基于串行总线的主从式单片机多路数据采集系统的设计与制作.docx

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1、洋科举业企文f;题目:基于串行总线的主从式单片机多路数据采集系统的设计与制作此为WOrd版本，下载后可直接复制粘贴，需要的可以放心下载基于串行总线的主从式单片机多路数据采集系统的设计与制作摘要本文基于串行总线设计并制作了一种主从式单片机多路数据采集系统。该系统采用STC89C52单片机作为主控芯片，DS18B20温度传感器作为被控芯片，通过串口通信方式实现上下位机之间的数据传输。系统不仅可实时采集多路温度信号，而且具有较高的精度和稳定性。本文在硬件设计方面对系统电路进行了详细阐述，包括主从式单片机之间的串行通信模式、数据采集模块的设计和DS18B20温度传感器的接口电路设计。在软件设计方面，本

2、文详细叙述了基于C语言的主从式单片机程序开发，并通过实验验证了该系统的可行性和实用性。实验结果表明，该系统能够稳定地采集多路温度信号，并将数据通过串口传输到上位机。关键词：主从式单片机；串口通信；STC89C52；DS18B20；数据采集；串行总线DesignandFabricationofaSerialBus-basedMaster-slaveMicrocontrollerMulti-channelDataAcquisitionSystemAbstractThistopicisaboutamaster-slavecontrolsystembasedona51microcontroller,w

3、hichusesserialcommunicationtoenableduplexcommunicationbetweenthemasterandtheslave,withthemasterreceivinginformationfromtheslaveandthemastersendinginformationtotheslave.Inthispaper,amaster-slavemicrocontrollermultiplexeddataacquisitionsystemisdesignedandbuiltbasedontheserialbus.ThesystemusestheSTC89C

4、52microcontrollerasthemasterchipandtheDS18B20temperaturesensorasthecontrolledchip,andachievesdatatransmissionbetweentheupperandlowercomputersbymeansofserialcommunication.Thesystemcannotonlycollectmultipletemperaturesignalsinrealtime,butalsohashighaccuracyandstability.Inthispaper,thesystemcircuitisde

5、scribedindetailintermsofhardwaredesign,includingtheserialcommunicationmodebetweenthemasterandslavemicrocontrollers,thedesignofthedataacquisitionmoduleandtheinterfacecircuitdesignoftheDS18B20temperaturesensor.Intermsofsoftwaredesign,thispaperdescribesindetailthedevelopmentofthemaster-slavemicrocontro

6、llerprogrambasedonClanguage,andverifiesthefeasibilityandpracticalityofthesystemthroughexperiments.Theexperimentalresultsshowthatthesystemisabletocollectmultipletemperaturesignalsstablyandtransmitthedatatothehostcomputerthroughtheserialport.Keywords：STC89C52;DS18B20;serialcommunication;dataacquisitio

7、n1.1 本课题研究背景和意义11.2 研究现状及进展21.3 研究内容和目标31.4 研究方法和思路31.5 本章小结42单片机多机控制系统的基本原理52.1 单片机多机控制系统概述52.2 DS18B20传感器62.3 主从式单片机通信原理72.4 串行通信模式82.5 总线式通信模式92.6 本章小结93系统硬件设计103.1 系统整体架构设计103.2 硬件设计113.3 串行总线接口电路设计113.4 数据采集模块设计123.4.1 电路设计123.4.2 程序设计123.5 DSl8B20温度传感器接口电路设计133.6 本章小结144软件设计154.1 软件设计简介154.2 主

8、控程序设计164.3 从控程序设计174.4 串行通讯方式的约定184.5 本章小结185系统可行性仿真及验证195.1 系统测试和验证195.1.1 系统性能仿真测试195.1.2 实验验证205.2 系统性能测试225.3 实验结果分析236总结和展望24致谢25参考文献26附录一总体电路图27附录二源程序28附录三元器件清单53附录三中英文翻译541.1本课题研究背景和意义数据采集是现代工业控制系统中不可或缺的一部分，而单片机作为一种具有广泛应用的微处理器，被广泛应用于数据采集和工业控制领域。在实际应用中，单片机多机系统采用总线型主从多机控制系统，主从之间的通信方式通常采用串行通信，以实

9、现数据的高效传输和处理。工业通信系统如图1.1所示。基于此，本文拟设计一种使用串行总线作为通信方式的上下位机的多路数据采集系统，主控芯片选用抗干扰性较强的STC89C52型号单片机，DS18B20温度传感器作为被控芯片，通过串口通信方式实现上下位机之间的数据传输。该系统具有多路温度信号实时采集、高精度和稳定性等特点，可以用于工业自动化控制领域的数据采集和处理。本文在硬件设计方面详细阐述了主从式单片机之间的串行通信模式、数据采集模块的设计和DS18B20温度传感器的接口电路设计。在软件设计方面，本文采用C语言进行主从式单片机程序开发，并通过实验验证了该系统的可行性和实用性。通过研究本文所设计的主

