毕业论文完整版_28705(共26页)

1、 江苏技术师范学院毕业论文（设计） 江苏技术(jsh)师范学院 继续(jx)教育学院 毕业设计(b y sh j)（论文）题目 数据采集系统设计 专业 应用电子技术 姓名 XX 学号 01223002 指导老师 XXX 起讫日期 2014 年 3 月 25日 PAGE 27数据(shj)采集系统设计万学超 【摘要(zhiyo)】数据采集系统是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行(shxng)存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息供显示、记录、打印或描绘的系统。 本设计对数据采集系统作了基本的研究。本系统主要解决的是数据采集。 【关键词】数据采集 A/D转换

2、 模拟量 数字量 目录(ml)摘要(zhiyo) 1引言(ynyn) 4计算机硬件系统概述 51.1计算机硬件系统的组成 51.2I/O系统概述 61.3计算机硬件系统(xtng)的设计内容 71.4计算机硬件系统的设计(shj)原则 7数据(shj)采集技术概述 82.1数据采集系统的结构原理 82.2数据采集系统设计的基本原则 9数据采集系统的硬件设计 113.1系统结构框图 113.2系统工作原理 11数据采集系统的软件设计 184.1汇编和keli c 184.2使用Keil C 时应注意的事项 184.3系统整体程序流程 184.4 系统各个模块流程图 19结论 22致谢 23参考文

3、献 24引言 现如今在生产生活的各个领域，数据采集系统几乎无处不在，凡是有自动监测及控制的地方都会有数据采集系统的身影出现；从简单到复杂，从空中、地面到地下，凡是能想象到的地方都有使用数据采集系统的需求。因此，对本课题的研究有极其广阔的发展前景和巨大的经济价值。数据采集系起始于20世纪50年代，由于数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。了70年代中后期，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线工业现场数据采集系统多采用串行

4、数据总线。随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展。 第一章 计算机硬件系统(xtng)概述计算机硬件是在指令的控制下自动对数字进行操作，并将数字信息与其他形式信息进行相互转换的机器系统，是一个高度复杂的由多种电子线路、精密机械装置等构成的能自动并高速完成数据计算的装置或者工具。本章将简单的介绍一下(yxi)计算机硬件系统的基本组成和设计过程。11 计算机硬件系统(xtng)的组成及结构 原始(yunsh)的冯诺依曼计算机在结构上是以运算器为中心的，而发展(fzhn)到现

5、在，已转向以存储器为中心，图1-1为计算机最基本的组成框图。输入设备辅助存储器输出设备主存储器运算器控制器外设主机CPU图1-1 计算机的组成框图(1) 输入设备输入设备的任务是把人们编好的程序和原始数据送到计算机中去，并且将它们转换成计算机内部所能识别和接受的信息方式。 （2）输出设备输出设备的任务是将计算机的处理结果以人或其他设备所能接受的形式送出计算机。（3）存储器存储器是用来存放程序和数据的部件，它是一个记忆装置，也是计算机能够实现“存储程序控制”的基础。（4）运算器运算器使对信息进行处理和运算的部件。经常进行的运算使算术运算和逻辑运算，所以运算器又称算术逻辑运算部件（Arighmet

6、ic and Logical Unit,ALU）。（5）控制器控制器是整个计算机的指挥中心，它的主要功能是按照人们预选取确定的操作步骤，控制整个计算机的各部件有条不紊(yu tio b wn)的自动工作。12 I/O系统(xtng)概述在以计算机为控制核心的硬件系统中，CPU和存储器一般(ybn)封装在主机中，计算机系统与其他硬件设备信息的传输是通过I/O系统来完成的，因此I/O系统的设计是硬件系统设计的焦点，下面介绍一下I/O系统基本组成和功能。（1）I/O系统的组成主机外设外设识别数据或命令或状态外设识别地址信息数据（串）数据（并）数据（并串）控制联络图1-2 接口与主机、外设间的连接示意

7、图I/O系统包括外部设备(输入输出设备和辅助存储器)及其与主机(CPU和存储器)之间的控制部件。控制部件称之为设备控制器，或设备适配器，I/O模块或接口，其结构如图1-2。（2）I/O模块的功能I/O模块是连接主机（CPU、主存）和外部设备的桥梁，因此它必须有计算机的内接接口和计算机的外接接口。（3）I/O设备的编址为了CPU便于对I/O设备进行寻址和选择，必须给众多的I/O设备进行编址，也就是给每一台设备规定一些地址码，称为设备号或设备代码。I/O接口类型 按照数据传送的宽度可分为并行接口和串行接口。按照数据传送的控制方式可分成程序控制输入输出接口，程序中断输入输出接口和直接存储器存取(DM

