基于单片机的多路数据采集系统毕业设计

1、基于单片机的多通道数据采集系统设计摘要：数据采集系统是模拟域和数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有十分重要的作用。本设计采用单片机AT89 C 52来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括A/D转换模块、显示模块和串行接口部分。该系统负责下位机数据采集和PC应答机指令。 4 测得的电压通过ADC ADC0809进行模数转换，实现采集到的数据到数字的模数转换，转换后的数据通过串口MAX232传送到上位机，上位机负责数据的接收、处理和显示，LED数字显示屏显示采集的结果。部分应用软件用VB编写控制软件，设计了数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通讯等程序。调试后设计了数据采集、模数转换、显

2、示和PC制图功能。关键词：数据采集； AT89C52 ; ADC0809 ; MAX232 ；介绍研究背景及其目的和意义近年来，数据采集及其应用越来越受到重视，数据采集系统也发展迅速，可广泛应用于各个领域。数据采集系统始于 1950 年代。 1956年，美国首先研究了军用测试系统。目标是在测试中不依赖相关测试文件，由不成熟的人员操作，测试任务由测试设备完成。由高速自动控制完成。由于这种数据采集测试系统速度快，具有一定的灵活性，可以满足许多传统方法无法完成的数据采集和测试任务，因此得到了初步认可。 1960年代后期左右，国外已有成套的数据采集设备和系统，多为专用系统。 81970年代后期，随着微

3、型计算机的发展，集采集器、仪器和计算机于一体的数据采集系统诞生了。由于该数据采集系统的优异性能，超越了传统的自动检测仪器和专用数据采集系统，从而取得了惊人的发展。 1970年代以来，数据采集系统在发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工业现场数据采集系统。 81980年代，随着计算机的普及和应用，数据采集系统得到了长足的发展，开始出现通用的数据采集和自动测试系统。现阶段数据采集系统主要有两类，一类是由仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二种由数据采集卡、标准总线和计算机组成，广泛应用于工业领域。 1980年代后期，数

4、据采集发生了巨大变化。工控机、单片机和大规模集成电路相结合，由软件管理，降低了系统成本，减小了体积，功能加倍，大大提高了数据处理能力。加强。 8自1990年代以来，数据采集系统已成功应用于世界技术先进国家的军事、航空航天技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，高性能、高可靠性的单片机数据采集系统（DAS）应运而生。数据采集技术已经成为一种专业技术，在工业领域得到了广泛的应用。现阶段的数据采集系统采用模块化结构。根据不同的应用需求，通过简单的增改模块，结合系统编程，即可对系统进行扩展或修改，快速组成新系统。 8虽然以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向发展迅速，而数据采集

5、系统只需要一张数据采集卡，插入微机的扩展槽，辅以应用软件。 ，可以实现数据采集功能，但这不会影响以单片机为核心的数据采集系统。相比数据采集板的成本和功能限制，单片机具有多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点。多点同时采集可以实现研制了电路结构简单、可靠性高、能满足实际应用要求的数据采集系统。这使得以单片机为核心的数据采集系统在众多领域得到广泛应用。国外研究现状数据采集系统采集传感器输出的模拟信号并将其转换为数字信号，进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它始于 20 世纪中叶。在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，数据采集技术也取得了长足的进步。采集数据信息化是当前社会

6、发展的主流。方向。数据采集应用于各个领域，已应用于石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集等领域。我国数字地震观测系统主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震数据采集系统。近年来，研制成功了具有更大动态范围、更高线性度、更强兼容性、低功耗可靠性的TDE-324C地震数据采集系统。数据采集模拟放大拾波器输出的电信号，然后送到A/D进行数字化。 A/D采用同时采样，采样数据经过DSP数字滤波处理，成为数字地震信号。数据采集系统有24个A/D转换位，采样率为50 HZ 、100 HZ和200 HZ 。 8美国PASCO公司出品的“Science Studio”是将数据采集应用于物理实验的全

7、新系统。它由三部分组成： (1) 传感器：采用先进的传感技术，实时采集技术可以在实时物理实验中采集数据。各物理量的数据； (2)计算机接口：将传感器的数据信号输入计算机，采样率高达250000次/S； (3) 软件：中英文应用软件。 8在需求的推动下，新一代机载数据采集系统也在快速发展，以满足飞行实验应用。例如，爱尔兰ACRA公司2000年研发推出的新一代KAM500机载数据采集系统于2006年问世。系统采用16位（A/D）模数转换，总采样率为500K/ S，同步时间为+/-250ns。可组成多达1000个通道的大容量分布式采集系统。本研究的主要内容数据采集技术是信息科学的重要分支之一，主要研

8、究信息数据的采集、存储、处理和控制。它是在微机等高新技术基础上形成的对传感器信号进行测量和处理的综合应用技术。数据采集也是从一个或多个信号中获取对象信息的过程。随着微机技术的飞速发展和普及，数据采集与监测已成为越来越重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监测温度、湿度和压力的场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节。它通常由一些功能相对独立的单片机系统来实现。作为测控系统不可缺少的组成部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。虽然以微机为核心的可编程数据采集与处理技术作为数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展，适用于通用微机的板级数据采集产品（如IBM PC系列）也大量出现。 . ,

