大学
毕业论文(设计)
物信学院2008级通信工程专业
题目高速数据采集系统
学生xx学号2008073021xx 指导教师xxx
年月日
摘要
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/D模数转换模块，显示模块，和串行接口部分。本课题设计一个高速数据采集系统,核心部分为8051单片机AT89C52、模数转换器采用MAX1177、人机接口由键盘、LED显示器构成。模数转换器MAX1177采样速率为135Ksps，采样精度为16位，并将采集到的数据暂时存储到外部数据存储器里，而后通过RS-232串行通信口将采集到的数据传送给上位机进行一定的处理。整个系统通过人机接口构成了数据的采集、存储、通信为一体的数据采集系统。
关键词: 数据采集AT89C52 单片机 MAX232
Abstract
This article describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The data collection system is the 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 collected to control with correspondence to adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardware’s core is AT89S52, is also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. A
high-speed data sampling with AT89C52 as its core part is designed. The system has a friendly Persons-Machine interface consist of a set of bottoms and LED, which takes ADCMAX1177 as the Analog-Digital converter. The sampling rate and accuracy of system are 100Ksps and 16-bit respectively. The sampled data is storied to extend RAM temporarily, and then is transmitted to PC using RS-232 serial communication. In fact the whole system is made up of the data sampling, storaging, the communication by pass Persons-Machine interface as a system.
Keyword: data acquisition ;AT89S52 ;microcontroller;MAX232
目录
摘要 (1)
Abstract (2)
目录 (3)
第一章前言 (1)
1.1 概述 (1)
1.1.1 研究背景及其目的意义 (1)
1.1.2 国内外研究现状 (2)
1.2 课题及主要任务 (3)
第二章系统结构 (4)
2.1 滤波放大 (4)
2.2 A/D转换和.D/A转换 (6)
2.3 键盘显示 (7)
2.4 RS-232串行通信 (8)
2.5 外扩存储器的扩展 (8)
2.6 系统结构框图 (8)
第三章硬件设计 (9)
3.1 微处理器 (9)
3.1.1 MCS-51的结构图 (9)
3.1.2 MCS-51单片微机内部的功能部件 (10)
3.1.3 AT89C52单片机简介 (10)
3.2 滤波放大电路 (11)
3.3 A/D转换 (12)
3.4 D/A转换 (15)
3.5外部存储器的扩展 (16)
3.6键盘、显示监控 (17)
3.6.1键盘部分 (17)
3.6.2显示部分 (18)
3.7串行通信 (19)
3.7.1串行口结构 (19)
3.7.2串行口的工作原理 (20)
3.7.3波特率的设定 (20)
3.8复位电路 (21)
第四章软件设计 (22)
总结 (24)
致谢 (25)
参考文献 (26)
附录一 (27)
附录二 (28)
第一章前言
1.1概述
随着工业自动化的不断提高, 计算机业的发展也日益迅速，作为其中重要组成部分的单片机，以其独特的结构和优点，越来越深受各个领域的关注和重视，应用十分广泛，发展极快。
单片机也就是把组成计算机的五大部件集成在一块芯片上，即在一块芯片上集成了：CPU、振荡器电路、ROM和RAM存储器、定时/计数器和并行/串行I/O 接口等，一块芯片就构成一台具有一定功能的计算机，称为单片微型计算机。
由于单片机就是一台计算机，因此它具有很多独特优点，即体积小、重量轻、单一电源、低功耗。功能强、价格廉，运算速度快、抗干扰能力强、可靠性高等。所以单片机特别适用于实时测控系统，应用领域越来越广，已成为传统工业技术改造，各类产品更新换代，实现自动化、智能化的理想机型。
在国内，尽管开发与应用单片微机的时间不长，但在MCS-48系列单片微机的基础上，很快就已开发和应用功能更强、更完善的8位高档MCS-51系列单片微机，且成效显著。目前已广泛而成功地应用于自动测控、智能仪表、各类设备、军事装置以及家用电器、社会用品等各个方面，大大促进了我国四个现代化的进程[1]。
1.1.1 研究背景及其目的意义
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。
20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。
20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。
20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。
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。
1.1.2 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，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50HZ、100HZ、200HZ。
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+/-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。
1.2课题及主要任务
本课题的主要任务是设计一个高速数据采集系统，采集的频率范围为0～50K、幅值范围为0.2mV～0.1V的模拟信号进行0.25s高速采集，并通过单片机将采集到数据暂时存储到外部数据存储器里，采集完成后再通过RS-232将数据传送给上位机，系统还要实现人机接口和数模转换的辅助功能。
