基于单片机的数据采集系统设计
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第二章数据采集
2.1 数据采集系统
数据采集，也被称为数据获取，主要是应用一种设备，从外在环境采集到一些所需要的资源，然后将这些资源送入到系统的内部。目前数据采集技术已广泛应用在各个领域。
在此系统中要进行模数转换即需要把模拟数据转化为数字数据，完成此任务需要的是AD模数转换器，其需要考虑的指标有：转换速率sps、分辨率bit、输入信号范围、电源电压、输出接口、封装、参考源、输入通道、功耗。AT89C52是此系统的最根本的处理系统，它的功能较为强大，任务也比较繁杂主要是读取数据、处理和逻辑控制，传输数据等一些操作。此设计中使用的单片机是AT89C52。主机和从机之间进行通信主要是由MAX232完成，经过一些对比它的串行口使用的是RS-232-C。该系统显示部分选用了生活中比较常见也应用较多的LED数码管来显示数据。实现此论文需用的系统框图如图2.1所示。
二十世纪七十年代后期，因为有了微型机的迅速成长，出现了由采集器仪表和计算机结合起来的数据采集系统。也就在这个阶段，该系统取得了飞快的成长，并且分为工业现场数据采集系统和实验室数据采集系统。
二十世纪九十年代至今，由于集成电路的发展越来越迅速，并且技术也越来越发达，数据采集技术也得到了快速的发展。如今，数据采集技术不仅仅只是科学研究已经在生活工作的各个领域得到了广泛的应用。
随着计算机信息等技术的迅速成长，也使得数据采集技术取得快速成长。目前，数据采集已被广泛应用于就业，通信，智能化和网络化仪器，测绘，勘探，工业控制等领域。数据采集能够降低雇佣成本，简化了工作任务，节约生产成本。
我国也对数据采集系统有了很深的研究和广泛的应用，比如，目前我国正在使用的用于对地震的动态进行观测的TDE-324C型地震数据采集系统，随着科学技术的不断进步，该系统已经发展的更为完善。
本科毕业论文（设计、创作）
题目：基于单片机的数据采集系统设计
学生姓名：学号：0231002007
所在院系：信息与通信技术系专业：电子信息工程
入学时间：2010年9月
导师姓名：职称/学位：讲师/博士
导师所在单位：
完成时间：2014年5月
安徽三联学院教务处制
基于单片机的数据采集系统设计
摘 要：本篇论文讲述了在单片机的基础上的数据采集系统的设计，在此设计过程中需要的硬件很多，但主要是以单片机为核心。单片机的作用有很多，而且能够满足本设计所需要的功能即数据的采集和通信之间的控制。本设计分为软硬件两个模块，其中后者除了上面所提到的单片机以外还有A/D模数转换模块，显示模块，和串行接口等一些模块接口部分。数据采集并且响应主机的命令主要是从机的职能。如果打算通过从机采集到的数据进行模数转换，重要一点是使用模数转换器也就是即将用到的ADC0809(8分辨率的D/A转换集成芯片)将8路被测电压进行模数转换，串行口将转变后的数据传输到上位机，数据的接受，处理和显示都是由上位机负责，所采集的数据利用LED(Light Emitting Diode,即发光二极管)来显示。在该系统中，软件是在设计过程中充当着重要的角色。其中软件部分主要是在KEIL环境下使用我们之前学习过的C语言进行对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序的设计。
在当今社会计算机技术较快成长的情况下，数据采集技术也有了很好的发展。在生产过程中，因为使用该系统采集记录生产过程中所需要的数据，对提高产品质量降低生产成本起到了很大的作用。在专门进行研究过程中，使用该技术能够取得大量的动态信息。无论在什么应用领域，如若应用该技术工作效率和经济效益就能够得到很大的提高。
图2.1系统框图
2.2 方案论证
2.2.1 A/D模数转换的选择
当前利用最多模数转换器的主要有三种类型：（1）逐次逼近式A/D转换器（2）双积分式A/D转换器（3）V/F型A/D转换器[1]。
以上三种类型转换器的性价比的对比下，本论文采用的数模转换器是逐渐逼近式A/D转换器----ADC0809。
2.2.2单片机的选择
虽然到现在为止很多都是采用以计算机为主要的可编程数据采集处理技术，而且在此期间数据采集技术得了飞速的成长。可是这并不会影响本文设计的主题即对以单片机为核心的数据采集系统的发展,单片机所具有的多功能、良好的抗干扰能力、较高的可靠性、灵活性好、易开发等优点,使得以它为基础的数据采集普遍的用于很多场所。
由于以前科学技术水平的有限数据采集系统并没有来自上位机的支持,因此不管想要采用哪种类型的数据存储器,它的容量都是可计算出,因为不得不进行下一次的数据采集不得不对以前的数据进行覆盖刷新,这不会有利于用户分析整体数据,因此不能准确地掌握生产过程的状态。为了帮助工农业的一些场所需要大量数据采集解决这个问题，本论文是使用主从结构的通信方式进行数据采集，具体的步骤是模拟量是由下位机采集,单片机的主要责任是采集八路数据，再回答由主机发送的命令，上位机的主要任务是对接收的数据进行有效处理和清晰的显示，最后主机与从机之间用的串行口连接。因此，用户可以写上所需的计算机程序，并在文件中的数据的有效的查询和分析，这在长期正常运行，检查工业过程是很有帮助的。