9、组建数据采集系统非常简单，只需一张数据采集卡，插入微机扩展槽，辅以应用软件，即可实现数据采集功能，但这不影响以单片机为核心的数据采集。由于单片机的功能强大、抗干扰能力强、可靠性高、灵活性好、易于开发等优点，基于单片机的数据采集系统已广泛应用于许多领域。传统的基于单片机的数据采集系统没有上位机的支持，无论使用何种数据存储器，其存储容量都是有限的，因此存储的历史数据不得不被覆盖和刷新，这不利于用户的数据处理。因此，不可能准确掌握生产过程的状况。系统采用下位机负责模拟数据的采集，从机负责采集8路数据，并对上位机发出的指令进行响应。上位机，即上位机，负责对接收到的数字量进行处理和显示。 -232 用于

10、通信。这样，用户可以在上位机上编写各种程序，对文件中的数据进行有效的查询和分析，有利于工业过程的长期正常运行和检查。系统采用AT89S52单片机，功能强大，能满足设计要求。方案论证与选择选项一本方案采用AT89C52单片机， ADC0809作为A/D转换器， RS-232C作为串口， LED数码管作为显示部分，按键开关作为通道切换，每个按键连接到单片机的I/O线。单片机，通过线路的查询可以识别各个按键的状态。示意图如图2.1所示。 LINK Visio.Drawing.11 C:UsersStar tonyDesktop文件毕业设计图片方案一.vsd a p f 0 图2.1 方案一示意图选项

11、二本方案硬件电路由AT89C51单片机最小系统、 ADC0809模数转换电路、 HD7279键盘控制及LED显示电路、 RS-232C串行通信电路四部分组成。与第一种方案相比，键盘控制比第一种方案更方便，实现简单。示意图如图2所示。 LINK Visio.Drawing.11 C:UsersStar tonyDesktop文件毕业设计图片方案二.vsd a p f 0 图 2.2 方案二的原理框图计划选择为了节省资源，同时考虑每个设备的性价比，最终选择方案1。 89C51已经被市面上很多新型单片机所取代，所以现阶段采用主流的AT89C52单片机。 ADC0809是一种渐逼式A/D转换器，是一种

12、速度快、精度高、成本低的直接转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。在显示部分，采用动态扫描显示方式，选用性价比更高的LED数码管。在频道选择方面，通过硬件优化避免使用键盘，只需两个按键开关即可实现频道切换。五金零件该系统为上下多通道数据采集系统。下位机由单片机实现，负责数据处理和显示。上位机负责将采集到的数据以坐标的形式动态描绘出来。 RS-232 用于上位机和下位机之间的通讯。该部分由AT89C52、ADC0809、MAX232、LED数显组成。单片机微控制器概述单片机是利用超大规模技术将具有计算能力（如算术运算、逻辑运算、数据传输、中断处理等）的微处理器（CPU）、随机存取数据存储器（

13、RAM）集成在一起的集成电路芯片。 )、随机存取数据存储器(RAM)、读程序存储器(ROM)、输入输出电路(I/O口)，还可包括定时器计数器、串行通信口(SCI)、显示驱动电路(LCD或LED驱动电路)、脉宽调制电路(PWM)、模拟多路复用和A/D转换器等电路集成在单片机中，形成一个最小但完美的计算机系统。这些电路可以在软件的控制下准确、快速地完成程序员指定的任务。总的来说，单片机的特点可以摘要为以下几个方面：集成度高、存储容量大、外扩能力强、控制功能强、电压低、功耗低、性价比高、可靠性高.方面。 9单片机按数据通道的宽度可分为4位、8位、16位和32位单片机。应用领域不同，8位单片机因其强大

14、的功能被广泛应用于工业控制、智能接口、仪器仪表等领域。 8位单片机在中小型应用中仍占据主流地位，代表了单片机的发展方向，在单片机应用领域发挥着越来越大的作用。随着移动通信、网络技术、多媒体技术等高科技产品进入家庭，32位单片机的应用得到了突飞猛进的发展。纵观单片机的发展历程，可以预测单片机的发展趋势：微单片低功耗CMOS3、多品种并存4、可靠性和应用水平越来越高单片机具有微处理器所不具备的功能。可独立完成现代工业控制所需的智能控制功能。这是单片机最大的特点。但是，单片机不同于单板机。在芯片研发出来之前，它只是一个功能极其强大的超大规模集成电路。如果给它一个具体的程序，它就是最小的、最完整的微机

15、控制系统。它与单板计算机或个人计算机有本质的不同。单片机属于芯片级应用，用户需要了解单片机芯片的结构和指令系统，才能兼容其他集成电路应用技术和系统设计。芯片设计应用，使芯片具有特定的智能。 9微控制器最小系统AT89C52 是一款低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K在系统可编程闪存。它采用Atmel的高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品完全兼容命令和引脚。片上闪存内容在系统内对程序存储器进行编程，也适用于传统编程器。 AT89C 52在单芯片上，配备智能8位CPU 和系统内可编程闪存，为许多嵌入式控制应用系统提供高度灵活和超高效的解决方案。 9AT89C52具有以下标

16、准特性： 8k字节Flash 、 256字节RAM 、 32位I/O线、看门狗定时器、 2 个数据指针、三个16位定时器/计数器、一个6向量2级中断结构、全-双工串口、晶振和时钟电路。此外， AT89 C 52可以低至0Hz静态逻辑操作，并支持2种软件可选的省电模式。在空闲模式下， CPU停止工作，内容RAM 、定时器/计数器、串行端口和中断继续工作。在掉电保护模式下， RAM容量被保存，振荡器被冻结，单片机的所有工作都停止，直到下一次中断或硬件复位。 8单片机最小系统如图3.1所示。 LINK Visio.Drawing.11 C:UsersStar tonyDesktop文件毕业设计图片单