第二章 系统结构
根据上面的要求，系统主要有滤波放大、A/D 转换、键盘显示、RS-232串行通信、D/A 转换、外部数据存储器的扩展6个部分构成。
2.1 滤波放大
信号处理电路是把来自传感器的微弱电压信号经过信号处理电路变成标准
的电压信号。一般而言，传感器输出的信号不能直接转换为数字信号，因为传感器输出的是相当小的电压或电流信号。因此，在进行A/D 信号转换之前，必须通过信号处理电路对传感器输出信号进行信号处理。信号处理电路功能主要是把信号放大、滤波和线性化，经过信号处理后，使其适合于A/D 转换器的输入。通过ADC 对模拟信号进行数字化，然后把数字信号送到微型控制器或其他数字器件，进行系统的数据处理。由于不同的传感器有不同的特性，所以要根据具体传感器的特性和要求来设计自己的信号处理电路。
信号放大处理:检测外部物理信号的传感器所输出的电信号通常是很微弱的，电压仅为毫伏量级，甚至更小。对于这些过于微弱的信号，即无法直接显示，一般也很难做进一步的处理。这里所说的放大都是指线性放大，就是放大电路输出的信号中包含的信息与输入的信号完全相同，即不减少任何原有信息，也不增加任何新信息，只改变原来信号幅度或功率的大小。
同相放大电路的基本形式如图一所示。
Ui(t)
Uo(t)
R 2
1
+
-N
∞
i
i +
R
图一 同相放大基本电路
其闭环电压增益为
12
1R R
K f += （1-1）
输入电阻i R 根据放大电路输入电阻的定义有
i R =i i
i v （1-2）
式中i v =i u ，因i r →无穷，必有i i →0，故从放大电路的输入端口看进去的电阻
为: i R =i i
i v →无穷 （1-3）
同相放大电路具有高输入阻抗，但也易于受干扰和精度低的不足。
信号滤波处理:滤波电路是一种能使有用频率信号通过而同时抑制无用频率信号的电子装置。
所以滤波器实质上是一种选频电路，它允许指定频段的信号通过，而将其余频段上的信号加以抑制或使其急剧衰减。对于幅频响应，，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，而把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率称为截止频率。
理想滤波电路在通带内应具有零衰减的幅频响应和线性的相位响应，而在阻带内幅度衰减到零。按照通带和阻带的相互位置不同，滤波电路通常可以分为以下几类：
20Lg(A)dB
f
f2
20Lg(A)dB
通
阻
阻
通
f
f1
20Lg(A)dB
f
f1f2
20Lg(A)dB
f
f1f2
0阻
通
阻
通
阻
通
(a)低通滤波器
(b)高通滤波器
(c)带通滤波器
(d)带阻滤波器
图二 滤波电路的理想特性
图(a)是低通滤波电路幅频响应，它的功能是让从零到某一角频率2f 的低频信号通过，而对于大于2f 的所有频率则给予衰减，所以低通滤波器保留了低频信号而滤掉了高频信号。2f 称为低通滤波器的高截止频率。
图(b)是高通滤波电路幅频响应，它的功能是让从1f 到无穷的高频信号通过，而对于小于1f 的所有频率则给予衰减，所以高通滤波器保留了高频信号而滤掉了低频信号。1f 称为高通滤波器的低截止频率。
图(c)是带通滤波电路幅频响应，它的功能是让从零到某一低角频率1f 的低频信号和某一高角频率2f 到无穷的高频信号通过，而对于大于1f 小于2f 的所有频率则
允许通过，所以带通滤波器滤掉了低频和高频信号而保留了中间频率信号。1f 、2f 分别称为此带通滤波器的低、高截止频率。
图(d)是一带阻滤波器的幅频特性，它滤掉某一频段的信号，而该频段以外的信号则顺利通过。
在本设计中，主要使对频率范围为0～50K 、幅值范围为0.2mV ～0.1V 的低频的模拟信号进行滤波和放大，即将高于50KHZ 的干扰信号滤去，然后通过运算放大器进行两级放大，放大倍数为100。
2.2 A/D 转换
所谓的A/D 转换，简单的说就是将模拟信号转换为数字信号的过程。 AD 转换器的分类:积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
AD 转换器的主要技术指标:1）分辩率(Resolution) 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与2^n 的比值,分辩率又称精度，通常以数字信号的位数来表示； 2转换速率(Conversion Rate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD 转换所需的时间的倒数，积分型AD 的转换时间是毫秒级属低速AD ，逐次比 较型AD 是微秒级属中速AD ，全并行/串并行型AD 可达到纳秒级，采样时间则是另外一个概念，是指两次转换的间隔，为了保证转换的正确完成，
采样速率 (Sample Rate)必须小于或等于转换速率，因此有人习惯上将转换速率在数值上等同于采样速率也是可以接受的，常用单位是ksps和Msps，表示每秒采样千/百万次（kilo / Million Samples per Second）；3）量化误差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差，通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB；4）偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小；5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对应的输入信号与理想输入信号值之差；6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。
AD转换器原理：A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。 A/D转换后，输出的数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。A/D转换器的工作原理。主要有以下三种方法：逐次逼近法、双积分法、电压频率转换法A/D转换四步骤：采样、保持、量化、编码。
本系统是对滤波放大后的模拟信号通过A/D转换器进行采集，采集的速率为100Ksps、精度为16位，每次的有效采集时间为0.25s，并将采集的数据存储到外部数据存储器里。
D/A转换简单的说就是将数字信号转换为模拟信号的过程。主要技术指标与A/D转换器相同。在本次设计中，我们是将事先存储到外部数据存储器里数据通过数模转换器转换成模拟信号。
2.3 键盘显示
键盘显示，分为键盘和显示。在本设计中键盘主要是起到控制和复位的作用，我们一共用了四个键盘，分别用来控制整个系统的开始、结束以及数模转换器内部的工作状态；显示块是用来显示整个系统是否正常工作以及各个模块是否正常工作的，一共用到了四个LED。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。