关键词：数据采集系统;89C52; ADC0809;MAX232; LED
Design of data acquisition system based on SCM
Abstract：The film tells the paper on the basis of data collected microcontroller collection system design, hardware design process requires a microcontroller core is mainly,connection between analog and digital domains of data acquisition system is an indispensable bridge. In this study, based on the single-chip microcomputer data acquisition is as the center of gravity, so the microcontroller core part of the hardware of this system. In order to realize data acquisition and communication control to choose modular design USES MCU to complete, also includes A/D analog-to-digital conversion module, display module, and serial interface section. Data acquisition and command response of the host is mainly from the machine functions. If want to use data were collected from the machine, modulus conversion, important is to use the measured voltage will be 8 road of adc, modulus conversion, serial port to transmit the data after a switch to PC, data receiving, processing and display are made by PC, data collected by the use of LED to display. The main part of which software is in KEIL environment, using C language for data acquisition system, analog-digital conversion system, the data show that the design of data communications and other procedures.
因为受到了需求的影响，目前世界上最新的机载数据采集系统也出现飞速的成长趋势以用来完善飞行质量和速度满足飞行实验应用的需要。
1.3 该课题研究的主要内容
百度文库如今科学技术的发展，人们对计算机的使用越来越普遍,数据采集检测开始走进了人们的日常生活,在一些监控温度、湿度和压力工业和农业等需要对数据进行采集的场所也开始了比较普遍的应用。工业控制系统的对数据采集的要求较高，所以关键是数据采集。单片机由于功能强大，所以该系统往往是用一些独立的功能来完成整个的测量和控制系统，整个系统都可能受到数据采集性能特征的影响。
Keyword:Data acquisition;AT89C52;ADC0809;MAX232;LED
第一章绪论
1.1 研究背景及其目的意义
二十世纪五十年代就开始出现了数据采集系统。第一次的运用是在美国而且很成功这就使得渐渐地数据采集得到了初步认可，这种系统拥有高速性和一定的灵活性，最重要的是它能够解决传统不能解决的任务。
我们生活中所用到的单片机其实就是一个微型计算机，它也是一种集成电路芯片，此芯片把CPU、RAM、ROM等一些元器件的功能在一块硅片上集中起来并具有非常强大而特殊的功能的健全的系统。AT89C52有其对应的组译和编译软件编译程序，本文是利用KEIL把程序下载到AT89C52内。
本论文所需用到的主要的硬件是单片机而我选择的是AT89C52。
图2.2矩阵式按键接口图
第三章硬件部分
3.1 主机部分
主机部分是该系统的重要组成部分，同时它的任务也比较重，它的主要责任有数据处理和显示，主机与从机的通信采用RS-232-C。主机部分所需的元器件主要是51系列单片机、串行口转换芯片、发光二极管、按键等等。
3.1.1 主机部分原理图设计
