设计的采集显示系统由于A/D转换位数的限制存在一定的量化误差。在做实物的时候只用了三路，如需要更多路可以自行拓展。如果为了节省成本A/D模块可以采用AD0809代替TLC2543。注意数码管显示应该接上上拉电阻。第五章 心得5.1心得做了两周的课程设计，对于单片机的实际应用方面让我感受颇深。对于本专业的学生，我深知不进行自主的实践，永远也学不到真东西。在课设刚开始拿到

16、题目觉得挺简单，书上也有类似的程序，有点散漫。但当我真正的去思考开始着手做程序时才发现自己还有好多要去学习。Proteus仿真软件对我来说还是比较陌生的，有很多硬件都找不到，查阅了Proteus相关的入门书籍后才能自如的运用软件。之后便是程序的编写，根据课设任务的要求，写出了程序的一个大概流程，按着程序流程图一步一步的得到了能实现数据输入输出的程序，期间经过了多次调试，修改。最终得到完整的程序，心里还是小有成就感的。问题随之又来，当我将写好的程序进行实物仿真时，和我想的结果完全不同，写入程序的开发板并没有像软件仿真时那样得出期望的结果，最后经过查阅资料将程序、Proteus仿真、硬件的端口一一

17、对应，才得出了争确的结果。最后，感谢学校和老师给我们安排了这次课程设计，让我真正感受到的是合作的重要，许多时候老师的指导中的一句半句启发了我，就出现的让人欣喜的结果；理论知识同样很重要，有些问题都是由于基础知识掌握不好才出现的。总之，要想做好一个硬件，理论知识基础，动手能力也必须过关，二者缺一不可，我会继续努力学习这方面的知识，通过类似课设这种方式锻炼自己，达到学以致用参考文献1 张毅刚单片机原理与应用北京高等教育出版社，2009.72 童诗白等著模拟电子技术基础北京高等教育出版社，2006.53 朱金刚智能电子负载的设计实验技术与管理200623(6)26294 杨振吉 付永杰电子负载的设计

18、计量技术2003(5)24255 张汉屏自制电子负载仪电子制作2010VOL.0628296 丁锐霞新型电子负载的研究北方工业大学2008167 王利军TLC1549串口传输与单片机的AD设计国外电子元器件2007.108 黄志瑛等功率MOSFET在电子负载中的应用科技资讯20089 沈宏 吕强浅谈直流电子负载企业标准化2008 09期10 通用集成电路速查手册11 WWW.21IC.COM.CN芯片查询网站12 WWW.ALLDATASHEET.COM芯片查询网站13 MOTOROLA公司 Simiconductor Technical Data. 199814 C L Chu, J F C

19、hen. Self-load Bank for UPS Testing by Cireulating Current Method.Proc. IEE Elect. Power Applieant.1993.141(4):191一196.15 Ayres C A, Barbi1.A. Family of Converters for Power Recycling during UPSs Burnin TestA .Proc.fIEEE 26th Annual Meeting of Power ElectronicsConferenee，ESCC94.1995:1.486492附录附录一：电路

20、仿真图附录二：作品照片附录三： 程序#include /对P1口定义sbit d1=P16; sbit key1=P17;sbit cs=P12;sbit clk=P13;sbit din=P11;sbit dout=P10;/#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar a,x,y,z,date,temp;uchar conword,qian=1,bai,shi,ge,key; uint dianya,temp1,temp2,temp3;/制做LED显示查询表uchar code table=0x3f,0x06,0x5b,

21、0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f; /共阴极个位数码管段码表uchar code table2=0xbf,0x86,0xdb,0xcf,0xe6,0xed,0xfd,0x87,0xff,0xef; /共阴极十位和小数数码管点显示表uchar code table3=0x04,0x14,0x24,0x34,0x44,0x54,0x64,0x74,0x84,0x94,0xA4;/tcl2543初始化通道号表bit cy;sbit bit7=B7;void display(qian,bai,shi,ge);/宏定义void delay(z);void jp();v

22、oid daout();/主函数void main() a=0;key=0;while(1)daout();/初始化调用jp();/键盘扫描子程序调用display(qian,bai,shi,ge);/显示调用/键盘扫描子程序，九通道切换void jp()/a=1;if(key1=0)/去除按键抖动delay(20);if(key1=0) /通道增 通过按键来选择通道可选范围为0-9a+;if(a=10)a=0;key+;if(key=10)key=0;while(!key1);if(d1=0)delay(20);if(d1=0)/ 通过按键来实现对通道号逆选，即通道递减a-;if(a=-1)a=9;key-;if(key=-1)key=9;while(!d1); qian=a;/延时子程序vo