17、片机最小系统.vsd a p f 0 图 3.1 AT89C52 最小系统它共有40个引脚，引脚分为四类。有四个电源引脚，用于接入单片机的工作电源。工作电源分为主电源、备用电源和编程电源。还有两个时钟引脚XTAL1、XTAL2。微控制器的输入/输出（IO）引脚也由P0端口、P1端口、P2端口和P3端口的所有引脚组成。最后一个是控制管脚，有四个控制管脚，有的管脚有复位功能。综上所述，单片机的引脚特性为：单片机功能多，管脚少，使得管脚复用的现象更加频繁。单片机有四种总线形式：由P0和P2组成的16位地址总线； P0 被时分复用为 8 位数据总线； ALE、PSEN、RST、EA、P3端口INT0、

18、INT1、T0、T1、WR、RD与P1端口的T2、T2EX组成控制总线；而 P3 端口的 RXD 和 TXD 组成串行通信总线。89C52单片机的主要功能搭配MCS-51 MCU 产品8K字节系统内可编程闪存1000 个擦写周期全静态运行： 0Hz 33Hz3级加密程序存储器32条可编程I/O线三个16位定时器/计数器八个中断源双工UART串行通道低功耗空闲和掉电模式掉电后中断唤醒看门狗定时器双数据指针掉电标识符LED数码管显示简单来说，LED数码显示屏就是由发光二极管组成的。 LED数码显示屏有两种连接方式：(1)共阴接法：将发光二极管的阴极连在一起形成共阴，使用时共阴接地。每个 LED 的

19、阳极都连接到输入端。(2) 共阳极连接。发光二极管的阳极连接在一起形成一个公共阳极。使用时，公共阳极接+5V，每个发光二极管的阴极通过一个电阻连接到输入端。为了显示字符，需要为LED显示屏提供显示段码（或字形码），形成一个七段“8”字，加上一个小数点，共八段。各段码点对应关系如表3.1所示。 9表 3.1 段码对应关系段码D7D6D5D4D3D2D1D0位码段dpGFedCb一个本设计采用四只共阴极数码管作为显示部分。模数转换器 ADC0809在我们测量和控制的信号中，军方不断改变物理量。为了处理这些信号，我们需要将它们转换成数字量。 A/D转换器是将不断变化的模拟量转换为计算机可以接受的数字

20、量。数量。根据模拟量转换为数字量的原理，可分为双积分型、逐次逼近型和并联型A/D转换器三种。而本系统选用ADC0809，下面将详细介绍ADC0809的工作原理。ADC0809 是一款八通道、八位逐次逼近型 A/D 转换器。该芯片采用单5V电源供电，是一款具有锁存功能的8对1模拟开关。选择的模拟通道由C、B、A的编码决定。转换时间为100us。转换误差为 1/2LSB。其引脚排列及其功能，其引脚图如图 3.3 所示。图 3.3 ADC0809 引脚图IN7IN0：八通道模拟输入。ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道地址线。 CBA=000 时输入IN0，CBA=111 时输入IN7。ALE：地

21、址锁存信号。START：转换开始信号，高电平有效。D7D0：数据输出线。三态输出，D7为最高位，D0为最低位。OE：输出使能信号，高电平有效。CLK：时钟信号，最高频率为640KHZ。EOC：转换结束状态信号。上升沿后高电平有效。Vcc：+5V电源。Vref：参考电压。串行通讯 RS-232C计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传输可以采用串行通信和并行通信两种方式。由于串行通信方式具有线路少、成本低的优点，特别是在远距离传输中，避免了多线路特性的不一致性，得到了广泛的应用。在串行通信中，要求通信的双方都采用标准接口，以便不同的设备可以方便地连接起来进行通信。 RS-232-C接口（也称为E

22、IA RS-232-C）是最常用的串行通信接口。它是美国电子工业协会（EIA）于1970年联合贝尔系统公司、调制解调器制造商和计算机终端制造商共同制定的串行通信标准。它的全称是数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的串行二进制数据交换接口技术标准，规定使用25针DB25连接器，连接器的每根引线为信号容量指定了引脚的电平，也指定了各种信号的电平。(1) 接口的信号容量 实际上， RS-232C的25根引线中很多很少使用，计算机与终端的通讯一般只使用3-9根引线。 RS-232C最常用的9条引线的信号容量。见表 3.2表 3.2 RS-232C针号信号名称象征流动的方向功能2致数据TX

23、DDTE-DCEDTE致串行数据3接收数据接收端DTEDCEDTE请求DCE将线路切换到致模式5内容致中旅DTE-DCEDCE告诉DTE线路已开通并准备好致数据6数据设备就绪DSRDTE-DCEDCE准备就绪7信号地信号通用8载波检测DCDDTEDCEDTE准备就绪二十二振铃指示RIDTE-DCE表示 DCE 已连接到线路并且有振铃( 2 )接口的电气特性与RS-232-C中任意一条信号线的电压呈负逻辑关系。即：逻辑“ 1 ” ， - 5 - -15V ；逻辑“ 0 ” + 5- + 15V 。噪声容量为2V。也就是说，要求接收器将低至+3V 的信号识别为逻辑“0”，将高于-3V 的信号识别为

