（毕业设计）：数据采集系统设计

1、论文题目：数据采集系统设计 摘 要数据采集技术是以模拟信号处理、数字化、数字信号处理和计算机等高科技为基础而形成的一门综合技术，是联系模拟世界和数字世界的桥梁。数据采集系统的核心部分主要是靠单片机来实现的，在任何单片机测控制系统中，都是从尽量快速、尽量准确、尽量为完整地获得数字形式的数据开始的，因此，数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的必不可少的桥梁起着非常重要的作用。本系统是运用VB编制上位机数据处理及显示程序，上位机通过命令可以控制下位机进行连续数据采集和单次数据采集，并可以通过命令停止下位机的数据采集。本文是Atmega8515单片机的一种应用，其主要功能就是实现一路模拟量从一个终端到另一个终端的采集、传输，这种系统在工业控制，智能仪表中广泛应用。关键词：单片机 数据采集系统 模拟量2AbstractData collection technology is analog signal processing, digital, digital signal processing and high-tech computer-based form of an integrated

2、technology, it is a bridge which contacts simulated world and the digital world. Data Acquisition System core microcontroller is mainly achieved in single-chip computer test control system, it begins from completing access to the data in digital form as rapid and as accurately as possible, data acquisition system as a communication with the digital domain simulation domain of the essential bridge plays a very important role. The system is compiled using VB PC data processing and display program,

3、 PC can be ordered through the machine under the control of continuous data acquisition and single data collection, and can be ordered to stop under-machine data acquisition. Keywords : Single-chip computer Data acquisition system Analog 目 录第一章 绪论- 1 -第二章 系统总体设计方案- 4 -2.1 系统设计要求- 4 -2.2 系统总体方案- 4 -第三章 系统硬件电路设计- 5 -3.1 Atmega8515单片机最小系统- 5 -3.1.1 Atmega8515简介- 5 -3.2 显示器接口电路- 9 -3.3 键盘接口电路- 13 -3.4 A/D转换器接口电路- 14 -3.5 D/A转换器接口电路- 16 -3.6 串口通信接口电路- 18 -第四章 系统软件设计- 20 -4.1下位机软件设计- 20 -4.2 上位机软件设计-

4、32 -结 论- 37 -参考文献- 37 -致 谢- 39 -第一章 绪论数据采集系统正如名字所暗示的，是一种用采集信息成文件或分析一些现象的产品或过程，在最简单的形式中，技术人员将烤箱的温度记录在一张纸上就是数据采集。随着技术的发展，通过电子设备，这个过程已经得到简化和变得比较精确。数据采集系统在工业测控以及试验室研究方面的应用非常广泛，随着科学技术的发展，数据采集技术被普遍认为是现代科学研究和技术发展的一个重要方面。数据采集系统向高精度、高速度、稳定可靠和集成化的方向发展，在多个领域有着广泛的应用。它是工业、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。 随着工农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。数据采集系统一般由数据采集、数据处理、处理结果的实现与保存三个部分构成。数

5、据采集指被测信号经过放大、滤波、A/D转换，并将转换后的数据送入计算机。这里要考虑干扰抑制、带通选择、转换准确度、采样/保持及与计算机接口等问题。数据处理指由计算机系统根据不同的要求对采集的原始数据进行各种数学运算。处理结果的实现与保存指处理后的结果在X-Y绘图仪、电平记录器或CRT上浮现出来，或者将数据存入磁盘形成文件保存起来，或通过线路送到远地。数据采集技术是以模拟信号处理、数字化、数字信号处理和计算机等高科技为基础而形成的一门综合技术，是联系模拟世界和数字世界的桥梁。它在许多领域得到了广泛的应用。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。数据采集系统的核心部分主要是靠单片机来实现的，在任何单片机测控制系统中，都是从尽量快速、尽量准确、尽量完整地获得数字形式的数据开始的，因此，数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的必不可少的桥梁起着非常重要的作用。由于计算机技术的飞速发展，单片机的发展也十分飞速，其在各个领域中的应用也日益广泛，随着测控系统技术的猛烈发展，以嵌入式计算机为核心的数据采集系统已经在测控领域中占到了统治地位。1、单片机与嵌入式系统嵌入

