基于单片机89C51数据采集系统的的设计.docx

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1、毕业汲计2023届题目：基于单片机89C51数据采集系统的设计姓名：苏永康学院：物理电气信息学院专业：电气工程与自动化学号：班级：自动化2班指导教师：汤秀芬2023年5月12号摘要数据采集技术是现代一个重要的领域，随着单片机的出现以及快速的在工业中开展，二者的结合并开展己经成为一种趋势。所以本文设计一个单片机数据采集系统，系统是以单片机T89C51为控制核心，为了满足A/D转化精度为12位，选用A/D转换器芯片MX187和多路模拟开关4067设计信号输入电路并完成A/D转换，此系统能够实现采集最多16路模拟量输入信号，另外一个独立电路是单片机作为主机通过I2C总线控制数字传感器DS1621可实

2、现多点温度采集系统，并将采集到的电压、温度的实时数据通过液晶屏显示然后再通过RS232传输到上位PC机上。本文设计的系统有效的把A/D转换技术，I2C总线技术和86C51单片机有效的结合起来,实现高速的通信和数据传输。系统能够与PC机通信，采集数据实时显示。软件局部采用C语言编程，完成信号输入电路，显示电路，通信电路程序设计。关键词:数据采集；89C51；MAX187;RS232；ABSTRACTDataminingtechnologyisanimportantarea,modernwiththeemergenceofsinglechipmicrocomputerandrapiddevelop

3、mentintheindustry,thecombinationofbothanddevelopmenthasbecomeatrend.Sointhispaper,Asingle-chipmicrocomputerdataacquisitionsystemdesign,systembasedonsinglechipmicrocomputerAT89C51asthecontrolcore,inordertosatisfytheprecisionofA/Dconversionfor12,chooseA/DconverterchipsMAX1874067designandmulti-channela

4、nalogswitchsignalinputcircuitandA/Dconversion,thissystemcanrealizecollectionupto16analoginputsignals,AseparatecircuitissinglechipmicrocomputerasthehostthroughtheI2CbuscontroldigitalsensorDS1621multipointtemperatureacquisitionsystemcanberealized,andthecollectedreal-timedatathroughtheLCDdisplayofvolta

5、ge,temperature,andthenthroughRS232transmittedtoupperPC.SystemdesignedinthispapertheA/Dconversiontechnologyeffectively,and86c51I2Cbustechnologyeffectivelycombined,realizethehigh-speedcommunicationanddatatransmission.SystemcancommunicatewithPC,datareal-timedisplay.PartsoftwareusingClanguageprogramming

6、,signalinputcircuit,displaycircuit,communicationcircuitdesignprogram.Keywords：Dataacquisition89C51MAX187RS23目录1绪论错误!未定义书签。1. 1研究背景11.2国内外研究现状31. 3本文主要的工作和内容安排32.数据采集技术与数据传输42.1 数据采集技术42. 1.1数据采集系统数字化理论43. 1.2数据采集系统各局部作用92. 2数据传输-串行通信102.21串行通信总线（12C）IO2. 2.2串行通信接口标准（RS232C）113.数据采集系统硬件设计133 .1系统硬件EM

7、C设计134 .2数据采集系统的工作原理框图143. 3中心控制电路一AT89C51单片机153. 4信号输入电路183. 4.1模拟开关电路4067的简介193. 4.2模拟-数字（A/D）转换电路-MAXl87203. 5数字温度传感器输入电路231. 6上位机通信电路243. 7显示电路设计254.数据采集系统的软件设计264. 1软件开发系统一KeiIUVision4264. 2系统程序设计284. 2.1主程序流程图284. 2.2初始化流程图284. 2.3子程序流程图294. 2.4程序调试结果315.系统仿真315. 1系统仿真315. 1.1单片机仿真工具protues7.8

8、316. 1.2友善串口调试助手325.2系统调试结果与分析326.结论和展望346 .1结论347 .2展望35参考文献35谢辞36附录1：整体电路结构图36附录2：高精度数据采样系统程序设计361绪论1.1 研究背景近些年来，随着各个领域的兴起和开展，数据采集技术开始备受关注，在航天，武器研究，地质研究领域迅速的开展。数据采集的最初研究是来源于美国的，为了在军事有突破的开展。设备能自动完成采集技术大局部内容，只需要非熟练人员进行监控。这样可以节省大局部时间和人力。自动检测仪表该数据采集系统可以自动灵活、快速完成任务，许多传统方法都不能替代它，随着人们初步的认可，60年代初期，数据采集技术快

9、速的开展。上个世纪七十年代的变迁，微型机被人们开发出来，新一代采集系统又一次诞生，以计算机控制并处理数据，采集器和仪表分别采集数据。此系统和原有的系统相比拟，稳定的性能和快速采集速率很快取代了上一代采集系统。之后的假设干年技术的改革与创新，采集系统主要形成了两类，一类是为了工作在工业环境的数据采集系统、另外一类是为了在实验室研究而创造的数据采集系统3。上个世纪八十年代中期，微型机逐渐开展到计算机，数据采集系统开始围绕着计算机变革与创新，数据采集系统依然是划分为两种，一种比拟多的应用实验室里，以计算机为核心，计算机控制过程，接口总线和仪表仪器完成采集任务。另一种是工业上运用比拟广泛的，由标准总线

