1、石家庄铁道学院毕业设计基于 C51 单片机的数据采集系统The Design Of Data Acquisition System Based On C51 SCM2012 届 信息科学与技术 分院专 业 计算机科学与技术 学 号 20082542 学生姓名 指导教师 完成日期 2012 年 5 月 27 日毕业设计成绩单学生姓名 学号 20082542 班级 信 0801-3 专业 计算机科学与技术毕业设计（论文）题目 基于 C51 单片机的数据采集系统设计指导教师姓名 刘玉红指导教师职称 副教授评 定 成 绩指导教师 得分评阅人 得分答辩小组组长 得分成绩：院长签字：年 月 日毕业设计任务
2、书题 目 基于 C51 单片机的数据采集系统设计专 业 计算机科学与技术 班 级 信 0801-3 学生姓名承担指导任务单位 信息分院计算机系 导师姓名 刘玉红 导师职称 副教授一、设计内容其研究内容主要包括：1. 熟悉 51 单片机（主要是 STC89C52RC）的用法；2. 了解 PCF8591 的 AD、DA 转换；3. 设计出电压数据采集系统。二、基本要求开发工具： 设计软件 Protel 99 se 与 Keil uVision3基于 STC89C52 的单片机开发板一块 要求论文正文不少于 1 万字，外文翻译 30005000 字，提供该系统设计实物、系统设计说明书、源程序、系统使
3、用说明。13、主要技术指标该系统以单片机 STC89C52 为主芯片,实际 PCF8591 是 8 路 8 位 AD，最大数位 255，它外部有一个基准电压，调节所测电压范围，我们所测外部模拟电压范围为 0-5V，0V 对应为0,5V 就对应 255，外部所测电压经模数转换 AD 变化为数字量 0-255，数码管也就显示此值。然后通过 PL2303 或 RS-232 转换送到 PC 机上显示，显示界面为我们送的串口调试界面。四、应收集的资料及参考文献1 单片机 c 语言编程基础与实践 北京：北京航空航天大学出版社，20082 单片机外围接口电路与实践工程 北京: 北京航空航天大学出版社, 20
4、093 51 单片机开发与应用技术详解 北京: 电子工业出版社, 20094 叶红海，李丽敏.基于单片机的多路数据采集系统的设计与实现.2008，No.4五、进度计划第 1 周 - 第 4 周 毕业实习；查阅资料，撰写开题报告；熟悉环境及工具。第 5 周 - 第 8 周 掌握相关理论与方法；系统分析与设计。第 9 周 - 第 14 周 系统开发。第 15 周 - 第 17 周 撰写论文并答辩。教研组主任签字 时 间 年 月 日毕业设计开题报告题目 基于 C51 单片机的采集系统设计学生姓名 学号 20082542 班级 信 0801-3 专业 计算机科学与技术 一、研究背景近年来，数据采集及其
5、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。数据采集系统起始于 20 世纪 50 年代，1956 年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作，并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大概在 60 年代后期，国内外就有成套的数据采集设备和系统多属于专用的系统。1120 世纪 70 年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统
6、的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。从 70 年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工业现场数据采集系统。1120 世纪 80 年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了很大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成，这一类在工业现场应用较多。20 世纪 80 年代后期，数据采集发生了很大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的
7、组合，用软件管理，是系统的成本减低，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。1120 世纪 90 年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS） 。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。该阶段的数据采集系统采用模块式结构，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，迅速组成一个新的系统。11尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系
8、统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、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。二、国内外研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于 20 世纪中期，在过去的几十年里，
9、随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。我国的数字地震观测系统主要采用 TDE-124C 型 TDE-224C 型地震数据采集系统。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的 TDE-324C 型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至 A/D 数字化，A/D 采用同时采样，采样数据经 DSP 数字滤波处理后，变成数字地震信号。该数据采集系统具备 24 位 A/D 转化位数，采样率有 5
10、0HZ、100 HZ、200 HZ。由美国 PASCO 公司生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由3 部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术可实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高为 25 万次/S；（3）软件：中文及英文的应用软件。受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰ACRA 公司 2000 年研发推出的新一代 KAM500 机载数据采集系统到了 2006 年。本系统采用 16 位（A/D）模拟数字变换，总采样率达 500K/S,同步时间为+/-250
11、ns，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。三、预期达到的目标1.数据采集系统数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。2. 方案论证2.1 A/D 模数转换的选择A/D 转换器的种类很多，就位数来说，可以分为 8 位、10 位、12 位和 16 位等。位数越高其分辨率就越高，价格也就越贵。A/D 转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。(1)逐渐逼近式 A/D 转换器：它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。(2)双积分 A/D 转换器：它是
12、一种间接式的 A/D 转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，缺点是数度很慢，适用于对转换数度要求不高的系统。(3)并行式 A/D 转换器：它又被称为 flash（快速）型，它的转换数度很高，但她采用了很多个比较器，而 n 位的转换就需要 2n-1 个比较器，因此电路规模也极大，价格也很贵，只适用于视频 A/D 转换器等数度特别高的领域。鉴于上面三种方案，在价格、转换速度等多种标准考量下，在本设计选用的是逐渐逼近式A/D 转换器PCF8591.2.2 单片机的选择单片机是一种面向大规模的集成电路芯片，是微型计算机中的一个重要的分支。此系统是由 CPU、随即存取数据存储器、只读程序存储器、输入输