24、逻辑“1”。(3)接口的物理结构 RS-232C接口连接器一般采用DB-25型的25针插头插座，通常插头在DCE端，插座在DTE端。部分设备与PC机连接的RS-232-C接口，由于不使用对方的传输控制信号，只需要“致数据”、“接收数据”和“信号地”三根接口线。所以采用DB-9的9针插座，传输线为屏蔽双绞线。(4) 传输电缆的长度由RS-232C标准规定。当符号失真小于 4% 时，传输电缆长度应为 50 英尺。事实上，这 4% 的符号失真是非常保守的。在实际应用中，大约 99% 的用户在处理符号失真的 10-20% 左右，因此实际使用中的最大距离会远远超过 50 英尺。 3.5 MAX232简介

25、MAX232芯片是Maxim公司专门为计算机的RS-232标准串口设计的接口电路。采用+5v单电源供电，可实现TTL电平与RS-232C电平的相互转换。MAX部分的结构图如图3.4所示图3.4 MAX部分结构图部门结构基本上可以分为三个部分：第一部分是电荷泵电路。它由1、2、3、4、5、6脚和4个电容器组成。功能是产生+12v和-12v两种电源，提供给RS-232串口电平的需要。第二部分是数据转换通道。两个数据通道由引脚 7、8、9、10、11、12、13 和 14 形成。其中，13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。 8脚（R2IN）

26、、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）是第二个数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换为RS-232数据从T1OUT、T2OUT到电脑DB9插头； DB9 插头的RS-232 数据由R1IN、R2IN 输入转换为TTL/CMOS 数据再从R1OUT、R2OUT 输出。第三部分是电源。 15 脚 GND，16 脚 VCC (+5v)。引脚结构图如图3.5所示：图3.5 MAX部分结构图其中，1-6脚（C1+、V+、C1_、C2+、C2-、V-）用于电源电压转换，只要外接相应的电解电容即可； 7-10脚和11-14脚构成两组TTL信号电平和RS-232C信

27、号电平转换电路，对应的引脚可以直接与单片机串口的TTL电平引脚和RS-232C电平相连PC的引脚。软件部分设计软件分为下位机和上位机两部分。下位机用KeilUvision4编写程序，上位机用Visual Basic6.0编写程序。下位机软件部分介绍KeilUvision4Keil 提供完整的开发解决方案，包括 C 编译器、宏程序集、链接器、库管理和强大的仿真器调试器，它们通过集成开发环境 (UVISION) 组合在一起。Keil 具有以下特点：功能齐全的源代码编辑器；设备库用于配置开发工具设置；项目经理用于创建和维护用户项目；集成的MAKE工具可以组装、编译和链接用户嵌入式应用程序；所有开发工

28、具设置均采用对话框形式；真正的 CPU 和外围设备源代码级调试器；高级 GDI (AGDI) 接口用于在目标硬件上进行软件调试，以与 Monitor-51 通信。4.1.2下位机软件设计根据数据采集系统的指标要求，由于系统需要实时显示任意通道的数据采集结果，显示采集到的数据信息后，程序会自动跳转回A/D采样环节进行重复执行。下位机程序流程图如图4.1所示。图 4.1 下位机程序流程图按照图4.1所示的程序流程图，用C语言编译的程序见附录C。单片机AT89C5 2 通过Keil4控制ADC0809实现数据采集和转换程序，对程序进行编译和修改。程序编译成功后，使用STC-ISP软件将程序的.hex

29、文件下载到MCU AT89C52中。 AT89C52控制ADC0809实现数据采集与转换的程序编译界面如图4.2所示。图 4.2下位机程序编译界面从图4.2左下角的英文字母可以看出程序编译成功，生成“final program.hex”文件。通过STC-ISP软件将生成的“final program.hex”下载到AT89C52单片机。将“final program.hex”文件下载到AT89C52的成功界面如图4.3所示。图 4.3 下载成功界面PC软件部分Visual Basic 6.0简介Visual Basic 是Microsoft Corporation开发的Windows应用程序开

30、发工具。视觉- “视觉”是一种开发图形用户界面 ( GUI ) 的方法。英文Visual的意思是“visual” ，“visual Basic”这个名字可能很抽象，但实际上它是最直观的编程方法，之所以叫“visual”，你只需要看VB界面就明白了实际上无需编程即可完成许多步骤。VB中引入了控件的概念。控件在 Windows 中无处不在，例如按钮、文本框等。VB对这些控件进行建模，每个控件都有几个属性来控制控件的外观、工作方法、能够响应用户操作（事件）。这样你就可以随意点击鼠标，就像在画板上一样，一键完成，这在以前的编程语言中是相当复杂的工作。Visual Basic 的特点：可视化编程工具可视

31、化是一种在Windows环境下开发图形用户界面（GUI）的方法，以获得所见即所得（WYSIWYG所见即所得）的效果。集成开发环境。程序的编辑、编译、调试、运行都在同一个环境中进行，无需切换环境。面向对象的编程方法。VB采用面向对象、事件（消息）驱动的编程机制。结构化编程语言。仅使用顺序、选择和循环三种结构来编译程序，开发的程序易于阅读、修改和维护。支持访问各种数据库系统。使用ADO （ Active Database Object ）或数据控件可以访问多种数据库，如Access 、 Oracle 、 DBASE 、 FoxPro 、 Excel 、 Lotus-等1-2-3。主动技术可以嵌入到

