數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)doc

課程設(shè)計(論文)信息工程學(xué)院系（院）電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計（論文）題目數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)學(xué)生姓名班級電子信息工程學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期2014年6月17日*****大學(xué)課程設(shè)計（論文）任務(wù)書一、課程設(shè)計(論文)題目數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求設(shè)計一個通用性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以便得到所需要的結(jié)果，為生產(chǎn)管理和過程控制服務(wù)。功能要求：1．能對被測電壓信號實現(xiàn)煤電單次采集或多次采集，采集速度每秒數(shù)次；。2．檢測結(jié)果在4位LED顯示器上顯示出來。3.采集方式由按鍵選擇。設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間6月9日查找設(shè)計資料，畫出原理電路框圖；6月10日—6月11日完成硬件電路的具體設(shè)計；6月12日—6月13日完成軟件程序的設(shè)計和編寫；6月14日—6月15日電路仿真；6月16日—6月18日電路制作，調(diào)試，修改，完善；6月19日—6月20日撰寫設(shè)計報告。要參考資料［1］、李朝青，單片機原理及接口技術(shù)[M].第3版.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.［2］、張齊.單片機原理與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.［3］、曹天漢等.單片機原理與接口技術(shù)[M].第2版.北京：電子工業(yè)出版社，2006.［4］、宋家友.集成電子線路設(shè)計手冊[M].福建科技出版社出版，2000.［5］、張友德等編.單片微型機原理、應(yīng)用與試驗[M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社出版，2007.系專業(yè)班學(xué)生：日期：自2014年6月9日至2014年6月20日指導(dǎo)教師：老師助理指導(dǎo)教師(并指出所負責(zé)的部分)：教研室：教研室主任：注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的課程設(shè)計說明書首頁。摘要本文對于一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行了初步的研究，該多路采集系統(tǒng)能對多路模擬信號進行采集和處理。數(shù)據(jù)采集與通信控制采用了模塊化的設(shè)計，以單片機AT80C51為核心，利用串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC2543進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對十路信號的采集、存儲、顯示及與PC機通信等功能。軟件部分應(yīng)用C語言編寫控制軟件，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)通信等程序進行了設(shè)計。

關(guān)鍵詞：AT8051TLC2543C語言控制軟件AD模數(shù)轉(zhuǎn)換

目錄HYPERLINK摘要 4HYPERLINK第一章 引言 6HYPERLINK1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本概況 6HYPERLINK1.1.1發(fā)展背景 6HYPERLINK1.1.2國內(nèi)外研究進展 6HYPERLINK1.2課題內(nèi)容要求 7HYPERLINK第二章 數(shù)據(jù)采集 8HYPERLINK2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 8HYPERLINK2.2A/D相關(guān)知識 8HYPERLINK2.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 8HYPERLINK2.4硬件選擇 9HYPERLINK2.4.1單片機89C51 9HYPERLINK2.4.2TLC2543引腳功能 10HYPERLINK2.4.3LED顯示電路 11HYPERLINK2.4.4鍵盤掃描 12HYPERLINK第三章軟硬件設(shè)計與硬件調(diào)試說明 13HYPERLINK3.1軟件設(shè)計與說明 13HYPERLINK3.2硬件調(diào)試 14HYPERLINK第四章小結(jié) 15HYPERLINK4.1設(shè)計小結(jié) 15HYPERLINK第五章心得 16HYPERLINK5.1心得 16HYPERLINK參考文獻 17HYPERLINK附錄 18HYPERLINK附錄一：電路仿真圖 18HYPERLINK附錄二：作品照片 19附錄三：程序20引言1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本概況1.1.1背景隨著科學(xué)技術(shù)的進步，人們越來越多地用計算機來實現(xiàn)控制系統(tǒng)，因此，充分理解計算機控制系統(tǒng)是十分重要的。計算機控制系統(tǒng)的工作原理可歸納為以下三個步驟：1.