本系统主机对从机有一个指令，因此要用到按键，将按键的一个端口接地另一个端口接在单片机的P3.4引脚上，若P3.4为“0”时（0为低电平，1为高电平）时就表明按键按下。主机任务还有将从机采集的数据进行一定程度的采样处理，并通过LED技术使其在数码管上显示出来，此系统中一共用了2个74HC573芯片，其中一个与单片机的P2.7引脚相连接，目的是用于位选；另一个用于段选，是与单片机的P2.6引脚进行连接。AT89C52的P0口的8位数据线和两个锁存器的D0-D7相接，和段选的相接的主要作用是显示LED上的详细数字，和位选的相接主要作用是显示在哪个数码管上。主机和从机之间使用RS-232-C进行串行口主机和从机之间的通信。主机和从机的相连就是使用MAX232，方案设计过程中，主要将单片机的引脚P3.1，P3.2与串行口的引脚11，12连接，将串行口的13，14引脚分别与D9M的3，6引脚相连。其原理图如图3.1所示。
2.2.4 显示部分
平时是我们所接触的二极管最多的就是发光二极管，其又叫做8段发光二极管数码显示器，原因是由于它有7个的作用是显示字符，一个用于显示小数点，共八个数码管。LED的2种显示方式按照科学的划分方法分别为动态扫描显示法和静态扫描显示法。从性价比的角度来考虑，大部分的用户使用是前者。
2.2.5 按键
我们目前使用的键盘是最大和最重要的输入设备，键盘可以把我们需要数据输入到计算机中，然后就可以发出命令到电脑。按键有很多分类其中依据按键的识别方法分类有2种按键：编码按键与非编码按键。非编码键盘只是供应按键开关的矩阵，输入识别的关键，并确定关键代码，以及抖动等功能由软件实现，非编码键盘的硬件电路是非常简单的，能够广泛应用于微型计算机。本设计使用的是矩阵按键，矩阵的按键接口的主要特点：更复杂的电路连接，但增加的I / O端口利用率，更复杂的软件编程。适用于需要使用较多的按键的场所。非编码按键如图2.2所示：
2.2.3 串行口的选择
所谓的串行口是用来作为通信时使用的接口，所以又叫做串行通信接口，国家对电气标准这一方面有着明确的规定，所以它的标准也是按照国家规定的电气标准进行分类的，其中主要包括RS-232-C、RS-422、RS485、USB等等一些。 RS-232-C、RS-422与RS-485标准仅仅对接口的电气特性提出原则要求，并没有触及接外挂程式、电缆或协议[]。本次设计实现主机和从机之间的通信我使用的是RS-232-C接口，它有很多的功能最为主要的功能是充当电平与TTL电平转换的驱动电路。而此接口我选用的转换芯片是MAX232，它是由美信公司设计而成的专门为该串口设计的芯片。
2.1 数据采集系统
数据采集，也被称为数据获取，主要是应用一种设备，从外在环境采集到一些所需要的资源，然后将这些资源送入到系统的内部。目前数据采集技术已广泛应用在各个领域。
在此系统中要进行模数转换即需要把模拟数据转化为数字数据，完成此任务需要的是AD模数转换器，其需要考虑的指标有：转换速率sps、分辨率bit、输入信号范围、电源电压、输出接口、封装、参考源、输入通道、功耗。AT89C52是此系统的最根本的处理系统，它的功能较为强大，任务也比较繁杂主要是读取数据、处理和逻辑控制，传输数据等一些操作。此设计中使用的单片机是AT89C52。主机和从机之间进行通信主要是由MAX232完成，经过一些对比它的串行口使用的是RS-232-C。该系统显示部分选用了生活中比较常见也应用较多的LED数码管来显示数据。实现此论文需用的系统框图如图2.1所示。
二十世纪七十年代后期，因为有了微型机的迅速成长，出现了由采集器仪表和计算机结合起来的数据采集系统。也就在这个阶段，该系统取得了飞快的成长，并且分为工业现场数据采集系统和实验室数据采集系统。
二十世纪九十年代至今，由于集成电路的发展越来越迅速，并且技术也越来越发达，数据采集技术也得到了快速的发展。如今，数据采集技术不仅仅只是科学研究已经在生活工作的各个领域得到了广泛的应用。
随着计算机信息等技术的迅速成长，也使得数据采集技术取得快速成长。目前，数据采集已被广泛应用于就业，通信，智能化和网络化仪器，测绘，勘探，工业控制等领域。数据采集能够降低雇佣成本，简化了工作任务，节约生产成本。
我国也对数据采集系统有了很深的研究和广泛的应用，比如，目前我国正在使用的用于对地震的动态进行观测的TDE-324C型地震数据采集系统，随着科学技术的不断进步，该系统已经发展的更为完善。
本科毕业论文（设计、创作）
题目：基于单片机的数据采集系统设计
学生姓名：学号：0231002007
所在院系：信息与通信技术系专业：电子信息工程
入学时间：2010年9月
导师姓名：职称/学位：讲师/博士
导师所在单位：
完成时间：2014年5月
安徽三联学院教务处制
基于单片机的数据采集系统设计
摘 要：本篇论文讲述了在单片机的基础上的数据采集系统的设计，在此设计过程中需要的硬件很多，但主要是以单片机为核心。单片机的作用有很多，而且能够满足本设计所需要的功能即数据的采集和通信之间的控制。本设计分为软硬件两个模块，其中后者除了上面所提到的单片机以外还有A/D模数转换模块，显示模块，和串行接口等一些模块接口部分。数据采集并且响应主机的命令主要是从机的职能。如果打算通过从机采集到的数据进行模数转换，重要一点是使用模数转换器也就是即将用到的ADC0809(8分辨率的D/A转换集成芯片)将8路被测电压进行模数转换，串行口将转变后的数据传输到上位机，数据的接受，处理和显示都是由上位机负责，所采集的数据利用LED(Light Emitting Diode,即发光二极管)来显示。在该系统中，软件是在设计过程中充当着重要的角色。其中软件部分主要是在KEIL环境下使用我们之前学习过的C语言进行对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序的设计。