8、A)接口等。（5）I/O技术常用的输入输出方式有五种(w zhn)，包括：程序直接控制（编程I/O）、程序(chngx)中断控制（中断驱动I/O）、存储器直接存取（DMA）、通道方式(fngsh)、外围处理机方式。在实际硬件系统设计种，较常用的是程序直接控制方式和中断方式。 13 计算机硬件系统的设计内容计算机硬件系统的设计任务：电路设计、可编程器件的逻辑设计、专用集成电路设计、指令系统设计、计算机系统设计、微程序控制设计、汇编语言程序设计、设备驱动程序设计和系统仿真和调试的测试。总之，凡是实现“操作数字”的任务，以及以上层软件如何调用这些基本操作所涉及的软硬件接口，都是硬件设计的内容。14

9、计算机硬件系统的设计原则计算机硬件系统的设计要遵循两个原则：（1）加快经常性事件即加快发生最频繁、占时间最多的事件。（2）性能平衡原则即CPU、内存、I/O的性能要相互匹配才是一个性能平衡的系统，不平衡就会出现瓶颈。第二章 数据采集技术(jsh)概述 数据采集技术是微型计算机应用(yngyng)技术的重要分支。外部现实对象(广义的外部设备)通过接口和计算机交换信息，在现实对象中信息表现为不同的形式并有明确的物理意义，输入到计算机内部后部变成二进制数，统称为数据。数据经过计算机的加工处理再作用到现实对象，又变成具体的物理信号。上述整个过程部可以看成是数据采集技术涵盖的内容。21 数据采集系统(x

10、tng)的结构原理数据采集系统一般包括模拟信号的输入输出通道和数字信号的输入输出通道。数据采集系统的输入又称为数据的收集；数据采集系统的输出又称为数据的分配。211 数据采集系统的分类数据采集系统的结构形式多种多样，用途和功能也各不相同，常见的分类方法有以下几种：根据数据采集系统的功能分类：数据收集和数据分配；根据数据采集系统适应环境分类：隔离型和非隔离型，集中式和分布式，高速、中速和低速型；根据数据采集系统的控制功能分类：智能化数据采集系统，非智能化数据采集系统；根据模拟信号的性质分类：电压信号和电流信号，高电平信号和低电平信号，单端输入(SE)和差动输入(DE)，单极性和双极性；根据信号通

11、道的结构方式分类：单通道方式，多通道方式。212 数据采集系统的基本功能数据采集系统具有以下几方面的功能:数据采集、模拟信号处理、数字信号处理、开关信号处理、二次数据计算、屏幕显示、数据存储、打印输出、人机联系。213 数据采集系统(xtng)的结构形式 从硬件力向来看，白前数据采集(cij)系统的结构形式主要有两种：一种是微型计算机数据采集系统；另一种是集散型数据采集系统。22 数据采集系统设计(shj)的基本原则 对于不同的采集对象，系统设计的具体要求是不相同的。但是，由于数据采集系统是由硬件和软件两部分组成的，因此，系统设计的一些基本原则是大体相同的2。221 硬件设计的基本原则(1)

12、经济合理系统硬件设计中，一定要注意在满足件能指标的前提下，尽可能地降低价格，以便得到高的性能价格比，这是硬件设计中优先考虑的一个主要因素，也是一个产品争取市场的主要因素之一。(2) 安全可靠选购设备要考虑环境的温度、湿度、压力、振动、粉尘等要求，以保认在规定的下作环境下，系统性能稳定、工作可靠。要有超量程和过载保护，保证输入、输出通道正常工作。要注意对交流市电以及电火花等的隔离。要保证连接件的接触可靠。(3) 足够的抗干扰能力有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。222 软件设计的基本原则(1) 结构合理即程序应该采用结构模块化设计。(2) 操作性能好即操作件能好

13、是指使用方便。(3) 系统应设计一定的检测程序，以便系统发生故障时容易(rngy)确定故障部位，以防止因掉电而丢失数据。(4) 提高(t go)程序的执行速度。(5) 给出必要(byo)的程序说明。第三章 数据采集系统(xtng)的硬件设计31 系统结构框图(kungt)物理模拟量数据采集模块键盘单片机 液晶显示图3-1 系统模块关系图数据采集系统的主要分为以下几个模块：数据采集转换(zhunhun)模块、数据存储模块、键盘控制模块、时钟模块、液晶显示模块、串口通信模块。其中数据采集模块包括AD电压信号量采集和系统工作温度采集。各模块关系图如图3-1。32 系统工作原理图3-2 系统总原理图3