32、VB程序中，使VB可以开发集成声音、图像、动画、文字处理、 Web等对象的应用程序。完善的Help在线帮助功能在安装 VB 时安装了 MSDN，则在线帮助很容易获得。VB6.0支持网络环境、分布式环境和Internet环境下的应用程序开发。它提供DHTML （动态HTML ）设计工具，可以设计动态网页。其操作页面如图 4.3 所示。图 4.3 Visual Basic6.0操作界面主窗口应用程序窗口，由标题栏、菜单栏和工具栏组成三种工作模式（标题栏一直显示当前模式）设计模式：创建应用程序的大部分工作都是在设计时完成的。在设计时，您可以设计窗体、绘制控件、编写代码以及使用“属性”窗口来设置或查看

33、属性设置值。运行模式：代码运行且用户可以与应用程序通信的时间段。代码可以查看，但不能更改。中断方式：当程序执行在运行过程中停止时。在中断模式下，用户可以查看每个变量和非属性的当前值，从而知道程序执行是否正常。还可以修改程序代码以检查、调试、重置、单步执行或继续执行程序。表单设计窗口表单设计窗口是屏幕中央的主窗口，可以作为自定义窗口来设计应用程序的界面。用户可以向表单添加控件、图形和图片以创建所需的外观。每个窗口必须有一个窗体名称，默认名称为Form1、Form2、. . .创建表单时。设计窗口如图 4.4 所示。图 4.4 设计窗口代码窗口_在设计模式下，通过双击表单或表单上的任何对象，或通过

34、 Project Explorer 窗口中的 View Code 按钮打开代码编辑器窗口。代码编辑器是用于输入应用程序代码的编辑器。代码窗口如图 4.5 所示。图 4.5 代码窗口属性窗口属性是对象的特征，例如大小、标题或颜色等数据。在Visual Basic6.0设计模式下，属性窗口列出了当前选中的窗体或控件的属性值，用户可以设置这些属性值。属性窗口如图 4.6 所示。图 4.6 属性窗口工具箱窗口该工具箱提供了一组工具，用于在设计时将控件放置在窗体上以生成应用程序的用户界面。系统启动后，屏幕左侧会出现默认的通用工具箱，上面有21个常用的“组件”。工具箱窗口如图 4.7 所示。图 4.7 工

35、具箱窗口电脑软件设计上位机软件的编程主要采用串口通讯和曲线绘制。实时绘图是通过将下位机的数据信息转换并通过串口传输给上位机进行的。下位机采集的数据通过坐标轴动态显示。设计主要使用了1个M somm控件、2个定时器控件、4个文本框控件、1个combo控件、1个图片控件、3个命令控件。主要实现以下功能：串行数据采集；以曲线动态显示数据；显示时间；鼠标点击读数（确定点击位置的水平和垂直坐标）。上位机操作界面如图 4.8 所示。图 4.8 上位机操作界面电路制作与调试电路制作5.1.1电路模拟电路仿真主要通过Proteus软件进行硬件电路的初步设计，可以对各个器件进行合理布局，以验证逻辑是否正确。通过

36、仿真，可以避免因电路错误而烧毁器件，进一步了解软件程序是否编写正确，功能能否实现。仿真步骤如下：( 1 )。安装Proteus 仿真软件。(2)。根据设计布局，绘制电路图，并连接。本设计先画出单片机，再把四位数码管接到单片机，再把ADC0809接到单片机口，再把四个电位器接到ADC0809，再把MAX232接到RS-232C再接连接到微控制器的P3。 0，P3.1端口连接。最后，连接电源线和地线。(3)。仔细检查连接是否正确，各端口的设置是否与程序中的一致，是否接电源和接地。(4)。将生成的 .HEX 文件导入微控制器。(5)。点击PLAY，观察显示和显示结果是否正常。(6)。改变电位器大小和

37、转换通道，再次观察结果是否正常显示。图 5.1 是下位机的电路仿真图。图 5.1 下位机电路仿真软件模拟遇到的第一个问题是在Proteus中点击Play后，四位数码管不显示结果，供电正常，电路连接正确。测试了单片机的I / O输出口电平，发现没有生成.HEX文件，即程序下载到单片机。修改后，问题解决了。软件模拟遇到的第二个问题是，在Proteus中点击Play后，四位数码管的显示结果不正常。经检查，发现下位机程序的显示模块程序中的语句逻辑有问题。当每个数码管先用一个语句熄灭，然后一个一个点亮，显示结果变成一个正常值。软件仿真中遇到的第三个问题是触发开关后采集信号通道没有变化。经检查，发现开关的

38、另一端应接地，不高。修改后可通过开关控制通道。5.1.2硬件电路制作硬件电路制造包括元件的选择、电路的焊接和电路之间的连接。通过Proteus软件进行仿真后，整理、列出、接收、采购电路所需的元器件。之后，开始在焊板上进行电路焊接。焊接好后，用杜邦线连接到对应的引脚，如图。仔细检查电路，确认无误后，开始上电。接通电源后，数码管上显示结果。通过调节电位器的阻值改变电压，观察数码管显示结果是否正常。再次按下按键开关切换频道，然后调整频道的电位器继续观察。下位机硬件物理图如图5.2所示。图 5.2 下位机硬件物理图硬件调试遇到的第一个问题就是上电时数码管显示结果不稳定，一直闪烁。起初认为是软件延迟时间

