基于ADuC845的数据采集系统设计毕业设计.docx

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基于ADuC845的数据采集系统设计毕业设计

基于ADuC845的数据采集系统设计

[摘要]本文设计使用ADuC845单片机对低频电压信号进行16位高精度数据采集，其系统软件设计部分用C语言在Keil上进行编程，使用VC编写USB上位机程序，完成数据传输，系统硬件通过ADuC845内部模数转换模块将从外界采集到的电压信号经过串口RS232发送到PC机上进行实时显示。

该设计实现了一个基于ADuC845单片机的数据采集系统的基本功能，分辨率可达到1/5000，能够实现14位的数据输出。

该系统的采集精度大大提高，更加适用于高速度、高精度数据采集的实际工业测控。

[关键词]数据采集；ADuC845；模数转换；基准电压

DataAcquisitionSystemDesignBasedOnADuC845

LiLu

（Grade2011,Class2,Majorelectronicsandinformationengineering，SchoolofPhysicsandTelecommunicationengineering，ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong723000，Shanxi）

Tutor:

QinWei

[Abstract]:

ThisarticleisbasedonADuC845singlechipdesign,16bithighprecisiondataacquisitionforlowfrequencyvoltagesignal.ThesoftwaredesignofthesystemisprogrammedwithClanguageinKeil,VCPCprogramwrittenusingUSBtocompleteparametrictransmissionandgraphicsdisplay,thehardwareofthesystemiscollectedfromtheoutsidetothethroughtheserialADuC845oftheserialRS323tothePC.ThebasicfunctionofdataacquisitionsystembasedonADuC845MCUisrealized,resolutioncanreach1/5000,canachieve14bitdataoutput.Thebiggestadvantageofthedesignisthattheaccuracyofthesystemisgreatlyimproved,andmoresuitablefortheactualindustrialmeasurementandcontrolofhighspeedandaccuracydataacquisition.

[Keywords]:

Dataacquisitionsystem;ADuC845;Analogtodigitalconversion;Referencevoltage

1.引言

1.1课题背景及研究意义

1.1.1课题背景

本课题研究的数据采集系统主要用于工业测控、医疗仪器以及消费电子产品中。

其中，随着工业测控的发展，其工业测控环境越来越复杂，传统工业测控的数据采集系统已经不能满足人们对所采集到的数据的精确度和稳定度的要求。

数据采集是信息处理中不可缺少的重要组成部分，在工业测控、医疗仪器以及消费电子产品中，都对数据采集系统的精度提出了更高的要求。

本课题设计的数据采集系统是基于以ADuC845单片机为核心的高精度数据采集系统，ADuC845非常适用于精密仪器仪表，用于对温度、湿度、压力、应变信号等的数据采集及处理，该系统能够适应环境复杂的工业测控现场，很好的解决了工业控制采集信号的准确性和稳定性。

研究此数据采集系统可以很好地了解和学习ADuC845芯片的基本原理、性能以及其应用领域，熟悉ADuC845单片机的工作方式，通过实验提高对ADuC845芯片的理解，了解ADuC845和传感器之间的接口方法，掌握输入程序的设计、调试方法。

1.1.2研究意义

在工业测控中，数据采集十分重要，我们需要对大量的数据进行分析比较，然而，工业测控环境又十分复杂，受到光强、温度、湿度等众多因素的干扰，这对我们所采集到的数据有很大的影响，严重影响数据的精确度和稳定度，鉴于这些问题，本课题设计了一个基于ADuC845单片机的数据采集系统,数据采集系统能够较好的克服复杂的工业测控环境对采集数据的精确度和稳定度的干扰，这样可以更好的测得更加精确和稳定的数据，使得工业测控可以更快更好的发展。

1.2课题的主要研究内容

受A/D转换器芯片发展水平的限制，目前的数据采集系统很难同时做到高精度和高速度的数据采集，本课题主要是设计一个基于ADuC845单片机的高精度数据采集系统，该控制器具有数据采集、显示、记录等功能，能够很好地改善以往的数据采集系统在高精度和高速度之间的矛盾。

根据系统要求选用合适的模块来组建硬件平台，利用ADuC845单片机[1]来实现数据采集和控制信号的转换。

设计系统模拟信号调试电路、复位电路、基准电压电路、按键电路、LED显示电路以及串口通信电路。

软件部分采用模块化的设计方法，通过编写各个功能模块来实现相应的功能，程序采用C语言进行设计。

主要包含AD转换子程序、数据采集子程序、通信模块子程序、以及键盘扫描等子程序。

在软件部分同时给出相应的编译与仿真软件的介绍。

在系统硬件设计基本完成的基础上，根据数据采集系统的功能要求，进行系统软件设计，在单片机集成开发环境上进行系统软件的开发工作，系统的软件设计主要包括各个模块的驱动程序的设计，主程序部分主要完成系统对各个硬件的初始化工作，子程序主要是完成和单片机进行交互并实现本部分的功能。

1.3本章总结

受A/D转换器芯片发展水平的限制，目前的数据采集系统很难同时做到高精度和高速度的数据采集，本课题主要是设计一个基于ADuC845单片机的高精度数据采集系统，该控制器具有数据采集、显示、记录等功能，能够很好地改善以往的数据采集系统在高精度和高速度之间的矛盾。