2.4 RS-232串行通信
串行通信是用于将系统采集的数据与PC 机进行串行通信。在本系统中，我们选用方式2，故PCON 设置为80H 、SCON 设置为50H ，定时器1工作在方式2，波特率为19200位/秒，故TMOD 设置为20H ，TH1＝FAH 。
2.5 外扩存储器的扩展
根据系统采集的数据量，单片机内部的数据存储器是远远达不到要求的。因此在本次设计中我们进行了外部数据存储器扩展，将采集到数据直接存储到外部存储器里。系统选用了64K ×8的静态数据存储器，实际的存储深度只有50K 。
2.6 系统结构框图
图三 系统结构
滤波 放大 A/D 转换
MCS-51
AT89C52
键盘显示
外扩RAM
RS-232串行通信
D/A 转换
第三章 硬件设计
3.1 微处理器
本系统的采样速率是100K,选用AT89C52单片机，外接24M 的晶振就可以达到这一要求。
MCS-51系列是继MCS-48系列之后发展起来的高档8位单片微机，它的出现直接与HMOS 半导体工艺的发展有关。在总结MCS-48系列及扩大功能应用的基础上，推出的MCS-51系列单片微机，扩大了片内存储器容量及外部程序存储器寻址空间，增强了指令及寻址功能，扩大了并行I/O 口和新增设全双工串行I/O 口，增加了中断源及优先级，新增了乘除法、比较和位操作等强功能指令。克服了MCS-48系列存储器容量小、运算功能弱的不足，提高了全机的操作速度等。MCS-51系列是功能极强的8位高档单片微机，它既可运用于简单的测控系统，又适用于复杂的测控系统，特别适用于逻辑控制。由于它性价比高，组成应用系
统灵活、方便，所以是当前国内普遍选用的机种。
3.1.1 MCS-51的结构图
基准频率源
振荡器及
定时电路 4K B 程序存储器 128字节
数据存储器 2个16位
定时/计数器
脉冲计数输入
CPU
外部中断
内部中断
64K B 总线
扩展控制
控制
可编程I/O
并行I/O 口可编程串行口
串行输入串行输出
图四 MCS —51单片机内部结构框
3.1.2 MCS-51单片微机内部的功能部件 1) 8位CPU ；
2)振荡器和时钟电路；
3)4K/8K字节的程序存储器ROM或EPROM；
4)128/256字节的数据存储器RAM；
5)可寻址外部程序存储器和数据存储器各64K字节；
6)二十多个特殊功能存储器；
7)32线并行I/O口；
8)1个全双工串行I/O口；
9)2/3个16位定时/计数器；
10)5/6个中断源，有2个优先级，同级中断则按优先顺序查询；
11)具有较强功能的位处理（布尔）能力。
12)在本系统中用到外部中断0、外部中断1、定时器0、定时器1和串行口。
3.1.3 AT89C52单片机简介
AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C52单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。
AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在
线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。
兼容MCS51指令系统· 8k可反复擦写(>1000次）Flash ROM · 32个双向I/O口· 256x8bit内部RAM
· 3个16位可编程定时/计数器中断·时钟频率0-24MHz
· 2个串行中断·可编程UART串行通道
· 2个外部中断源·共6个中断源
· 2个读写中断口线· 3级加密位
·低功耗空闲和掉电模式·软件设置睡眠和唤醒功能AT89C52P为40 脚双列直插封装的8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V 电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32~39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。
3.2 滤波放大电路
本系统主要是对频率范围为0到50K﹑最小值为0.2mV、幅值为0.1V的模拟信号进行采集。模数转换器ADCMAX1177的采集范围是0到10V﹑采集精度为16位。为了能使系统的达到采集的精度，先对要采集的模拟信号进行滤波和前置放大。用RC组成了一阶低通滤波电路，并选择了与ADCMAX1177匹配的放大器MAX4227，对信号进行了放大处理，放大系数为100倍。而MAX4227的合理放大
倍数是10倍，所以我们采用了两级一阶低通放大。RC滤波电路的截至频率是50KHZ。其电路图如图五所示：
图五滤波放大
3.3 A/D转换
本次我们所设计是高速、高精度的数据采集系统，根据这一要求我们选择了ADCMAX1177。
ADCMAX1177是16位低功耗、采样速率为135 Ksps、并行输出的逐次逼近型ADC,内部带有时钟，可以自动关断。它能够采集的模拟信号的范围为0－10V。其结构框图如图六所示：
图六 MAX1177的结构框图
我们从时序图(图七)可以看出，CS和R/C引脚控制ADCMAX1177的采样和转换。CS引脚的第一个下降沿启动器件，如果这时候R/C引脚是高电平，则CS的信号被忽略;如果R/C为低电平，则器件被启动。上电时间大概需要12ms，才能唤醒内部基准并开始转换（CREF=0.1UF,CREF=10UF）。它们的最小采集时间是2us，最大转换时间是4.7us（从CS引脚的第二个下降沿到转换结束EOC输出下降沿），即当EOC输出为低电平表示内部转换已经结束。当CS引脚输出第二个下降沿时，如果此时R/C时高电平则MAX1177进入关断状态（图八所示）；如果此时R/C时低电平则MAX1177进入等待状态（图九所示）。当CS引脚输出第三个下降沿时，开始进行数据并行输出，此时R/C必须为高电平。我们可以从框图看出高8位和低8位必须分时输出，而引脚HBEN可以实现，当HBEN为高电平时，高8位数据有效；则相反的是当HBEN为低电平时，低8位数据有效。
图七 ADCMAX1177时序图
图八 ADCMAX177关断时序图
图九 ADCMAX1177等待时序图
为了达到16位的精度，我们还使用了MAX4227构成输入缓冲放大器。 ADCMAX1177与单片机的电路图如图十所示：
P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78
RST 9RXD/P3.010T XD/P3.111INT R0/P3.212INT R1/P3.313T IME R 0/P3.414T IME R 1/P3.515W R/P3.616RD/P3.717XT AL 218
XT AL 119E A 31AL E 30PSE N 29P0.0(AD0)39P0.1(AD1)38P0.2(AD2)37P0.3(AD3)36P0.4(AD4)35P0.5(AD5)34P0.6(AD6)33P0.7(AD7)32P2.0(A8)21