39、太长。更改延迟值后，数码管仍然闪烁。查资料后发现电流不够，然后在单片机的P0口接一个上拉排除，加大电源的功率。这个问题就解决了。调试遇到的第二个问题是按键开关按下时，电路通道不切换。经检查，发现两个按键开关的一端在焊接电路时接错，没有接单片机的P1.4和P1.5。重新焊接后，功能就实现了。硬件电路调试遇到的第三个问题是，在调试过程中，上电一定时间后，发现数码管显示的数值一直是174，不管是按下开关还是改变电位器的阻值，数码管的显示值不能改变。经检查，发现ADC0809在后续焊接中烧毁。然后重新焊接整个电路，通过先焊接底座，再将芯片插入底座来解决这个问题。硬件调试遇到的第四个问题是，下位机和上位

40、机通过串口连接后，发现下位机采集的数据信息无法上传到上位机。遇到这个问题，首先想到的就是串口电路是否工作正常。将其他完整程序下载到单片机后，再次连接上位机，通过串口调试工具检测。发现数据传输正常，结果正确，所以判断是串口。程序出了点问题。在反复检查下位机程序和查询数据后，重写了一些程序。问题已经解决了。综上所述本设计介绍了一种基于单片机的多路数据采集系统，用于采集4路模拟量并显示采集值。本系统采用ADC0809进行模拟量转换，以ATC89C52单片机为系统核心，控制ADC0809将采集到的数据致给上位机。转换后的数值通过四位共负数码管显示，采集过程中模拟量的变化由上位机动态显示，并通过与通道的

41、切换以坐标的形式绘制。本次设计虽然基本完成了设计目标，但仍存在不足。主要表现是显示不够稳定，有时数值跳变，这是杜邦线和排针连接松动造成的。这种情况如果使用PCB板就可以解决，复杂的引脚连接在经过板子的时候会被拉入电路中。信号采集的形式有些简单。如果其他三个通道可以用来采集温度、湿度和光强信号，则系统的实用性会有所提高。传感器和其他设备可用于收集不同的信号形式。至对人民来说：日期：2013 年 6 月 4 日参考1郭天祥. 51单片机c程序教程M .：电子工业， 2009 。 2 建中单片机原理与应用（第二版） M .：电子科技大学，2008. 3 谭浩强 C语言设计（第三版） M .：清华大学

42、。4佟世白，华承英模拟电子技术基础M.：高等教育，20005 严杰单片机原理及其接口技术M.：机械工业，2010.6迈克尔霍尔沃森。 Visual Basic 2010入门到精通M.李平，唐永涛，丹阳。：清华大学，2011。7叶洪海，李敏.基于单片机的多通道数据采集系统设计与实现J.大学学报，2008 年，4:1。8 王林，商周，王学伟数据采集的发展与应用J电测与仪表，2004，464：1。9 刚，祚祚，朱洁斌单片机原理与应用M.：大学，2006.附录 A 英文原著数据采集：简介布鲁克斯顿公司这是对数字数据采集硬件的非正式介绍。它主要针对协助选择适当的硬件以使用 Acquire 程序进行记录。

43、概述原则上，数据采集硬件非常简单。 A/D 转换器将表示模拟信号的一系列值传递给采集程序。在实践中，数据采集硬件的选择和正确使用更为复杂。本文档提供了对该主题的非正式介绍。.许多示例取自膜片钳记录。该技术需要准确采集音频范围内（高达 10kHz）带宽的低电平信号（皮安）。背景数据采集系统将来自传感器的信号转换成一系列数字值。传感器连接到放大器，放大器将信号转换为电势。放大器依次连接到包含 A/D 转换器的数字化仪。数字化仪产生代表信号的一系列值。信号源大多数要数字化的信号源是一个传感器，它连接到具有适当信号调节功能的放大器。放大器提供电信号。然后使用 A/D 转换器将该信号数字化。对于膜片钳记

44、录，传感器是充满溶液的移液器。移液器连接到膜片钳放大器，将移液器上的电压或通过移液器的电流转换为高电平信号。按照惯例，膜片钳放大器的满量程输出范围为 10V，与普通仪器质量数字化仪的范围相匹配。数字化仪数字转换器将一个或多个模拟信号通道转换为一系列相应的数字值。数字化仪的核心是 A/D 转换器，它是一种对模拟信号进行采样并将样本转换为数字值的设备。例如，对于单个离子通道的记录，数字化仪可能每 50 毫秒确定一次膜片钳放大器的输出，并将结果值提供给计算机。抽样定理数据采集的目的是分析数字形式的模拟信号。为此，数字化仪产生的值序列必须代表原始模拟信号。采样定理表明情况就是如此。采样定理表明，只要采

45、样频率不小于信号带宽的两倍，就可以从以均匀间隔采集的样本序列重建模拟信号。例如，假设信号包含从 DC (0Hz) 到 10kHz 的频率。该信号必须以至少 20kHz 的速率进行采样才能正确重构。实际上，采样率应该是感兴趣的最高频率的最小采样率的几倍。例如，要解析一个 10kHz 的信号，需要至少 20kHz 的采样率，但在实践中应该使用 50kHz 或更高的采样率。控制大部分讨论是关于计算机模拟信号的数字化。在许多情况下，计算机也会产生模拟控制信号。例如，在涉及电压门控离子通道的膜片钳实验中，计算机经常用于产生电刺激以激活通道。这些控制信号是使用 D/A（数模）转换器产生的。从传感器到信号许

46、多信号源由传感器和放大器组成。放大器将传感器的输出转换为要数字化的信号。前置放大器许多仪表系统都配备了一个尽可能靠近传感器的前置放大器。一个单独的放大器将前置放大器输出转换为高电平信号。将前置放大器放置在靠近传感器的位置，通过内容信号在通过电缆致之前被放大来降低噪声。由于传感器附近的物理空间有限，前置放大器尽可能小，大部分电子设备位于放大器中。例如，在膜片钳设置中，传感器是充满溶液的移液管，前置放大器是头部，放大器是膜片钳放大器本身。信号调理许多传感器传递的信号必须经过转换才能被数字化。例如，可以使用微电极移液器测量电流，而数字化仪测量电位（电压）。膜片钳放大器提供电流-电压放大，通常以 mV