10、从式单片机多路数据采集系统，可以为工业自动化控制领域的数据采集和处理提供一种可靠和高效的解决方案，具有一定的实际应用价值和推广价值。12研究现状及进展在现代工业控制领域中，数据采集系统越来越受到重视，因为准确地获取现场数据对于工业自动化控制和生产管理至关重要。随着国内外科技水平的不断进步和单片机微机技术的逐步发展，单片机被广泛应用在数据采集系统中。目前，国内外很多学者都在该领域进行了深入研究和探讨，并取得了一定的成果。对于单片机在数据采集系统中的应用，国内外学者主要集中在硬件设计和软件设计两个方面。在硬件设计方面，学者们通过改进电路结构，提高数据采集的精度和稳定性。而在软件设计方面，学者们则采

11、用不同的编程语言和算法，以实现数据采集与处理的自动化。此外，还有许多学者通过改善串行通信协议，提高数据传输效率川。然而，当前国内单片机在工业控制中的应用仍然比较落后，需要进一步完善和发展。因此，本文将在以上研究的基础上，结合实际应用需求，设计出一种基于串行总线的主从式单片机多路数据采集系统，并对其进行详细的硬件和软件设计，以验证其在实际应用中的可行性和实用性。数据采集系统进行工作的原理是：通过收集传感器所探测到的模拟量，并将其在数模转换模块中进行模数转换，转换为数字量。并逐步对最终获得的数字量进行数据的解析、数据的处理、数据的通信、数据的展示和数据的贮存并最后进行数据的显示。它发展于1950年

12、前后，随着各种高新技术的不断进本发展，在最近的几十年间，科学家在数据采集技术上取得了很大的进步，当前社会发展的主要趋势是数据采集的信息化。信息采集系统被广泛应用于社会生产中的各个层面。例如：石油、科研、飞行器、预测地震信息等。TDE-124C型和TDE-224C型地震数据采集系统主要用于进行中国的地震信息的系统预报。随着社会的不断发展以及我国科技水平的不断进步，为了更为准确的采集地震信息，发送地震预报，近年来，TDE-324C型地震信息观测系统又已经成功研发。它具有较大的动态范围、较高的线性度、较强的兼容性、较低的功耗并具有相较前代更高的可靠性。该系统对地震计的模拟信号进行信号放大并送至数模转

13、换器进行信号之间模拟量与数字量的转换，同时对模数转换器进行采样，所获得的数据再经滤波器进行数据处理后获得数字地震信号。数据采集系统采用24位数模转化比特率，采样频率分别为50赫兹、100赫兹、200赫兹。由美国帕斯克公司生产的一个名为“科学工作室”的新型信息采集系统，该系统主要功能是在物理实验中进行高精度的信息采集。分别由三个部分组成该系统：传感器，计算机接口和中英文软件应用。利用先进的传感技术来进行实时地信息采集，并可实时采集物理实验中各物理量的数据。计算机接口从传感器上接收其所发出的数据并将所获得的数据输入计算机，每秒最高采样速率为250000次.纵观全球，为了进行更多样化的飞行试验，全球

14、各地的科研学者也在大力促进新一代机载数据采集系统的飞速发展。例如，爱尔兰ACRA公司千禧年所推出的一款更为先进的机载数据采集系统，型号为KAM500。该系统采用16位模拟数字变换，具有高达达500K每秒的采样频率，同步时间相对误差为250ns,可形成多达100o个信道的大容量分布式采集系统。1.3 研究内容和目标本课题的研究主要内容是设计并制作一种通过串行总线进行双机通信的主从式单片机，并通过DS18B20进行三路及三路以上的数据采集功能。本单片机系统的核心选用STC89C52单片机，通过串口通信将DS18B20温度传感器所采集到的现场信息传输到单片机上。该系统能够稳定地采集多路温度信号，并将

15、数据传输到上位机。研究的目标是实现一个具有较高精度和稳定性的多路数据采集系统，为工业控制等领域的应用提供技术支持。在硬件和软件设计方面，本研究将详细阐述主从式信号采集电路的设计和程序的开发过程，并通过实验对该系统的可行性与实用性进行验证。1.4 研究方法和思路本文采用实验和理论相结合的研究方法，通过硬件设计和软件编程相结合的方式，制作了一种基于串行总线的主从式单片机多路数据采集系统。在硬件设计方面，本文包括串行通信模式、数据采集模块的设计以及DS18B20温度传感器的接口电路设计，通过实验验证了系统的稳定性和精度。在软件设计方面，本文采用C语言进行程序开发和优化，实现了主从式单片机之间的双工通

16、信和实时数据传输。通过本文的研究，实现了一种通过串行总线进行通信的多单片机，并通过DS18B20温度传感器进行多路数据采集，本文为类似系统的开发提供了借鉴和参考。1.5 本章小结本章的主要任务是介绍了本课题研究背景及其研究意义，较为具体的介绍了当前本课题的国内研究现状及其进展。并对课题所研究的内容进行了简洁的介绍，以此基础对本课题的研究方法和研究思路进行规划，并制定了研究目标。2单片机多机控制系统的基本原理2.1 单片机多机控制系统概述单片机多机控制系统是一种应用广泛的自动化控制系统，它由多个单片机相互协作完成控制任务。在该系统中，各个单片机之间通过总线进行通信，主机负责控制各个从机的工作状态，从机则负