在当今社会计算机技术较快成长的情况下，数据采集技术也有了很好的发展。在生产过程中，因为使用该系统采集记录生产过程中所需要的数据，对提高产品质量降低生产成本起到了很大的作用。在专门进行研究过程中，使用该技术能够取得大量的动态信息。无论在什么应用领域，如若应用该技术工作效率和经济效益就能够得到很大的提高。
图2.1系统框图
2.2 方案论证
2.2.1 A/D模数转换的选择
当前利用最多模数转换器的主要有三种类型：（1）逐次逼近式A/D转换器（2）双积分式A/D转换器（3）V/F型A/D转换器[1]。
以上三种类型转换器的性价比的对比下，本论文采用的数模转换器是逐渐逼近式A/D转换器----ADC0809。
2.2.2单片机的选择
虽然到现在为止很多都是采用以计算机为主要的可编程数据采集处理技术，而且在此期间数据采集技术得了飞速的成长。可是这并不会影响本文设计的主题即对以单片机为核心的数据采集系统的发展,单片机所具有的多功能、良好的抗干扰能力、较高的可靠性、灵活性好、易开发等优点,使得以它为基础的数据采集普遍的用于很多场所。
由于以前科学技术水平的有限数据采集系统并没有来自上位机的支持,因此不管想要采用哪种类型的数据存储器,它的容量都是可计算出,因为不得不进行下一次的数据采集不得不对以前的数据进行覆盖刷新,这不会有利于用户分析整体数据,因此不能准确地掌握生产过程的状态。为了帮助工农业的一些场所需要大量数据采集解决这个问题，本论文是使用主从结构的通信方式进行数据采集，具体的步骤是模拟量是由下位机采集,单片机的主要责任是采集八路数据，再回答由主机发送的命令，上位机的主要任务是对接收的数据进行有效处理和清晰的显示，最后主机与从机之间用的串行口连接。因此，用户可以写上所需的计算机程序，并在文件中的数据的有效的查询和分析，这在长期正常运行，检查工业过程是很有帮助的。
关键词：数据采集系统;89C52; ADC0809;MAX232; LED
Design of data acquisition system based on SCM
Abstract：The film tells the paper on the basis of data collected microcontroller collection system design, hardware design process requires a microcontroller core is mainly,connection between analog and digital domains of data acquisition system is an indispensable bridge. In this study, based on the single-chip microcomputer data acquisition is as the center of gravity, so the microcontroller core part of the hardware of this system. In order to realize data acquisition and communication control to choose modular design USES MCU to complete, also includes A/D analog-to-digital conversion module, display module, and serial interface section. Data acquisition and command response of the host is mainly from the machine functions. If want to use data were collected from the machine, modulus conversion, important is to use the measured voltage will be 8 road of adc, modulus conversion, serial port to transmit the data after a switch to PC, data receiving, processing and display are made by PC, data collected by the use of LED to display. The main part of which software is in KEIL environment, using C language for data acquisition system, analog-digital conversion system, the data show that the design of data communications and other procedures.