47、 输出/pA 输入为单位。传感器信号的这种转换称为信号调节。信号调理可能更复杂。来自非线性传感器的输入信号可以转换为与被测量呈线性关系的电压，可以对温度等二阶效应进行补偿，或者可以将频移等间接效应转换为电压。集成数字化仪随着 A/D 转换器成本的下降，数字化功能可以转移到放大器中。例如，HEKA elektronik EPC-9 膜片钳放大器包含内置数字化单元（Instrutech ITC-16）。将数字化仪集成到放大器中可以显着降低数字化信号中的总噪声，因为模拟信号不通过电缆从放大器传输到外部数字化仪。在将模拟放大器与带有内置数字转换器的放大器进行比较时，请注意仪器规格。在放大器外壳中包含数

48、字电子设备可能会增加噪声，而数字化仪本身可能会给信号增加噪声。然而，数字化信号中的总噪声可能比使用外部数字转换器时要小得多。将带有集成数字转换器的放大器与模拟放大器和外部数字转换器的组合进行比较。将数字化仪集成到放大器中的一个主要优点是放大器设计人员可以轻松地包含计算机控制功能。连接到这种放大器的数据采集程序可以提供集成的用户界面，从而简化操作。此外，采集程序可以记录所有放大器设置，简化数据分析。从信号到样本数字化仪由一个 A/D（模拟到数字）转换器组成，该转换器对模拟输入信号进行采样并将其转换为数字值序列。别名采样定理指出，为了能够重构信号，采样率必须至少是信号带宽的两倍。如果信号包含频率高

49、于采样频率一半的分量会发生什么？采样率一半以上的频率分量在采样数据中以较低的频率出现。采样信号的表观频率是采样率的一半的实际频率模数。例如，如果以 50kHz 采样 26kHz 信号，则在采样数据中它似乎是 1kHz 信号。这种效应称为混叠。抗锯齿滤镜如果要数字化的信号具有频率大于一半采样频率的分量，则需要使用抗混叠滤波器来降低信号带宽。抗混叠滤波器必须截断高于采样频率一半的信号分量。大多数信号源本质上是带限的，因此在实践中通常不需要抗混叠滤波器。但是，某些信号源会产生必须通过抗混叠滤波器去除的宽带噪声。例如，膜片钳放大器具有内置的抗混叠滤波器。用于膜片钳记录的移液器固有地过滤高于 1kHz

50、范围内的低频的信号。只有通过提高信号的高频分量来补偿移液器的频率响应，才能实现膜片钳放大器的良好高频响应。这会产生显着的高频噪声。膜片钳放大器提供了一个滤波器来消除这种噪声。集成转换器混叠的讨论假设瞬时采样。A/D 产生的输出值代表瞬时模拟信号幅度。这种采样 A/D 转换器最常用于仪器仪表。一些 A/D 转换器采用积分转换技术。这种数字化仪产生的输出值表示模拟信号幅度在采样间隔上的积分。这种转换器消除了混叠。它们可以被视为包含一个内置的抗混叠滤波器。集成转换器很少用于高速控制应用。实现高速积分转换器的最常用技术会导致模拟样本与相应数字化仪输出值之间的许多样本间隔延迟。如果在控制系统中使用数字化

51、仪，这种延迟会在闭环响应中在高频处引入相当大的相移。解析度通常，数字化仪为计算机提供固定长度的二进制数。例如，Axon Instruments Digidata 1200A 产生 12 位数字，而 Instrutech Corporation ITC-16 产生 16 位数字。每个值的长度称为设备的分辨率，以位为单位。分辨率可以转换为绝对输入电平。大多数数字化仪从零测量高达约 10V 的摆幅，总范围为 20V。一个 12 位值的分辨率为 4096 的 1 分之一，因此 12 位数字化仪的分辨率为 20V 除以 4096，或约 5mV。这表示为一个计数（或一个最低有效位，或 LSB）的变化代表

52、5mV。由于模拟仪器很少有明显超过 0.1% 的精度，因此在数字化仪中 10 或 11 位分辨率似乎就足够了。但是，由于输入信号通常不使用整个输入范围，因此需要额外的分辨率。例如，即使仪表放大器增益已调整为产生 20V 范围的输入信号，2V 范围内的信号的小分量也可能感兴趣。20V 范围内 2V 信号的 0.1% 分辨率需要至少 13 位的分辨率。准确性有几个规格用于表示数字化仪的精度。绝对精度表示生成的数字值代表模拟输入的精确程度。例如，数字化仪的绝对精度可能为 4096 中的 1part。这也可以通过说数字化仪具有 12 位的绝对精度来表示。相对精度表示数字化仪测量两个模拟输入值之间差异的

53、精确度。这通常比绝对精度更令人感兴趣。噪声规格表示数字化仪输出在模拟输入不变的情况下会有多少变化。这通常表示为位数。例如，带有两位噪声的 16 位数字化仪将有效地产生与 14 位数字化仪相同的结果。数字化仪的精度随其最大采样率而变化很大。数字化仪越精确，速度越慢。阅读数字化仪规格时要小心。在某些情况下，制造商会发布用于数字化仪的 A/D 转换器的规格作为整个数字化仪的规格。但是，数字化仪的准确度可能要低得多。数字化仪可能包括降低精度的必要组件，例如放大器和电压基准。此外，A/D 规范仅适用于转换器数据表中描述的特定条件。在数字化仪中，这些条件可能不适用。从样品到计算机一旦数据被数字化，它必须被