P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28U2
AT 89C52
OC
1
C 111
D 31Q 22D 42Q 53D 73Q 64D 84Q 95D 135Q 126D 146Q 157D 177Q 168D 188Q 19U1
74L S373
C60.1uf C70.1uf
C8
0.1uf C90.1uf
+5V
+5V
Y124.000MHZ
N0N1N2N3N4N5N6N7N0N1N2N3N4N5N6N7N20N19N18N17N16
N23N22N21C1520p
C1620p
D0/D8
17D1/D9
18D2/D1019D3/D11
20D4/D121D5/D132D6/D143D7/D154R/C 5/CS 14AVDD 7DVDD 16RE FADJ 11RE F 12AGND 10AGND 8DGND 15
AIN 9
/E OC 6
HBE N 13U5
MAX1177
N16N17N18N19N20N21N22N23
图十 A/D 转换电路
3.4 D/A 转换[1]
在本次设计中，D/A 转换器主要是用来将高速采集时存储到外部数据存储器里的采集数据转换为模拟信号通过示波器显示出来进行分析。我们选取了最常用的模数转换器DAC0832。下面就DAC0832进行简单的介绍：
DAC0832是采用先进的CMOS/Si-Cr 工艺的8位D/A 转换器，可直接与主机相连接。在电路中采用了CMOS 电流开关和控制电路。从而达到较低的功耗和较低的输出漏电流误差。
DAC0832D/A 转换器是由输入数据寄存器、DAC 寄存器和D/A 转换器等所组成的CMOS 集成器件，其主要特点是内部设有两个独立的8位寄存器，因而具有双缓冲器功能，能将转换的数据寄存在DAC 寄存器中供D/A 转换器进行转换的同时，又可接受新的转换数据装入输入寄存器。这就可以根据需要实现快速修改DAC0832的输出。其组成结构组成图如图十一所示:
图十一 DAC0832的结构框图
因为DAC0832本身是输出电流型的，当D/A 转换结果需要电压输出时，可
在DAC0832的I01，I02输出端加接一个运算放大器，将电流信号变换成电压输出。我们将I01接到运算放大器的反相输入端；I02接到运算放大器的同相输入端并且接到地线；在Rfb 运算放大器的输出端接入一个反馈电阻Rf ，这样我们就可以得到输出电压VO,即VO ＝－I01×Rf 。其与单片机的接线及外部电路图如图十二所示：
V c c
20
Iout111lsbDI07Iout212DI16DI25Rfb 9DI34DI416Vre f
8
DI515DI614m sbDI713ILE 19W R218CS 1W R12
Xfe r
17
U7
DAC0832
R16
+12V
-12V
+5V
+5V
+5V
2
31
4
11
U8A LM324
Vout P1.01P1.12
P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78
RST 9RXD/P3.010TXD/P3.111INTR0/P3.212INTR1/P3.313TIMER 0/P3.414TIMER 1/P3.515W R/P3.616RD/P3.717XTAL218
XTAL119EA 31ALE 30PSEN 29P0.0(AD0)39P0.1(AD1)38P0.2(AD2)37P0.3(AD3)36P0.4(AD4)35P0.5(AD5)34P0.6(AD6)33P0.7(AD7)32P2.0(A8)21
P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28
U2
AT89C52
W R W R P2.6P2.6
图十二 D/A 转换电路图
3.5外部存储器的扩展[2]
8051单片机内部有128字节的RAM 存储器。CPU 对内部的RAM 具有丰富的操作指令。但在用于实时数据采集和处理时，仅靠片内提供的128个字节的数据存储器是远远不够的，在这种情况下就需要进行扩展。我们在选择这些存储器时应
高速数据采集系统 设计
基于FPGA和SoC单片机的 高速数据采集系统设计 一．选题背景及意义 随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制和科学研究中已成为必不可少的部分。高速数据采集系统在自动测试、生产控制、通信、信号处理等领域占有极其重要的地位。随着SoC单片机的快速发展，现在已经能够将采集多路模拟信号的A/D转换子系统和CPU核集成在一片芯片上，使整个数据采集系统几乎能够单芯片实现，从而使数据采集系统体积小，性价比高。FPGA为实现高速数据采集提供了一种理想的实现途径。利用FPGA高速性能和本身集成的几万个逻辑门和嵌入式存储器块，把数据采集系统中的数据缓存和控制电路全部集成在一片FPGA芯片中，大大减小了系统体积，提高了灵活性。FPGA 还具有系统编程功能以及功能强大的EDA软件支持，使得系统具有升级容易、开发周期短等优点。 二．设计要求 设计一高速数据采集系统，系统框图如图1-1所示。输入模拟信号为频率200KHz、Vpp=0.5V的正弦信号。采样频率设定为25MHz。经过按键启动一次数据采集，每次连续采集128点数据，单片机读取128点数据后在LCD模块上回放显示信号波形。
图1-1 高速数据采集原理框图 三．整体方案设计 高速数据采集系统采用如图3-1的设计方案。高速数据采集系统由单片机最小系统、FPGA最小系统和模拟量输入通道三部分组成。输入正弦信号经过调理电路后送高速A/D转换器，高速A/D 转换器以25MHz的频率采样模拟信号，输出的数字量依次存入FPGA内部的FIFO存储器中，并将128字节数据在LCD模块回放显示。 图3-1 高速数据采集系统设计方案 四．硬件电路设计 1.模拟量输入通道的设计 模拟量输入通道由高速A/D转换器和信号调理电路组成。信号调理电路将模拟信号放大、滤波、直流电平位移，以满足A/D转换器对模拟输入信号的要求。
激光雷达高速数据采集系统解决方案 0、引言 1、 当雷达探测到目标后, 可从回波中提取有关信息，如实现对目标的距离和空间角度定位,并由其距离和角度随时间变化的规律中得到目标位置的变化率，由此对目标实现跟踪; 雷达的测量如果能在一维或多维上有足够的分辨力, 则可得到目标尺寸和形状的信息; 采用不同的极化方法，可测量目标形状的对称性。雷达还可测定目标的表面粗糙度及介电特性等。接下来坤驰科技将为您具体介绍一下激光雷达在数据采集方面的研究。 1、雷达原理 目标标记： 目标在空间、陆地或海面上的位置, 可以用多种坐标系来表示。在雷达应用中, 测定目标坐标常采用极(球)坐标系统, 如图1.1所示。图中, 空间任一目标P所在位置可用下列三个坐标确定: 1、目标的斜距R； 2、方位角α；仰角β。 如需要知道目标的高度和水平距离, 那么利用圆柱坐标系统就比较方便。在这种系统中, 目标的位置由以下三个坐标来确定: 水平距离D，方位角α，高度H。 图1.1 用极(球)坐标系统表示目标位置