2.系统总体设计

2.1数据采集系统的原理

数据采集是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，然后将其发送到上位机中进行分析处理。

一般情况下，一定要在数据采集设备进行信号采集之前对传感器信号进行调制，其中包括对传感器信号进行增益或者衰减以及隔离，放大，还有滤波等等。

对于某些传感器，还需要对其提供激励信号。

一个完整的数据采集系统主要是由信号调理、采样／保持、模数转换以及定时／计数器等部分组成。

一个数据采集系统的任务就是对从传感器输出的模拟信号进行模数转换，将采集到的模拟信号转换成数字信号，然后把这些转换后的数字信号送入到计算机或者其他专用信号处理设备中进行数据分析处理，并且可以按需要的形式输出处理结果[2]。

数据采集系统大致可以分为三种：

基于通用型微型计算机的数据采集系统，这种系统的主要功能是将采集器采集到的信号通过相应的总线接口扩展电路送入微型计算机内存中进行数据处理，它主要包含以下几个特点：

（1）较强的软件、硬件支持。

通用型微型计算机系统所有的软件、硬件资源都可以用来支持整个系统的工作。

（2）具备自主开发能力。

（3）系统的软件硬件的应用/配置比很小，在第二次开发时软件和硬件的扩展功能较好。

（4）在复杂的工业环境中运行的可靠性比较差，对其安放的应用环境要求比较高。

基于单片机的数据采集系统，主要是由单片机和其他一些外围芯片所构成的数据采集系统，这是近年来微型计算机技术快速发展的结果，目前，主要由51、FPGA、CPLD、ARM、DSP等芯片构成，它具有以下一些特点：

（1）系统不具有自主开发能力。

系统的软件和硬件开发必须借助相应的开发工具才能完成。

（2）系统的软件和硬件设计与系统配置规模都是以满足数据采集系统功能要求为原则，因此，系统的软件硬件的应用配置比接近于1.

（3）可靠性好、使用方便。

应用程序在ROM中运行不会因为外界的干扰而被破坏，而且上电后立即进入用户状态。

基于混合型计算机的数据采集系统，这是一种近几年来在计算机应用领域中迅速发展的一种系统结构形式。

它主要是由通用型计算机（PC机）与单片机通过标准总线（如RS232、RS485、CAN、USB等）相连而成。

单片机和它的外围电路与设备所组成的部分是为数据采集等功能的要求配置的，主机则是用来实现数据采集系统的人机对话、大容量的计算、存储记录、打印以及图形显示等。

混合型计算机数据采集系统具有以下特点：

（1）一般都具备自主开发能力。

（2）系统的配置比较灵活，比较容易构成各种大中型测控系统。

（3）主机可以构成各种局域网络系统。

（4）合理充分的利用主机所提供的资源，但不会占有主机的全部CPU时间。

2.2系统设计要求及性能指标

2.2.1系统设计要求

数据采集是信息处理中不可缺少的重要组成部分，在工业测控、医疗仪器以及消费电子产品中，都对数据采集系统的精度提出了更高的要求。

本课题设计了一种以ADuC845单片机为核心的高精度数据采集系统。

ADuC845单片机内部带有24位△-∑ADC，非常适用于精密仪器仪表，用于对温度、湿度、压力、应变信号等的数据采集和处理。

2.2.2系统设计性能指标

（1）AD转换有效分辨精度≥1/5000，AD采样速率在10~100Hz；

（2）数据输出：

RS232,16位数据输出，可以和PLC和电脑连接通信；

（3）可通过上位机PC启停AD数据采集，采集数据在计算机上实时显示。

2.3系统结构设计方案选择

方案一：

采用以STC89C52单片机作为控制器的核心器件，以ADC0809作为A/D模数转换器的数据采集系统，系统可通过RS485总线将采集到的数据传输到上位机从而实现对数据的采集和控制。

方案二：

采用以ADuC845单片机为核心和其他芯片构成的多路数据采集系统，可通过上位机PC启停AD数据采集，使其采集的数据在计算机上实时显示。

通过对比两个设计方案，由于以STC89C52单片机和ADC0809等外围电路所组成的数据采集系统对数据处理的精度远小于以ADuC845单片机为核心处理器的数据采集系统对数据处理的精度，ADuC845单片机可达到24位高精度[3]的数据输出，因此，最终选择了以ADuC845单片机作为控制器的核心器件的数据采集系统的方案二。

2.4本章小结

本章主要是对数据采集系统的设计方案的分析与选择以及对该数据采集系统的总体设计的一个简单介绍，主要是从它的系统设计要求、系统设计性能指标等方面对该系统设计的一个总体介绍，同时对比两种不同的设计方案，选择更加合适的设计方案，使人们对该数据采集系统有一个总体认识。

3.系统硬件设计实现

3.1系统硬件设计方案

根据系统设计要求选择合适的模块来组建硬件平台，利用ADuC845单片机来实现数据采集和控制信号的转换。

设计系统模拟信号采集电路、复位电路、基准电压电路、按键电路、LED显示电路以及串口通信电路等模块电路。

系统硬件设计框图如图3.1所示

图3.1系统硬件框图

3.2系统核心处理器选择

ADI公司的MicroConverter数据采集与处理系统芯片（SOC）－ADuC845芯片在内部集成了ADI公司的精密数据转换器，其可以对微控制器（MCU）和闪速存储器进行编程，以便为需要精确测量宽动态范围低频信号的设计者提供更好的解