實時數(shù)據(jù)采集：對來自測量變送裝置已的被控量的瞬時值進行檢測和輸入。2.實時控制決策：對采集到的被控量進行分析和處理，并按已定的控制規(guī)律，決定將要采取的控制行為。3.實時控制輸出：根據(jù)控制決策，適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號，完成控制任務(wù)。工業(yè)控制機包括硬件和軟件兩部分：硬件包括主機板、內(nèi)部總線和外部總線、人-機接口、系統(tǒng)支持板、磁盤系統(tǒng)、通信接口、輸入輸出通道。軟件包括系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。本系統(tǒng)設(shè)計一個單片機系統(tǒng)，負責(zé)數(shù)據(jù)的采集和顯示，設(shè)計一個多路數(shù)據(jù)輸入輸出系統(tǒng)，實現(xiàn)8路輸入和輸出。采用89C51系列單片機、ADC0809、LED數(shù)碼管等芯片實現(xiàn)硬件仿真，采用匯編語言。最后硬件電路在Proteaus下仿真實現(xiàn)1.1.2國內(nèi)外研究進展數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。它起始于20世紀中期，在過去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長足的進步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學(xué)實驗、飛機飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。受需求牽引，新一代機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應(yīng)用也在快速地發(fā)展。如愛爾蘭ACRA公司2000年研發(fā)推出的新一代KAM500機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了2006年。本系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達500K/S,同步時間為+/-250ns，可以利用方式組成高達1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。1.2課題內(nèi)容要求設(shè)計一個通用性的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，以便得到所需要的結(jié)果，為生產(chǎn)管理和過程控制服務(wù)。功能要求：1．能對被測電壓信號實現(xiàn)煤電單次采集或多次采集，采集速度每秒數(shù)次；。2．檢測結(jié)果在4位LED顯示器上顯示出來。3.采集方式由按鍵選擇。數(shù)據(jù)采集2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)輸入通道、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出及顯示這五部分組成。輸入通道要實現(xiàn)對被測對象的檢測，采樣和信號檢測等工作。數(shù)據(jù)存儲與管理要用存儲器把采集到的信息存儲起來，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫并進行管理與調(diào)用。數(shù)據(jù)處理就是從采集到的信息中刪除有關(guān)干擾，與無關(guān)信息。對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析便于檢索。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问捷敵雠c顯示。2.2A/D相關(guān)知識按基本原理及特點可分為：積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、Σ-Δ調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。主要的技術(shù)指標(biāo)：分辯率，轉(zhuǎn)換速率，量化誤差，偏移誤差，滿刻度誤，差線性度等電壓頻率轉(zhuǎn)換法A/D轉(zhuǎn)換四步驟：采樣、保持、量化、編碼。2.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路主要以單片機AT80C51為核心，利用串行A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換TLC2543進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)對十路信號的采集、存儲、顯示及與PC機通信等功能。主要結(jié)構(gòu)如圖所示圖2.1電路結(jié)構(gòu)2.4硬件選擇89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，2.4.1單片機89C51圖2.2AT89C512.4.2TLC2543引腳功能說明如下：AIN0～AIN10：模擬輸入端，由內(nèi)部多路器選擇。CS：片選端，CS由高到低變化將復(fù)位內(nèi)部計數(shù)器，并控制和使能DATAOUT、DATAINPUT和I/OCLOCK。CS由低到高的變化將在一個設(shè)置時間內(nèi)禁止DATAINPUT和I/OCLOCK。DATAINPUT：串行數(shù)據(jù)輸入端，串行數(shù)據(jù)以MSB為前導(dǎo)并在I/OCLOCK的前4個上升沿移入4位地址，用來選擇下一個要轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號或測試電壓，之后I/OCLOCK將余下的幾位依次輸入。