系统原理： 由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速传播, 如果目标恰好位于定向天线的波束内, 则它将要截取一部分电磁能。目标将被截取的电磁能向各方向散射, 其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后, 就经传输线和收发开关馈给接收机。接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息, 并将结果送至终端显示。 图1.2 雷达系统原理图 测量方法 1）.目标斜距的测量 雷达工作时, 发射机经天线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如果在电磁波传播的途径上有目标存在, 那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之间, 它将滞后于发射脉冲一个时间tr, 如图1.3所示。 我们知道电磁波的能量是以光速传播的, 设目标的距离为 R, 则传播的距离等于光速乘上时间间隔, 即2R=ct r 或 2 r ct R
基于单片机的温度数据采集系统实验报告 班级：电技10—1班 姓名：田波平 学号：1012020108 指导老师：仲老师
题目：基于单片机的温度数据采集系统 一．设计要求 1．被测量温度范围：0~120℃，温度分辨率为0.5℃。 2．被测温度点：2个，每5秒测量一次。 3．显示器要求：通道号2位，温度4位（精度到小数点后一位）。 显示方式为定点显示和轮流显示。 4．键盘要求： （1）定点显示设定；（2）轮流显示设定；（3）其他功能键。 二．设计内容 1．单片机及电源模块设计 单片机可选用AT89S51及其兼容系列，电源模块可以选用7805等稳压组件，本机输入电压范围9-12v。 2．存储器设计 扩展串行I2C存储器AT24C02。 要求： AT24C02的SCK接P3.2 AT24C02的SDA接P3.4 2．传感器及信号转换电路 温度传感器可以选用PTC热敏电阻，信号转换电路将PTC输出阻值转换为0-5V。 3．A/D转换器设计 A/D选用ADC0832。 要求： ADC0832的CS端接P3.5 ADC0832的DI端接P3.6 ADC0832的DO端接P3.7 ADC0832的CLK端接P2.1 4．显示器设计。 6位共阳极LED显示器，段选（a-h）由P0口控制，位选由P2.2-P2.7控制。数码管由2N5401驱动。 5．键盘电路设计。 6个按键，P2.2-P2.7接6个按键，P3.4接公共端，采用动态扫描方式检测键盘。 6．系统软件设计。 系统初始化模块，键盘扫描模块，数据采集模块，标度变换模块、显示模块等。 三．设计报告要求 设计报告应按以下格式书写： （1）封面； （2）设计任务书； （3）目录； （4）正文；
学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 09测控1W 姓 名： 胡建兵 学 号： 09314111 指导教师姓名： 朱 雷 2012 年 11 月 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 数据采集系统实验报告
实验2——A/D采集模块设计 一．实验目的 学习用状态机实现对ADC0809，AD574A等A/D转换器的采样控制。 二．实验原理 图1和图2分别为ADC0809的引脚图，转换时序图和采样控制状态图。时序图中，START为转换启动控制信号，高电平有效；ALE为模拟信号输入选通端口地址锁存信号，上升沿有效；一旦START有效后，状态信号变EOC变为低电平，表示进入状态转换，转换时间约为100us。转换结束后，EOC将变为高电平。此外外部控制可使OE由低电平变为高电平（输出有效），此时，ADC0809的输出数据总线D【7...0】从原来的高阻态变为输出数据有效。由状态图也可以看到，状态st2中需要对ADC0809工作状态信号EOC进行测试，如果为低电平，表示转换没有结束，仍需要停留在st2状态中等待，直到变成高电平后才说明转换结束，在下一时钟脉冲到来时转向状态st3。在状态st3，由状态机向ADC0809发出转换好的8位数据输出允许命令，这一状态周期同时可作为数据输出稳定周期，以便能在下一状态中向锁存器锁入可靠的数据。在状态st4，由状态机向FPGA中的锁存器发出锁存信号（LOCK的上升沿），将ADC0809的输出数据进行锁存。 图2.1 ADC0809工作时序
图2.2 控制ADC0809采样状态图程序如图实例1所示，其结构框图如图3所示。 图2.3 采样状态机结构框图
课程设计任务书 题目基于AD590的温度测控系统设计 系(部) 信息科学与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 班级电气092 学生姓名刘玉兴 学号090819210 月日至月日共周 指导教师(签字) 系主任(签字) 年月日
摘要 温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一。过去温度检测系统设计中,大多采用模拟技术进行设计,这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题;而其中任何一环节处理不当,就会造成整个系统性能的下降。随着半导体技术的高速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展, 数字化、微型化、集成化成为了传感器发展的主要方向。 以单片机为核心的控制系统．利用汇编语言程序设计实现整个系统的控制过程。在软件方面，结合ADC0809并行8位A／D转换器的工作时序，给出80C51单片机与ADC0908并行A ／D转换器件的接口电路图，提出基于器件工作时序进行汇编程序设计的基本技巧。本系统包括温度传感器，数据传输模块，温度显示模块和温度调节驱动电路，其中温度传感器为数字温度传感器AD590，包括了单总线数据输出电路部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 关键词：单片机、汇编语言、ADC0809、温度传感器AD590
