基于单片机多参数实时数据采集系统设计 毕业设计说明书.doc

1 引言 在现实世界中要通过计算机对现实世界中的信息进行处理和显示，首先必须将计算机和现实世界联系起来，这需要将真实世界中的各种信号(称为模拟信号)转化为计算机可以识别、存储的信号(称为数字信号)，这一过程即是数据采集。数据采集技术是以前端的模拟信号处理、模拟信号数字化、数字信号处理和计算机控制技术等高科技为基础而形成的综合技术。它在许多领域得到了广泛的应用[1]。数字技术促进了上述这些领域的发展，而反过来又对数据采集系统提出了愈来愈高的要求。随着计算机技术的发展和计算机技术在信号处理中的广泛应用，现代的测量系统在数字信号处理方面的能力也大大加强了，形成了所谓的数字化测量技术．数字化测量就是借助于各种类型的传感器检测外部世界的各种信号，并转换成电信号，然后进行信号调理和A/D转换，使之转换成为能够在数字系统中进—步处理的数字信号。具体来说，就是将电压、电流、温度、压力 等物理信号转化为数字量并传递到计算机中。本文在研究单片机技术、单片机数据采集及单片机通信技术的基础上，设计并实现了基于单片机的多通道数据采集系统，该系统具有构造简单、性能稳定、造价低廉、便于维护等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化、智能家居等诸多领域[2]。 1.1 课题研究的背景及意义 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景[3] 。 随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。本课题研究的对象是采用51单片机、串行A/D转换器、12864中文液晶屏、基于I2C总线E2PROM存储器AT24C1024。该系统可将各种标准变送器送来的模拟电信号经过A/D转换和程序运算处理转换成相应非电量的数值并实时显示和存储[4]。 1.2 国内外研究状况 随着测试测量和控制应用的要求变得愈发苛刻，数据采集(DAQ)板制造商正在提供吞吐速度更快、集成度更高、灵活性更强，且更易于编程的数据采集板。Measurement Computing公司的最新产品包括USB-1608HS和USB-1608HS-2A0。这些模块提供真正同时发生的数据捕获，以每通道250kHz的采样率对最多8个通道的16位单端或差分模拟输入数据进行采集。这两款产品都包含16位的数字I/O，USB-1608HS-2A0还额外包含两个信号范围在-10到+10V的16位模拟输出通道。随着BAQ板制造商使用速度更快的信号转换器及其他高速设计技术，数据采样率也在不断增长。几年以前，采样率最快就是用于音频的200ksps由于技术进步，目前的采样率可以达到500ksps。今天，更多的DAQ板开始集成通用串行总线(USB)。除Measurement Computing公司之外，NI公司也发布了USB-6221和USB-6229 DAQ板，提供最多32个模拟输入和250ksps的单通道采样率尽管从目前来看，PCI和PXI是很多最新DAQ板中的通用接口总线，但USB却显示了强劲的发展势头。由于便携应用的需要，USB已经变成流行的DAQ总线。同PCI相比，USB采集板存在等待时间较长的问题，这是因为USB基于操作系统的访问方式和串行性质降低了数据传输率 国内的数据采集器与国外的数据采集器相比，在技术上仍有一定的差距。目前国内的数据采集器在高精度、高速度、实时数据采集和数据采集器的现场处理能力等方面仍有不足，不能满足运动控制、爆炸检测、医疗设备、快速生产过程和变电站自动化等领域的要求[6]。 1.3 本课题主要研究内容 1.3.1 单片机技术 在信号采集系统中，单片机主要担当控制ADC，并对采集到的数据传输到上位机的