10、、采集卡和计算机组成的。上个世纪80年代后期，数据采集跨越了一个转折点，单片机、集成电路与工业计算机各种组合，软件控制任务要求，系统的体积不断缩减，本钱也成倍降低，功能和数据采集能力却大大增加。自上个世纪90年代到今,兴旺国家己经将数据采集系统运用到工业、航天、考古、电力上。集成电路制造技术进一步成熟,单片机数据采集系统DAS的出现，高性能、高速型使采集系统由进一步飞跃的开展。数据采集系统已经开展成一门不可取代的技术应用于工业现场。这个阶段的数据采集系统使用的是模块化结构,可以根据不同的市场应用需求，适当的更改模块，修改设定编程，就可以灵活的扩展和建立新的系统F目前，以微机为核心的，并结合编程

11、技术的采集技术开展迅速，采集系统可以集成在一块电路板上即为采集卡，可以插在电脑扩展槽中。但基于单片机采集技术并没受到技术的冲击，采集卡的本钱和功能性有很多弊端，单片机在效率、功率、本钱、功能都有一定的优势，双单片机能实现高精度转换，多点同时采样更加使单片机应用在市场拥有不可替代作用。1.2 国内外研究现状上个世纪中期，数据采集系统开始不断开展，一般的采集系统作用是把传感器采集的模拟信号进行处理再转变成数字信号，并对数字信号进行分析、处理、打印等，随着过去几十年的开展，采集技术应用于各个领域，目前的石油勘测、地质分析、地震预测等领域，数据采集应用广泛。TDE-124型TDE-224C型是过去我国

12、地质观测采用的数据采集系统。近几年，我国有研究出型号为TDE-324C地震数据采集系统，此系统能到达24位A/D转换位数，动态范围更大、线性度更高可靠性强低功耗，采样率一般有50HZ、IOoHZ、200HZo根据需求创新，数据采集技术结合飞行实验的需求。如爱尔兰ACRA公司2000年开发出的最新一代KAM500机载数据采集系统，系统采用16位（A/D）模拟数字变换达500K/S,同步时间为+/-250ns,可以利用方式组成高达1000通道的大容量的分布式采集系统。1.3 本文主要的工作和内容安排数据采集技术随着科技的开展广泛的应用于多个领域，因此本文主要的工作采用一个以单片机为控制核心的数据采

13、集系统，一局部采集模拟电压信号，通过12位精度MAX187芯片转换为数字信号，另外一局部是采用传感器DS1621采集温度值通过I2C总线直接送到单片机，单片机把两部份数据通过液晶屏显示，再通过串行标准RS232传到计算机进行处理。系统各个局部主要为，温度输入电路，信号输入电路，中心控制电路，数据显示电路和上位机通信电路五个局部。下文将详细具体的介绍每个局部的功能以及实现过程。本文内容安排如下：第一章绪论局部。对数据采集系统历史中研究背景的开展、国内外开展现状、简介一下论文各章的安排的主要内容。第二章理论局部。介绍数据采集技术和数据传输技术相关理论，包括数据采集系统数字化理论，系统各局部作用，串

14、行通信。第三章硬件局部。设计单片机采集系统的整体控制结构，并对各局部组成电路进行具体设计并论述其原理。第四章软件局部。对软件编程开发环境进行介绍，对程序有一个框图说明。第五章系统仿真。对仿真软件进行介绍，对仿真结果进行分析、论证。第六章结论和展望。对设计过程有个总结说明，对以后的开展有一个预测。最后在附录中给出完整的电路图和软件程序。2.数据采集技术与数据传输2.1 数据采集技术2.1.1 数据采集系统数字化理论任何单片机或者数字化设备只能处理数字信号，所以外部采集的数字信号在输入数字化设备是都要被处理成时间上和幅值上都离散的数字信号。这个过程必须要经历采样和量化过程，所谓采样就是在时间点上抽

15、取连续模拟信号相应的瞬时值，使模拟信号转变成时间上离散的时域信号。所谓量化是在幅值上变成离散的数字信号。这就是采集技术。Ci）采样过程：一个连续的模拟信号X团，通过一个周期性开闭（周期为，开关闭合时间为r）的采样开关K之后，在开关输出端输出一串在时间上离散的脉冲信号XSm7J,这个过程就称为采样过程同。如图2-1所示。采样信号：s（11Ts）采样时刻:0,Ts,2Ts,3Ts.采样时间：T闹加日s(nTs)%印川9XsfnTs)KTS2心3Ts图2-1采样过程采样周期：T5采样频率：fs=lTs在实际系统中，Ts,也就是说，在一个采样周期内，只有很短的一段时间采样开关是闭合的。采样过程可以看作为脉冲调制过程，采样开关可看做调制器。这种脉冲调制过程是将输入的连续模拟信号X的波形，转换为宽度非常窄而幅度由输入信号确定的脉冲序列口。如图2-2所示。Lfjs(11Ts)6T阀Xfas(nTs)K图2-2脉冲调整过程输入信号与输出信号之间的关系表达式可为芒，2-1匕(同)=x(t)(O=x()。-()因为万，所以假设采样脉冲为皿脉冲，X用在脉冲出现瞬间Ts取值为x(nT4,故，上式改写为xAnJX刘附AS(HTj2-2考虑到时间为负值没有意义，