基于单片机的数据采集与传输系统设计.doc

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基于单片机的数据采集与传输系统设计

摘要：

本文介绍了基于单片机的数据采集与传输系统的硬件设计和软件设计，数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带，它的存在具有着非常重要的作用。

本系统应用ADC0809作为高速数据转换电路使其能够进行8路数据实时采集，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将采集到的实时数据通过RS232传输到上位PC机上。

本系统将比较热门的A/D转换技术和单片机技术有效的结合，实现了高速的通信和数据交换。

系统能够对多个点进行同时监控，且能够与微机进行通信，可以方便的实现人机对话。

软件部分应用VC++编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。

关键词：

数据采集；数据传输；ADC0809；RS232；单片机

DesignofDataAcquisitionandTransmissionSystemBasedonSingleChipMicrocomputer

MALiangyao

（SichuanUniversityofScienceandEngineering,Zigong,China,643000）

Abstract:

Thisarticledescribesthehardwaredesignandsoftwaredesignofthedataonwhichbasedonsignal-chipmicrocomputer.Thedataacquisitionsystemisthelinkbetweenthedigitaldomainandanalogdomain.Ithasanveryimportantfunction.ThesystemappliesADC0809asahighspeeddataconversioncircuitto8roaddatareal-timeacquisition,implementationofthecollecteddatatoconverttheanalogquantitytodigitalquantity,andthetransmissionofreal-timedatawerecollectedthroughRS232totheupperPC.ThissystemwillbepopularintheA/Dconversiontechnologyandsingle-chipmicrocomputertechnologyeffectivelycombined,realizethehigh-speedcommunicationanddataexchange.Systemcancarryonthemonitoringatthesametime,tothemultiplepointsandabletocommunicatewithcomputer,easytorealizetheman-machinedialogue.ThesoftwareispartlyprogrammedwithVC++.Thesoftwarecanrealizethefunctionofmonitoringandcontrollingthewholesystem.Itdesignsmuchprogramlikedata-acquisitiontreatment,data-displayanddata-communicationect.

Keywords:

dataacquisition；datatransfer；ADC0809；RS232；singlechipmicrocomputer

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第1章引言 1

1.1研究的目的及意义 1

1.2数据采集与数据传输技术的概述 1

1.3数据采集与数据传输系统的应用 2

1.4本论文研究的主要内容和结构安排 3

1.5本章小结 4

第2章数据采集与数据传输的基础理论 5

2.1数据采集的意义和任务 5

2.2模拟信号数字化处理基本理论 5

2.2.1采样过程 5

2.2.2采样定理 7

2.2.3模拟信号的采样控制方式 8

2.3数据传输理论基础 10

2.3.1数据传输 10

2.3.2串行通信接口标准 12

2.3.3RS232C接口 14

2.3.4串口通信基本接线方法 15

2.4本章小结 18

第3章系统的硬件设计 19

3.1系统硬件框图 19

3.2传感器 19

3.2.1电压型温度传感器LM35D 19

3.2.2气压传感器MPX4115 20

3.3A/D转换电路 21

3.3.1ADC0809的介绍 21

3.3.2ADC0809时序图 23

3.4单片机电路 23

3.4.1AT89S51说明 24

3.4.2单片机最小系统 26

3.5上位机通信电路 28

3.6显示电路设计 30

3.7电源电路 30

3.8本章小结 31

第4章系统的软件设计 32

4.1KeiluVision3简介 32

4.2程序设计 32

4.2.1主程序流程图 32

4.2.2LED数据显示子程序 33

4.2.3串口初始化子程序 34

4.2.4串口通信子程序 35

4.3程序调试结果 35

4.4本章小结 37

第5章系统仿真 38

5.1系统仿真使用工具介绍 38

5.2系统调试结果与分析 39

5.3本章小结 42

第6章结束语 43

致谢 44

参考文献 45

附录 46

附录一主要元器件清单 46

附录二整体电路结构图 47

附录三温度数据采集与传输程序 48

附录四压力数据采集与传输程序 52

第1章引言

1.1研究的目的及意义

数据采集与数据传输是指将温度、压力、流量、湿度等物理量从传感器采集，经过ADC转换成数字量后，通过传输系统送入计算机（微处理器）进行存储、处理、显示或者打印的过程。