DATAOUT：A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果三態(tài)輸出端，在CS為高時，該引腳處于高阻狀態(tài)；當(dāng)CS為低時，該引腳由前一次轉(zhuǎn)換結(jié)果的MSB值置成相應(yīng)的邏輯電平；EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束端。在最后的I/OCLOCK下降沿之后，EOC由高電平變?yōu)榈碗娖讲⒈３值睫D(zhuǎn)換完成及數(shù)據(jù)準備傳輸；

VCC、GND：電源正端、地；

REF＋、REF－：正、負基準電壓端。通常REF＋接VCC，REF－接GND。最大輸入電壓范圍取決于兩端電壓差；

I/OCLOCK：時鐘輸入/輸出端。

TLC2543每次轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送使用16個時鐘周期，且在每次傳送周期之間插入CS的時序。在TLC2543的CS變低時開始轉(zhuǎn)換和傳送過程，I/OCLOCK的前8個上升沿將8個輸入數(shù)據(jù)位鍵入輸入數(shù)據(jù)寄存器，同時它將前一次轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的其余11位移出DATAOUT端，在I/OCLOCK下降沿時數(shù)據(jù)變化。當(dāng)CS為高時，I/OCLOCK和DATAINPUT被禁止，DATAOUT為高阻態(tài)。圖2.3TLC25432.4.3LED顯示電路LED顯示器集微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理于一體，以其色彩鮮艷、動態(tài)范圍廣、亮度高、清晰度高、工作電壓低、功耗小、壽命長、耐沖擊、色彩艷麗和工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，成為最具優(yōu)勢的新一代顯示媒體。過發(fā)光二極管芯片的適當(dāng)連接（包括串聯(lián)和并聯(lián)）和適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)結(jié)構(gòu)。可構(gòu)成發(fā)光顯示器的發(fā)光段或發(fā)光點。由這些發(fā)光段或發(fā)光點可以組成數(shù)碼管、符號管、米字管、矩陣管、電平顯示器管等等。通常把數(shù)碼管、符號管、米字管共稱筆畫顯示器，而把筆畫顯示器和矩陣管統(tǒng)稱為字符顯示器?；镜陌雽?dǎo)體數(shù)碼管是由七個條狀發(fā)光二極管芯片按圖12排列而成的。可實現(xiàn)0～9的顯示。其具體結(jié)構(gòu)有“反射罩式”、“條形七段式”及“單片集成式多位數(shù)字式”等圖2.44位8段共陰極數(shù)碼管2.4.4鍵盤掃描使用單片機P1口直接輸入時的連接圖，每個按鍵獨占一條I/O口線，鍵盤的另一端接地。無鍵按下時，單片機的輸入口線狀態(tài)為高電平；當(dāng)某鍵按下時，該鍵對應(yīng)單片機的輸入口變?yōu)榈碗娖?，即可判定按鍵的位置。圖2.5按鍵電路第三章軟硬件設(shè)計與硬件調(diào)試說明3.1軟件設(shè)計與說明多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有采集、存儲、顯示等功能。本設(shè)計應(yīng)用TLC2543作為采集系器，并把采集到的電壓模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。送到單片機AT8051進行處理，可完成顯示。以此為基礎(chǔ)設(shè)計采集一個通道的TLC2543A/D轉(zhuǎn)換程序，值得注意的是，每次讀取的數(shù)據(jù)是上一次采樣的數(shù)據(jù)，所以第一次讀得數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)丟棄。另外，程序是采用C語言編寫。圖3.1程序流程圖3.2硬件調(diào)試圖3.2硬件調(diào)試圖組采集通道號012實際值（V）53.703.89顯示值（V）4.983.693.88表3.1硬件調(diào)試數(shù)據(jù)對照表如上表所示電壓采集的精度可以達到99%以上。第四章小結(jié)4.1設(shè)計小結(jié)在這次設(shè)計過程中，我通過對題目所要求的目的，功能進行分析，確定了所要用到的硬件及設(shè)計的大致思路，之后，通過查找相關(guān)資料，對具體功能逐一分模塊進行實現(xiàn)，通過C語言進行編寫，最終實現(xiàn)了串行A/D轉(zhuǎn)換器多路數(shù)據(jù)采集及顯示系統(tǒng)的設(shè)計，使設(shè)計作品符合課程要求，而且從數(shù)據(jù)可以看出本課程設(shè)計的采集顯示系統(tǒng)由于A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)的限制存在一定的量化誤差。在做實物的時候只用了三路，如需要更多路可以自行拓展。如果為了節(jié)省成本A/D模塊可以采用AD0809代替TLC2543。注意數(shù)碼管顯示應(yīng)該接上上拉電阻。第五章心得5.1心得做了兩周的課程設(shè)計，對于單片機的實際應(yīng)用方面讓我感受頗深。對于本專業(yè)的學(xué)生，我深知不進行自主的實踐，永遠也學(xué)不到真東西。在課設(shè)剛開始拿到題目覺得挺簡單，書上也有類似的程序，有點散漫。但當(dāng)我真正的去思考開始著手做程序時才發(fā)現(xiàn)自己還有好多要去學(xué)習(xí)。Proteus仿真軟件對我來說還是比較陌生的，有很多硬件都找不到，查閱了Proteus相關(guān)的入門書籍后才能自如的運用軟件。之后便是程序的編寫，根據(jù)課設(shè)任務(wù)的要求，寫出了程序的一個大概流程，按著程序流程圖一步一步的得到了能實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入輸出的程序，期間經(jīng)過了多次調(diào)試，修改。最終得到完整的程序，心里還是小有成就感的。問題隨之又來，當(dāng)我將寫好的程序進行實物仿真時，和我想的結(jié)果完全不同，寫入程序的開發(fā)板并沒有像軟件仿真時那樣得出期望的結(jié)果，最后經(jīng)過查閱資料將程序、Proteus仿真、硬件的端口一一對應(yīng)，才得出了爭確的結(jié)果。最后，感謝學(xué)校和老師給我們安排了這次課程設(shè)計，讓我真正感受到的是合作的重要，許多時候老師的指導(dǎo)中的一句半句啟發(fā)了我，就出現(xiàn)的讓人欣喜的結(jié)果；理論知識同樣很重要，有些問題都是由于基礎(chǔ)知識掌握不好才出現(xiàn)的。總之，要想做好一個硬件，理論知識基礎(chǔ)，動手能力也必須過關(guān)，二者缺一不可，我會繼續(xù)努力學(xué)習(xí)這方面的知識，通過類似課設(shè)這種方式鍛煉自己，達到學(xué)以致用參考文獻[1]張毅剛·單片機原理與應(yīng)用·北京·高等教育出版社，2009.7[2]童詩白等著·模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)·北京·高等教育出版社，2006.5[3]朱金剛·智能電子負載的設(shè)計·實驗技術(shù)與管理·2006·23(6)·26－29[4]楊振吉·付永杰·電子負載的設(shè)計·計量技術(shù)·2003·(5)·24－25[5]張漢屏·自制電子負載儀·電子制作·2010·VOL.06·28－29[6]丁銳霞·新型電子負載的研究·北方工業(yè)大學(xué)·2008·16[7]王利軍·TLC1549串口傳輸與單片機的AD設(shè)計·國外電子元器件·2007.10[8]黃志瑛等·功率MOSFET在電子負載中的應(yīng)用·科技資訊·2008

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