13、出电路（I/O 口） ，还有可能包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路（LCD 和 LED 驱动电路） 、脉宽调制电路、模拟多路转换器及 A/D 转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成了一个最小但完善的计算机任务。单片机要使用特定的组译和编译软件编译程序，在用 keiluvision2 把程序下载到单片机内。而本设计选用的是 STC89C52.2.3 串行口的选择该串行口我选用了标准 RS-232C 接口，它是电平与 TTL 电平转换驱动电路。常用的芯片是MAX232，MAX232 的优点是：（1）一片芯片可以完成发送转换和接收转换的双重功能。（2）单一电源+5V 供电（3）它的电路设计与
14、连接比较简单而且功能齐全。2.4 显示部分LED 数码显示管是一种由 LED 发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了 8 个 LED 显示管，其中 7 个用于显示字符，1 个用来显示小数点，故通常称之为八段发光二极管数码显示器。对 LED 数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。LED 数码显示有动态扫描显示法和静态显示。在单片机中，为了节省硬件资源，多采用动态扫描显示法。2.5 按键键盘是一种常见的输入设备，用户可以向计算机输入数据或命令。根据案件的识别方法分类，有编码键盘和非编码键盘两种。通过硬件识别的键盘称编码键盘；通过软件识别的键盘成为非编码键盘。非
15、编码键盘有两种接口方法：一种是独立按键接口；另一种是矩阵式按键接口。四、研究方案1、 本系统在 Windows 7 环境下工作，前台使用 C51 单片机完成；后台使用KeiluVision3、Protel 99 SE 软件来完成，主要运用 C 语言及汇编语言进行编程。2、 本文介绍了基于单片机的数据采集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。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机 AT89S52 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括 A/
16、D 模数转换模块，显示模块，和串行接口部分。该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。8 路被测电压通过模数转换器 ADC0809 进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过串行口 MAX232 传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用LED 数码显示器来显示所采集的结果。五、进度计划1 第 1 周第 10 周：毕业实习、系统调研、熟悉开发环境及工具；2 第 10 周第 20 周：需求分析、总体设计，焊制基于 C51 单片机采集系统的板子；3 第 20 周第 30 周：详细设计、编码、调试；4 第 31 周第 32 周：撰写毕业论文及答辩。六、预
17、期阶段成果及最终成果分析阶段：单片机数据采集系统的需求分析。根据基于 C51 单片机采集系统要完成的数据采集工作，明确本系统要做什么，撰写需求说明书。设计阶段：分为概要设计和详细设计，解决系统怎样做的问题。包括功能设计和电路布线设计；设计本系统的各个功能模块：按键、LED 显示、A/D 模数转换等功能，并设计各模块间的接口，完成数据传输及采集工作。实现阶段：采用 C 语言及汇编语言编码，采用 KeiluVision3 软件完成，并用 Protel 99 SE软件进行电路图的绘制，用数据线串行来实现更为完整的系统功能。测试阶段：基于 C51 单片机采集系统进行上位机与下位机的数据采集，测试本系统
18、是否能达到预期的设想，是否能完成数据采集工作，针对发现的问题或新的要求及时完善本系统。完成阶段：撰写基于 C51 单片机采集系统的设计报告及毕业论文。七、参考文献1 金沙滩工作室 C51 板子贴吧2 唐颖，程菊花，任条娟单片机原理与应用及 C51 程序设计北京大学出版社，2008.63马忠梅，张凯. 单片机的 C 语言应用程序设计M北京航空航天大学出版社，2006.114刘文涛MCS-51 单片机培训教程 M北京：电子工业出版社，2005.5.5常铁原，王欣，陈文军. 多路数据采集系统的设计.电子技术应用，2008，No.11指导教师签字 时 间 2011 年 10 月 9 日摘要本文介绍了基
19、于单片机的数据采集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。本文介绍的重点是数据采集系统，而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通信控制采用了模块化的设计，数据采集与通信控制采用了单片机 STC89C52 来实现，硬件部分是以单片机为核心，还包括 A/D 模数转换模块，显示模块，USB 接口和串行接口部分。该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。8 路被测电压通过模数转换器 PCF8591 进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过 USB-UART 转换电路 PL2303 或串口 RS-232
20、 传输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用 LED 数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用 Keil uvision3 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： 单片机 数据采集 STC89C52 PCF8591 AbstractThis article describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The data collection system is th
21、e link between the digital domain and analog domain. It has an very important function. The introductive point of this text is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data collection and communication control use modular design. The data collect
22、ed to control with correspondence to adopt a machine STC89C52 to carry out. The part of hardwares core is SCM, is also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for data acquisition and answering the host machine.8 roads were measured the
23、electric voltage to pass the in general use mold-few conversion of PCF8591,the realization carries on the conversion that imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect .Then send the data to the host machine through PL2303 or RS-232.the host machine is responsible for data
24、 and display, LED digital display is responsible display the data. The software is partly programmed with Keil uvision3 The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like data-acquisition treatment,data-display and data-communication et
25、c.Keyword: SCM Data acquisition STC89C52 PCF8591 目录第一章 绪论 .11.1 研究背景及其目的意义 .11.2 国内外研究现状 .21.3 该课题研究的主要内容 .31.4 采用的方法.31.5 实现步骤.41.6 预期成果.4第二章 开发环境及开发工具.2.1 Protel99se 介绍.2.2 KeilUvision3 介绍.2.3 Microsoft Visual Studio 2005 介绍.2.4 其它.第三章 数据采集 .43.1 数据采集系统 .43.2 方案论证 .53.2.1 A/D 模数转换的选择 .53.2.2 单片机的选择 .5