数据采集系统是结合基于计算机（或微处理器）的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统，根据不同需要可以把ADC采集的电压信号进行相应的计算和处理，获得所需的数据，同时交予数码管实现电压显示功能，便于对某些物理量的监视和统计。

虽然在不同的应用领域中，对数据采集与处理系统的功耗、便携性、成本等方面有着不同的要求，但总体而言，要在确保精度的条件下，尽可能提高采集速度，以满足实时采集、实时处理、实时控制的要求。

实时性越高，工作效率越高，取得的经济效益也就越大。

随着电子技术、计算机技术的高速发展，数据采集与处理技术也在飞速提升。

在计算机广泛应用的今天，数据采集的在多个领域有着十分重要的应用。

它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。

在工业、工程、生产车间等部门，尤其是在对信息实时性能要求较高或者恶劣的数据采集环境中更突出其应用的必要性。

例如：

在环境勘查中，应用数据采集系统可以获取多种物理量，并对勘察对象进行存储、统计和分析，是获取科学奥秘的重要手段之一，从而提高了人们对自然的认知能力；在科学实验中，应用数据采集系统可以获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具。

本文设计的8路数据采集与数据传输系统主要应用在工业现场。

1.2数据采集与数据传输技术的概述

数据采集与传输技术是信息科学的一个重要分支，也是现代科学技术发展的一个重要标志。

近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据

采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域。

数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程。

数据采集器是一种具有实验室或现场进行实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、即时显示、即时状态分析、自动传输等功能的自动化设备。

基于单片机AT89S51的数据采集与数据传输系统，相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多外设电路配置简单、扩展方便、操作容易、可靠性高、实用性强、低电压、低功耗、低价格等优点，而ADC0809又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。

这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。

20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用。

由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠性的单片数据采集系统（DAS）。

目前有的DAS产品精度已达16位，采集速度每秒达到几千万次以上。

数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。

该阶段数据采集系统采用更先进的模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速地组成一个新的系统[11]。

1.3数据采集与数据传输系统的应用

以微型计算机为核心平台的数据采集监控系统逐渐暴露出许多缺陷，如：

工业环境一般条件恶劣，而微型计算机的防尘、防震等功能较差；体积大，不易携带和使用；扩展性差、成本高。

随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、压力、流量、湿度等场合。

数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统[11]。

技术的进步已经消除或显著地减少了大多数问题。

现在可提供选择的范围很

广，用户可以定做设备，也可以购买成套的数据采集系统。

随着PC时代的到来，

嵌入式数据采集技术以其可靠性高、体积小、重量轻、携带维护方便、易扩展、成本低、功能强等优势在数据采集领域起着举足轻重的作用。

数据采集与数据传输技术主要用于环境、传感器信号的测量、智能楼宇控制及地震预警等应用系统中，并在工业现场信号隔离及长线传输、工业现场数据的获取与记录、设备运行监视、RS-232/485总线工业自动化控制系统等领域也得到

广泛应用[11]。

当今现代化建设和国民经济发展迅速。

社会对生产环境和生活环境意识的要

求也越来越高。

人们的日常生活和周围环境息息相关，石油、化工、航天、制药、档案保管、粮食存储等领域对环境也有着较高的要求。

因此，环境的监测和控制已成为生产过程中非常重要的技术。

目前我国环境监测的发展相对完善,已经建立了一整套数据收集系统。

主要包括自动监测和手工监测两种,并正随着信息技术的进步而逐步向智能化监测发展。

环境自动监测系统的建设和管理是建立在环境监测、自动控制、计算机、电子、通信等多个领域的技术基础上的系统工程。

1.4本论文研究的主要内容和结构安排

鉴于数据采集与数据传输系统的广泛应用和其特有的优势，设计了一个8路高速数据采集采集器和一个可以与上位机串行通信的数据传输电路，并将这两部分合并起来成为数据采集与数据传输系统。

系统主要包括传感器，A/D转换模块，输出控制模块，数据传输模块，显示模块五个部分。

文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。

整个系统的核心是进行实时数据监控，完成了设计所有要求。

本设计应用性比较强，系统可以作为工业现场的实时数据监控系统，利用单片机实现数据监控并通过计算机存储数据。

设计后的系统具有操作方便，控制灵活等优点。

如果稍微改装可以做热水器温度调节系