54、传输到计算机上。通常数字化仪是作为计算机插件板构建的，因此通过计算机总线进行传输。用于高速测量的数字化仪可以以高速和恒定的速率将数据输入计算机。例如，在一个通道上以 100k 样本/秒运行的数字化仪通常会连续产生 200k 字节/秒的数据。这是一个大数据流。许多数据采集的连续性需要某种缓冲。例如，如果计算机停止 30 毫秒以将数据写入磁盘或更新显示器，则将累积 6000 字节的数据。数据必须存储在某个地方，否则会丢失。数据传输：DMAAxon Instruments Digidata 1200 使用 DMA（直接内存访问）将数据传输到主机的内存。无论主机中的活动如何，DMA 传输都会继续进行。

55、DMA 传输在连续采集过程中遇到问题。问题是 PC 主板上使用的 DMA 控制器只能将数据传输到连续的内存块。但是，Microsoft Windows 95 和 Windows NT 使用 4K 字节页面分配内存。数据采集程序可能有一个很大的缓冲区，但缓冲区会分散在物理内存中的 4K 字节页面。DMA 控制器一次只能传输一页。处理完一页后，它会中断主机。然后，数字化仪的设备驱动程序必须为下一页重新加载 DMA 控制器。通常这些周期性中断不是问题。例如，即使在 Digidata1200 的全 330kHz 速率下，每 6ms 才填充一个 4K 页面。驱动程序中的中断处理在快速处理器上可能需要 5

56、0us。处理器的时间不到 1% 用于处理中断。但是，在 Microsoft Windows NT 等多任务操作系统下会出现问题，因为可以同时进行许多其他活动。如果另一个设备驱动程序正在执行处理并暂时锁定了中断，则数字化仪设备驱动程序可能必须等待为 DMA 控制器提供服务。为了解决这个问题，Axon Instruments 将 Digidata 中的缓冲存储器从 Digidata 1200 中的 2K 样本增加到 1200A 和 1200B 中的 8K 样本。这种增加使该单元即使在 330kHz 下也可以缓冲长达 24ms 的数据，从而避免出现问题。数据传输：缓冲区Instrutech Corp

57、oration ITC-16 和 ITC-18 不使用 DMA。相反，他们使用一个大缓冲区来保存数据，直到它可以被主机处理。然后数据通过编程 I/O 传输到主机。也就是说，设备驱动程序执行传输。在当前的计算机上，编程 I/O 的效率与 DMA 差不多。这些计算机的性能通常受到内存系统的限制。因此，即使在没有主机干预的情况下发生 DMA 传输，传输也会占用内存，从而有效地停止处理器。Instrutech 数字化仪不向主机提供中断。相反，主机会定期轮询设备以获取数据。这种轮询由应用程序定期执行（即 HEKA Pulse 或 Bruxton Corporation 收购。由于轮询可能不频繁，因此数字

58、化仪需要一个大的缓冲区。例如，如果一个程序只能每 100ms 轮询一次数字化仪，则数字化仪必须有一个 20000采样存储器以 200kHz 运行。Instrutech ITC-16 具有 16k 采样 FIFO。Instrutech ITC-18 可提供 256k 采样 FIFO 或 1M 采样 FIFO。数据传输：PCI 总线控制一些 PCI 总线数据采集板可以使用总线控制将数据直接写入主机的内存。总线主控数据传输不使用主板DMA控制器，因此可以潜在地支持直接写入由不连续的4K页面组成的缓冲区。在未来，总线主控设计可能会变得流行。熟悉计算机系统设计的人会注意到PCI总线主控传输实际上是直接内

59、存访问 (DMA) 传输。在 PC 系统上，由于历史原因，术语 DMA 是指使用内置于主板的 DMA 控制器。数据传输：输出到目前为止的讨论集中在获取数据的数据传输上。如果数字化仪用于同步刺激或控制，则会出现与采集数据相同的数据传输问题。事实上，总数据速率加倍。例如，以 100kHz 采样率在一个通道上进行激励/响应测量。计算机以 100kHz 接收采集的数据。同时，计算机必须将激励波形传送到数字化仪在 100kHz。全数据速率 200kHz。Axon Instruments 和 Instrutech 数字化仪对输入和输出进行对称处理。输出缓冲区与输入缓冲区大小相同，并使用相同的数据传输技术。

60、测量精度以下部分讨论影响动态测量精度的问题。相声大多数数字化仪从多个模拟输入通道录制，通常支持 8 或 16 个输入通道。一个重要的规范是输入通道之间的串扰，即来自一个通道的输入信号出现在另一个通道上的量。串扰是一个问题，因为许多数字转换器使用单个模数转换器和一个称为多路复用器的开关来在输入通道之间进行选择。多路复用器本身就是串扰的来源。即使开关打开，开关输入和多路复用器输出之间的电容耦合也会产生与频率相关的串扰。即使未选择高频输入信号，它们也会耦合到多路复用器输出。要测量这种串扰，请将模拟输入接地并从中采样。同时，将高频信号连接到其他输入通道。注意出现在接地输入端的高频信号的幅度。这就是串扰