Abstract Temperature is the most common one of process parameters in automatic control and industrial production. In the traditional temperature measurement system design, often using simulation technology to design, and this will inevitably encounter error compensation, such as lead,complex outside circuit,poor anti-jamming and other issues, and part of a deal with them Improperly, could cause the entire system of the decline. With modern science and technology of semiconductor development, especially large-scale integrated circuit design technologies, digital, miniaturization, integration sensors are becoming an important direction of development. In the control systems with the core of SCM，assembly language programming is used to achieve the control of the whole system．Combining with the operation sequence of ADC0809，the interface circuit diagrams of 80C51 SCM and ADC0809 parallel A／D conveger ale given．The basic skills of assembly language programming based on the operation se—quenee of the chip ale put forward．This system include temperature sensor and data transmission, the moduledisplays
目录 1系统摘要 (2) 2系统设计理论 (2) 3系统设计方案 (4) 3.1AD7891高速数据采集系统 (4) 3.1.1 AD7891结构及功能 (4) 3.1.2工作时序和极限参数 (5) 3.1.3 AD7891的应用 (6) 3.1.4 AD7891与微处理器的接口 (8) 3.2PCI-1714高速数据采集系统……………………………….…,,,.9 3.2.1 PCI- 1714 功能结构和特点 (9) 3.2.2 PCI- 1714的系统构成..............................,.. (10) 3.3基于AT89C51的数据采集通信系统设计 (12) 3.3.1系统硬件设计 (12) 3.3.2系统软件设计 (14) 4各种方案的比较 (16) 5心得体会 (17) 6参考文献 (18)
1.系统简介 随着数字技术的飞速发展，高速数据采集系统也迅速地得到了广泛的应用。在生产过程中，应用这一系统可以对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高生产质量，降低成本提供了信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可以获取大量的动态数据，是研究瞬间物理过程的有力工具，为科学活动提供了重要的手段。而当前我国对高速数据采集系统的研究开发都处于起步阶段，因此，开发出高速数据采集系统就显得尤为重要了。 所谓高速数据采集系统，是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测（其对象包括数字和模拟信号），并且能够对数据实行某些处理（包括存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息），以供显示、记录、打印或描绘的系统。 在数字技术日新月异的今天，数据采集技术的重要性是十分显著的。它是数字世界和外部物理世界连接的桥梁。而随着现代工业和科学技术的发展，对数据采集技术的要求日益提高，在雷达、声纳、图像处理、语音识别、通信、信号测试等科研实践领域中，都需要高精度，高数据率的数据采集系统。它的关键技术为高速高精度的ADC 技术，高数据率的存储和缓存技术以及系统高可靠性保证等。通过数据采集技术，科研人员在实验现场可以根据需要实时记录原始数据，用于实验室后期的分析和处理，对工程实践和理论分析探索具有重大意义。 2.系统设计理论 整个高速数据系统主要分为四个部分：数据采集部分、数据控制部分、数据处理部分、数据传输部分。 在数据采集部分，主要应用的就是采样定理、模数转换器ADC 及A/D 转换技术。采用定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。具体内容是，频带为F 的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值)1(t f ,)1(t t f ?±,)1(t t f ?±,……来表示，只要这些采样点的时间间隔F t 21≤?，便可根据各采样值完全恢复原来的信号)(t f 。模数转换器ADC 用来把连续变化的模拟信号转换为一定格式的数字量。ADC 转换器实际上就是一个编码器，输
第31卷第5期 唐山师范学院学报 2009年9月 Vol. 31 No. 5 Journal of Tangshan Teachers College Sep. 2009 ────────── 收稿日期：2008-12-12 作者简介：李洋（1982-），男，河北衡水人，唐山师范学院基础教育部教师。 -66- 一种高速数据采集系统的研究 李 洋，郭小松 （唐山师范学院 基础教育部，河北 唐山 063000） 摘 要：由于高速数据采集对信号完整性、信号干扰、高速布线及数据处理和高速实时存储要求极高，而其应用环境又往往非常复杂，所以在目前的实际应用中，很难实现一种既能进行长时间高速数据采集、又能进行大容量存储的数据采集系统。在此背景下，提出了一种高速数据采集及存储的解决方案，采用高速FPGA 加嵌入式微处理器作为中央处理器来进行高速数据传输和磁盘阵列数据存储，实现高速数据采集及大容量实时存储。 