因为受到了需求的影响，目前世界上最新的机载数据采集系统也出现飞速的成长趋势以用来完善飞行质量和速度满足飞行实验应用的需要。
1.3 该课题研究的主要内容
百度文库如今科学技术的发展，人们对计算机的使用越来越普遍,数据采集检测开始走进了人们的日常生活,在一些监控温度、湿度和压力工业和农业等需要对数据进行采集的场所也开始了比较普遍的应用。工业控制系统的对数据采集的要求较高，所以关键是数据采集。单片机由于功能强大，所以该系统往往是用一些独立的功能来完成整个的测量和控制系统，整个系统都可能受到数据采集性能特征的影响。
Keyword:Data acquisition;AT89C52;ADC0809;MAX232;LED
第一章绪论
1.1 研究背景及其目的意义
二十世纪五十年代就开始出现了数据采集系统。第一次的运用是在美国而且很成功这就使得渐渐地数据采集得到了初步认可，这种系统拥有高速性和一定的灵活性，最重要的是它能够解决传统不能解决的任务。
我们生活中所用到的单片机其实就是一个微型计算机，它也是一种集成电路芯片，此芯片把CPU、RAM、ROM等一些元器件的功能在一块硅片上集中起来并具有非常强大而特殊的功能的健全的系统。AT89C52有其对应的组译和编译软件编译程序，本文是利用KEIL把程序下载到AT89C52内。
本论文所需用到的主要的硬件是单片机而我选择的是AT89C52。
图2.2矩阵式按键接口图
第三章硬件部分
3.1 主机部分
主机部分是该系统的重要组成部分，同时它的任务也比较重，它的主要责任有数据处理和显示，主机与从机的通信采用RS-232-C。主机部分所需的元器件主要是51系列单片机、串行口转换芯片、发光二极管、按键等等。
3.1.1 主机部分原理图设计
本系统主机对从机有一个指令，因此要用到按键，将按键的一个端口接地另一个端口接在单片机的P3.4引脚上，若P3.4为“0”时（0为低电平，1为高电平）时就表明按键按下。主机任务还有将从机采集的数据进行一定程度的采样处理，并通过LED技术使其在数码管上显示出来，此系统中一共用了2个74HC573芯片，其中一个与单片机的P2.7引脚相连接，目的是用于位选；另一个用于段选，是与单片机的P2.6引脚进行连接。AT89C52的P0口的8位数据线和两个锁存器的D0-D7相接，和段选的相接的主要作用是显示LED上的详细数字，和位选的相接主要作用是显示在哪个数码管上。主机和从机之间使用RS-232-C进行串行口主机和从机之间的通信。主机和从机的相连就是使用MAX232，方案设计过程中，主要将单片机的引脚P3.1，P3.2与串行口的引脚11，12连接，将串行口的13，14引脚分别与D9M的3，6引脚相连。其原理图如图3.1所示。
2.2.4 显示部分
平时是我们所接触的二极管最多的就是发光二极管，其又叫做8段发光二极管数码显示器，原因是由于它有7个的作用是显示字符，一个用于显示小数点，共八个数码管。LED的2种显示方式按照科学的划分方法分别为动态扫描显示法和静态扫描显示法。从性价比的角度来考虑，大部分的用户使用是前者。
2.2.5 按键
我们目前使用的键盘是最大和最重要的输入设备，键盘可以把我们需要数据输入到计算机中，然后就可以发出命令到电脑。按键有很多分类其中依据按键的识别方法分类有2种按键：编码按键与非编码按键。非编码键盘只是供应按键开关的矩阵，输入识别的关键，并确定关键代码，以及抖动等功能由软件实现，非编码键盘的硬件电路是非常简单的，能够广泛应用于微型计算机。本设计使用的是矩阵按键，矩阵的按键接口的主要特点：更复杂的电路连接，但增加的I / O端口利用率，更复杂的软件编程。适用于需要使用较多的按键的场所。非编码按键如图2.2所示：
2.2.3 串行口的选择
所谓的串行口是用来作为通信时使用的接口，所以又叫做串行通信接口，国家对电气标准这一方面有着明确的规定，所以它的标准也是按照国家规定的电气标准进行分类的，其中主要包括RS-232-C、RS-422、RS485、USB等等一些。 RS-232-C、RS-422与RS-485标准仅仅对接口的电气特性提出原则要求，并没有触及接外挂程式、电缆或协议[]。本次设计实现主机和从机之间的通信我使用的是RS-232-C接口，它有很多的功能最为主要的功能是充当电平与TTL电平转换的驱动电路。而此接口我选用的转换芯片是MAX232，它是由美信公司设计而成的专门为该串口设计的芯片。