6、式系统源于计算机的应用，早期嵌入式系统为通用计算机经改装后嵌入到对象体系中的各种电子系统，如舰船的自动驾驶仪，轮机监测系统等。嵌入式系统首先是一个计算机系统，其次它被嵌入到对象体系中、在对象体系中实现对象要求的数据采集、处理、状态显示、输出控制等功能，由于嵌入在对象体系中，嵌入式系统的计算机没有计算机的独立形式及功能。单片机完全是按照嵌入式系统要求设计的，因此单片机是最典型的嵌入式系统。早期的单片机只是按嵌入式应用技术要求设计的计算机单芯片集成，故名单片机。随后，单片机为满足嵌入式应用要求不断增强其控制功能与外围接口功能，尤其是突出控制功能，因此国际上已将单片机正名为微控制器(MCU，Microcontroller Unit)。2、单片机构成的现代电子系统将成为主流电子系统单片机是器件级计算机系统，它可以嵌入到任何对象体系中去，实现智能化控制。小到微型机械，如手表、助听器。集成器件级的低价位，低到几元、十几元，足以使单片机普及到许多民用家电、电子玩具中去。单片机构成的现代电子系统已深入到各家各户，正改变我们的生活，如家庭中的音响、电视机、洗衣机、微波炉、电话、防盗系统、空调机等。单片机

7、革新了原有电子系统，如微波炉采用单片机控制后，可方便地进行时钟设置、程序记忆、功率控制；空调机采用单片机后不但遥控参数设置方便，运行状态自动变换，还可实现变频控制。目前许多家用电器如VCD、DVD只有单片机出现后才可能实现其功能。3、嵌入式系统带动了整个电子产业目前电子元器件产业除了微处理器、嵌入式系统器件外，大多是围绕现代电子系统配套的元器件产业，例如满足人机交互用的按键，LED/LCD显示驱动、LED/LCD显示单元、语音集成器件等，满足数据采集通道要求的数字传感器、ADC、数据采集模块、信号调理模块等，满足伺服驱动控制的DAC、固体继电器、步进电机控制器、变频控制单元等，满足通信要求的各种总线驱动器、电平转换器等。世界电子元器件在嵌入式系统带动下，沿着充分满足嵌入式应用的现代电子系统要求发展。嵌入式的应用涉及金融、航天、电信、网络、信息家电、医疗、工业控制以及军事各个领域，以至一些学者断言嵌入式技术将成为后PC时代的主宰。本课题主要是通过A/D转换器TLC0832将模拟量采集到单片机内部，通过处理之后将数据在LCD显示器上显示出来，运用MAX232将采集的数据传送到上位机，并通过

8、专用的软件将数据显示出来；同时，通过键盘可以控制将A/D转换之后的数据再通过D/A转换器TLC5620还原出来，用以驱动外部器件。第二章 系统总体设计方案2.1 系统设计要求1、 A/D转换器TLC0832与Atmega8515的接口电路；2、 LCD显示器12232F与Atmega8515的接口电路；3、 键盘接口电路；4、 D/A转换器TLC5620与Atmega8515的接口电路；5、 通过键盘可以控制模拟量数据的单次采集和连续数据采集，并将采集的数据在LCD显示器上显示出来，同时，通过键盘控制可以将采集到的数据发送到上位机；6、 运用VB编制上位机数据处理及显示程序；7、 上位机通过命令可以控制下位机进行连续数据采集和单次数据采集，并可以通过命令停止下位机的数据采集。2.2 系统总体方案本方案是以Atmega8515单片机为核心，通过TLC0832对模拟信号进行模数转换，转换后的数字信号输入到单片机内部，处理、送显并通过MAX232将数据传输到系统微机之中，系统微机之中通过专用的软件对数据进行处理并显示出来；同时通过键盘控制可以将采集的模拟数据运用D/A转换器TLC5620还原

9、出来，系统的总体设计框图如图2.1所示：图2.1 系统总体框图第三章 系统硬件电路设计3.1 Atmega8515单片机最小系统3.1.1 Atmega8515简介在二十世纪九十年代初，ATMEL公司推出全新的精简指令集单片机，简称AVR其具有高性能、低功耗、非易失性存储器、数字集成电路、E2PROM电可擦除技术、闪速存储技术等优秀品质。与其相比，采用复杂指令集的单片机在效率、速率在指令格式上都比较简洁，更适和在嵌入式系统中使用。近几年来，随着AVR单片机不断改进并持续推出新的品种现以形成系列产品。其性价比更高，在国内外都有广阔的前景。Atmega8515具有以下特点：8K字节FLASH，256/512字节E2PROM，256/512字节SRAM；32个通用I/O口，32个通用工作寄存器；具有比较模式的灵活的定时器/计数器；内外中断源可编程的UART；可编程的看门狗定时器；SPI 口以及两种可通过软件选择的省电模式工作于空闲模式。工作于省电模式时，CPU将停止运行，而寄存器、定时器/计数器、看门狗和中断系统继续工作，掉电模式时振荡器停止工作，所有功能都被禁止，而寄存器内容得到保留，只有外部中断或硬件复位才可以退出此状态5。器件是以ATMEL的高密度非易失性内存技术生产的，片内FLASH可以通过SPI接口或通用编程器多次编程。通过将增强的RISC 8位CPU与FLASH集成在一个芯片内，Atmega 8515为许多嵌入式控制应用提供了灵活而低成本

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