14、21 CPU 处理核心(hxn)模块图3-3 8051芯片管脚图AT89C52是一种高性能低功耗的采用CMOS工艺(gngy)制造的8位微控制器，拥有8KB的可编程的闪存。它提供(tgng)下列标准特征：8K字节的闪速存储器，56字节的RAM，32条I/O线，3个16位定时器/计数器，一个六中断源两个优先级的中断结构，一个双工的串行口，片上震荡器和时钟电路。其管脚图如图3-3所示：引脚说明：VCC：电源电压；GND:地；P0口：P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，作为输出口用时，每个引脚能驱动8个TTL逻辑门电路；P1口：P1口是一带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。P1口的输出缓冲能接受

15、或输出4个TTL逻辑门电路；P2口：P2是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P2口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路。P3口：P3是一带有内部上拉电阻的8位双向的I/O端口。P3口的输出缓冲能驱动4个TTL逻辑门电路；RST:复位输入；ALE/:当访问外部存储器时，地址锁存允许是一输出脉冲，用以锁存地址的低8位字节。当在Flash编程时还可以作为编程脉冲输出（）；：程序存储允许时外部程序存储器的读选通信号；/VPP:外部访问允许；XTAL1：振荡器反相放大器以及内部时钟电路的输入端；XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。本系统(xtng)中，采用AT89C52作为CPU处理器，充分利

16、用其硬件资源，结合74ls373锁存器，7404 、7402、74138等数字处理芯片，连接了各个硬件模块。地址分配如下：ADC0809地址(dzh): 0111 1000 0000 0000B-0111 1111 XXXX XXXXB322 ADC模数转换1. ADC0809 主要(zhyo)特性ADC0809 是双列直插式单片8 位A/D 转换器。分辨率8 位，精度7 位，带8 个模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态数据锁存器。启动信号为脉冲启动方式，最大可调节误差为1LSB，ADC0809 内部设有时钟电路，故CLK 时钟需由外部输入，fclk 允许范围为500kHz1MHz

17、，典型值为640kHz。每通道的转换需6673 个时钟脉冲，大约100110s。工作温度范围为-40+85。功耗为15mW，输入电压范围为05V，单一+5V 电源供电。它可以接与Z80、8085、8080、8031 等CPU 相连，也可以独立使用。2. ADC0809 内部结构和外部引脚ADC0809A/D 转换器，其内部结构如图3-4所示。包括一个高阻抗斩波比较器；一个带有256个电阻分压器的树状开关网络；一个逻辑控制环节和8 位逐次比较寄存器(SAR)；一个8 位三态输出缓冲器。引脚功能介绍如下：图3-4 ADC0809内部结构和外部引脚图 A、 IN0IN8：8 路输入(shr)通道的模

18、拟量输入端，输入；B、 2-12-8：8 位数字(shz)量输出端；2-1 为最低位(LSB)，2-8 为最高位(MSB)，输出(shch)，三态；C、ALE：地址锁存控制信号，输入，上升沿有效。将地址选择信号A、B、C 锁入地址寄存器；D、START：启动A/D 转换控制信号，输入，上升沿有效。当输入一个正脉冲，便立即启动A/D转换，同时使EOC 变为低电平；E、 EOC：A/D 转换结束信号，输出，高电平有效。EOC 由低电平变为高电平，表明本次A/D 转换已经结束；F、OE：输出允许控制信号，输入，高电平有效。OE 由低电平变为高电平，打开三态输出锁存器，将转换的结果输出到数据总线上；G

19、、VREF(-)、VREF(+)：片内D/A 转换器的参考电压输入端。VREF(-)不能为负值，VREF(+)不能高于VCC，且1/2VREF(-)+VREF(+)与1/2VCC 之差不得大于0.1V；H、CLOCK：时钟输入端。500kHz1MHz，典型值为640kHz。I、 A、B、C：8 路模拟开关的3 位地址选通输入端，其对应关系如表3-2 所示。表3-2 8路模拟开关地址(dzh)选通输入端ADC0809 时序(sh x)图如图3-5所示。其中，tWS：最小起动脉(dngmi)宽，典型值为100ns，最大值为200ns；tWE：最小ALE 脉宽，典型值为100ns，最大值为200ns

20、；tD：模拟开关延时，典型值为1s，最大值为2.5s；tC：转换时间，当fclk=640kHz 时，典型值为100s，最大值为116s；tEOC：转换结束延时，最大位8 个时钟周期加2s。本系统采用中断连接的原理图如图3-6。图3-5 ADC0809 时序图图3-6 中断(zhngdun)连接的原理图此时启动A/D转换只需一条MOVX指令(zhlng)。例如： MOV DPTR,#0000H ；送入0809的口地址，选择(xunz)IN0通道 MOVX DPTR,A ；启动转换转换完成后，将会给8051一个中断，此时只要在中断程序中保存数据即可。323 液晶显示流程 本系统的显示部分采用RT1