关键词：数据采集；模数转换；海量存储；RAID0 中图分类号： T N919.5 文献标识码：A 文章编号：1009-9115(2009)05-0066-03 Study of High-Speed Data Acquisition and Storage System LI Yang, GUO Xiao-song (Department of Foundation Education, Tangshan Teachers College, Tangshan Hebei 063000, China) Abstract: Because of the extreme requirements of signal integrity, noise jamming, high-speed layout, high-speed real-time storage and the complex application environments, it is very difficult to realize a high-speed data acquisition system which is suitable for long-time data acquisition and mass storage. Against this background, a solution of high-speed data acquisition and storage system is introduced in this thesis, which is using of high-speed FPGA and embedded microprocessors as the central processing device for high-speed data transfer and data storage of redundant array of inexpensive disks , realized on-time data acquisition and mass storage. Key words: data acquisition; A/D convert; mass storage; RAID 现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测量等一些高速、高精度的测量中，需要进行高速数据采集。目前，数据采集系统在高速A/D 、D/A 器件发展的带动下，采集带宽在稳步提高，具有100MSPS 采集能力以上的高速数据采集系统产品己较成熟。然而国外厂商的高速采集系统往往都价格不菲，而且由于高速数据采集对信号完整性、信号干扰、高速布线及数据处理和高速实时存储要求极高，国内完全掌握这个技术的厂商并不多，所以在实际应用中，很难找到一种满足需要的高速采集系统。这种情况长期限制了高速数据采集技术在我国工业生产和科学研究中的应用。 在这样的背景下，本文提出一种高速数据采集与实时存储系统的解决方案，解决以往在高速技术、数据存储与传输技术等方面的几个技术难点，采用FPGA 作为核心器件，集成中央逻辑控制及硬盘接口，直接将高速数据存入有多块硬 盘组成的实时RAID 存储系统中，实现了高速采集和实时存储，并可脱机运行。这种方案成本低廉，能提高采集速度，增加系统可靠性，并大大提高可持续采集时间，具有较大的灵活性。 1 总体系统方案硬件设计 高速数据采集系统的主要目的是把采集到的模拟信号转化为数字信号，所以模拟信号进入数据采集系统的第一步就是通过AD 采集电路进行模数转换；采集到的数据为了以后研究调用，就需要存储到存储器中，所以系统的最后一步是使用高速海量存储器对数据进行存储；系统的启动、停止和数据传输的方式还需要使用中央逻辑控制电路，所以在AD 采集电路与高速海量存储器之间增加中央逻辑控制电路来作为AD 采集电路与高速海量存储器之间的桥梁；系统通过人机接口与PC 机连接，可以对数据采集系统进行调试，还方便调用存储数据进行研究测试，并实现
(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 数据采集与传输系统 摘要 该数据采集与传输系统以89C51及89C2051为核心，由数据采集模块、调制解调模块、模拟信道、测试码发生器、噪声模拟器、结果显示模块等构成。在本方案中仅使用通用元器件就较好的实现了题目要求的各项指标。其中调制解调模块、噪声模拟器分别采用单片机和可编程逻辑器件实现。本数据采集与传输系统既可对8路数据进行轮检，也可设置为对一路数据单独监控。本系统硬件设计应用了EDA 工具，软件设计采用了模块化的编程方法。传输码元速率为16kHz～48kHz的二进制数据流。另外，还使用了“1”：“01”、“0”：“10”的Manchester编码方法使数据流的数据位减少,从而提高传输速率。
一、方案设计与论证 首先，我们分析一下信道与信噪比情况。本题中码元传输速率为16k波特，而信号被限定在30k～50kHz的范围内，属于典型的窄带高速率数字通信。而信噪比情况相对较好。这是因为信号带宽仅为20kHz，而噪声近似为0～43kHz（）的窄带白噪声，这样即使在信号和噪声幅度比值为1：1的情况下，带内的噪声功率仍然比较小，所以系统具有较高的信噪比。 方案一： 常用的数字调制系统有：ASK、FSK、PSK等。其中FSK具有较强的抗干扰能力，但其要求的的带宽最宽，频带利用率最低，所以首先排除。ASK理论上虽然可行，但在本题目中，由于一个码元内只包括约两个周期的载波，所以采用包络检波法难以解调，也不可行。另外，对于本题目，还可以考虑采用基带编码的方法进行传输，如HDB3码，但这种编码方法其抗干扰能力较差，因此也不太适合。 方案二： PSK调制方式具有较强的抗干扰能力，同时其调制带宽相对也比较窄，因此我们考虑采用这种调制方式。为了简化系统，在实际实现时，我们采用了方波作为载波的PSK调制方式。当要求的数据传输速率较低（≤24kbps）时，对原始数据处理的方法如下：
学生实验报告册 课程名称：___________________________________ 学院：______________________________________ 专业班级：___________________________________ 姓名：______________________________________ 学号：______________________________________ 指导教师：___________________________________ 成绩：______________________________________ 学年学期：2017-2018学年秋学期 重庆邮电大学教务处制
STAB! CUt OK ⑵ ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下： D7 ~ D0 : 8位数字量输出引脚。IN0 ~ IN7 : 8位模拟量输入引脚。 VCC +5V工作电压。GND地。 REF( +):参考电压正端。REF(-):参考电压负端。 START A/D转换启动信号输入端。 ALE地址锁存允许信号输入端。(以上两种信号用于启动A/D转换). EOC转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK时钟信号输入端(一般为500KHZ。 A B、C:地址输入线。 ⑶ADC0809对输入模拟量要求： 信号单极性，电压范围是0- 5V,若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B, C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0 —IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。