21、602c字符显示模块，与采用数码管相比，硬件连接和软件调试上都由优势。只要把要显示的内容放进液晶模块的显示存储器里面就可以直观的显示出指定的内容，操作方便。1602采用标准的14脚接口，其中:第1脚：VSS为地电源。第2脚：VDD接5V正电源。第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端。第4脚：RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第5脚：RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。第6脚：E端为使能端，当E端由高电平跳变成

22、低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：D0D7为8位双向数据线。 第1516脚：空脚图3-7 液晶显示原理图该模块(m kui)的硬件原理图如图3-7所示。 1602C的数据(shj)口接单片机的P0口，使能端E接P2.5，液晶的RS端接P2.3，读写端RW接P2.4，这样使用下面的子程序就可以实现写入命令和数据： RS=1; /置1为写入数据(shj)，置0为写入命令RW=0; /读写端置0为写命令，即将命令或数据写入液晶的数据命令寄存器 E=1; / P0=l_data; /把数据赋给P0数据口 E=0; /在使能端下降沿时将数据写入液晶的存储器 delay(); /写的过程要有数个延时

23、第四章 数据采集(cij)系统的软件设计41 汇编(hubin)和keil c汇编语言是一种用文字助记符来表示机器指令的符号语言，是最接近机器码的一种语言。其主要优点是占用资源少、程序执行效率高。但是不同的CPU，其汇编语言可能有所差异，所以不易(b y)移植。C语言是一种编译型程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，并具备汇编语言的功能。KEIL uVISION2 是众多单片机应用开发软件中优秀的软件之一，它支持众多不同公司的MCS51 架构的芯片，它集编辑，编译，仿真等于一体，同时还支持，PLM，汇编和C 语言的程序设计，它的界面和常用的微软VC+的界面相似，界面友好，易学易用，在调试程

24、序，软件仿真方面也有很强大的功能。因此本系统采用KEIL uVISION2进行软件的编写和调试。42 使用(shyng)Keil C 时应注意(zh y)的事项采用(ciyng)短变量已提高代码效率使用无符号类型为什么要使用无符号类型呢，原因是8051不支持符号运算，程序中也不要使用含有带符号变量的外部代码。避免使用浮点指针可以通过提高数值数量级和使用整型运算来消除浮点指针。用局部变量代替全局变量即把变量定义成局部变量比全局变量更有效率。43系统整体程序流程该系统的整体程序流程图如图4-1所示。定时器0初始化外部中断1初始化lcd显示模式初始化更新显示lcd启动定时器0外部中断1开中断Lcd显

25、示初始值扫描按键显示对应按键对应通道的值是否有按键按下是否到0.5 SYNYN图4-1 系统整体程序流程图按照(nzho)系统整体流程图使用keil c 编写系统程序。4.4 系统(xtng)各个模块流程图441 ADC模数转换流程(lichng)ADC模数转换流程流程图如4-2所示。中断响应AD转换通道数=0YAd转换通道数 =8？Ad转换通道数+1中断返回取ad转换数据N4-2 Adc0809中断(zhngdun)处理程序流程图 442 液晶显示模块(m kui)N初始化模块显示方式写入显示寄存器地址写入显示数据等待更新显示内容Y显示更新？图4-3 液晶显示程序流程图对字符显示模块RT16

26、02C的编程较简单，只要(zhyo)先输入命令字，设置其工作方式，然后在将显示数据输入指定的存储器位置即可。流程图如图4-3。 P1=0 xFF ？无键按下？YN返回0443 键盘处理(chl)模块取p1口的值有键按下，返回键值 键盘(jinpn)处理模块子程序流程图444 定时器中断(zhngdun)响应处理程序 中断响应重新赋定时器初值Time_index清0，sec置1，标记0.5S到Time_index= =100？NYTime_index +1Time_index%5=0？N启动AD转换中断返回Y定时器中断响应处理程序结论(jiln)本设计通过采用单片机实现数据的采集.处理.显示.和记录等功能。整个控制系统采用以高性能的单片AT89C52为核心，配以数据采集转换模块、数据存储模块、键盘控制模块、时钟模块、液晶显示模块、串口通信模块，来实现数据采集对软件(run jin)和硬件的要求。通过本次设计让我认识到自己的不足，只有理论联系实践才可以使学问达到学以致用，实践促进理论的