高速数据采集技术发展综述 摘要：高速数据采集系统广泛应用于军事、航天、航空、铁路、机械等诸多行业。区别于中速及低速数据采集系统，高速数据采集系统内部包含高速电路，电路系统1/3以上数字逻辑电路的时钟频率>=50MHz；对于并行采样系统，采样频率达到50MHz，并行8bit以上；对于串行采样系统，采样频率达到200MHz，目前广泛使用的高速数据采集系统采样频率一般在200KS/s~100MS/s，分辨率16bit~24bit。本篇文章主要简单介绍高速数据采集技术的发展，高速数据采集系统的结构、功能、原理、实现形式以及一些主要的应用。 关键词：高数数据采集系统、系统结构、系统原理、系统功能、实现形式、应用举例。 引言：高速数据采集技术在通信、航天、雷达等多个领域中广泛应用。随着软件无线电、通信技术、图像采集等技术的发展，对数据采集系统的要求越来越高，不仅要求较高的采集精度和采样速率，还要求采集设备便携化、网络化与智能化，并且需要将采集信息稳定的传输到计算机，进行显示与数据处理。同时，以太网协议已经成为当今局域网采用的最通用的通信协议标准。在嵌入式领域中，将以太网协议与数据采集系统相结合，形成局域网，实现方便可靠的数据传输与控制，是当前的研究热点。 1. 高速数据采集的发展 数据采集系统起始于20世纪50年代，由于数据采集测试系统具有高速性和～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。到了70年代中后期，在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，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表等同计算机融为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展他3。随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，基于标准总线并带有高速DSP的高速数据采集板卡产品也越来越多，技术先进、市场主流的厂商主要有Spectrum Signal Processing，SPEC，Signatec，Acquisition Logic，Blue Wave等公司 2001年Acquisition logic公司推出了基于PCI总线，采样率为500MS／s，1GS／s的8bit数据采集板卡AL500和AL51G，它的存储深度分别为64MB，256MB和1000MB三种。PCI 总线为主模式，数据宽度32bit，时钟频率33MHz，在突发模式下传输速率可达到133MB ／s。两种板卡还同时具有数字信号处理功能：通过板卡上的现场可编程门阵列FPGA来实
汇编语言程序设计实验说明书 实验一汇编语言程序上机过程 1实验二屏幕字符显示程序 3实验三音乐程序 5实验四键盘和窗口程序 7实验五活动图形显示程序 9实验六磁盘文件操作程序 12 实验一、实验二、实验四必做，其余选作一题
实验一汇编语言程序上机过程 实验目的: 1、掌握常用工具软件 PE,MASM和LINK的使用。 2、伪指令: SEGMENT,ENDS,ASSUME,END,OFFSET,DUP。 3、利用的 1号功能实现键盘输入的方法。 4、了解.EXE文件和.COM文件的区别及用INT 21H 4C号功能返回系统的方法。 程序: data segment message db 'This is a sample program of keyboard and disply' db 0dh,0ah,'Please strike the key!',0dh,0ah,'$' data ends stack segment para stack 'stack' db 50 dup(?) stack ends code segment assume cs:code,ds:data,ss:stack start: mov ax,data mov ds,ax mov dx,offset message mov ah,9 int 21h again: mov ah,1 int 21h cmp al,1bh je exit cmp al,61h jc nd cmp al,7ah ja nd and al,11011111b nd: mov dl,al mov ah,2 int 21h jmp again exit: mov ah,4ch int 21h code ends end start 实验步骤: 1、用用文字编辑工具（记事本或EDIT）将源程序输入,其扩展名为.ASM。 2、用MASM对源文件进行汇编,产生.OBJ文件和.LST文件。若汇编时提示有错,用文字编辑工具修改源程序后重新汇编,直至通过。 3、用TYPE命令显示1产生的.LST文件。 4、用LINK将.OBJ文件连接成可执行的.EXE文件。
四川大学电气信息学院 一电力系统数据采集与实时监控实验 二电力系统正常运行潮流分布与调整实验 [键入文档副标题] 王飞鹏 学号 1143031228 108班 2014/6/3 [在此处键入文档摘要。摘要通常为文档内容的简短概括。在此处键入文档摘要。摘要通常为文档内容的简短概括。]
实验一、电力系统数据采集与实时监控实验 1.实验目的 1)掌握组建电网仿真实验系统的方法与步骤； 2)掌握数据采集和实时监控SCADA的作用、基本功能、实现原理和操作方法； 3)掌握表征发电厂和变电站当前运行状态的参数类型和特点、获取方式、表现形式。如母线电压、有功功率、无功功率、电流和开关状态等； 4)掌握厂站终端的结构、特点和主要功能； 5)掌握改变发电厂和变电站当前运行方式的控制命令信息的类型和特点、下发方式。 2.调度自动化系统结构简介 电力系统是由许多发电厂、输电线路、变电站、配电线路和各种形式的负荷组成的。电力系统调度中心担负着整个电力网的调度任务，以实现电力系统的安全优质和经济运行的目标。 电力系统调度中心必须具有两个功能：第一是与所辖电厂、变电站及上级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离、高可靠性的双向交换，简称为电力系统监控系统，即SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）；另一个是本身应具有的协调功能（安全监控及其它调度管理与计划等）。 图1-1 调度系统结构图 TQWR-II微机型RTU具有以下特点： 1、标准的编程语言环境； 2、极强的环境适应能力，工作温度-40℃—70℃，环境湿度5%—95%RH； 3、极强的抗电磁干扰能力；
目录 1高速数据采集系统简介 2 2几种常用的数据采集系统方案简介与分析比较 3 2.1基于ARM的高速数据采集系统 3 2.2基于MCU+FPGA组合的高速数据采集系统 6 2.3基于USB2.0芯片CY7C68013以及模数转换芯片MAX1195的高速数据采集系统 10 2.4几种高速数据采集系统的比较 12 3自行设计的基于单片机的高速数据采集系统 13 3.1设计原理 13 3.2 AD转换模块设计 14 3.3 DA输出模块设计 16 3.4 LCD显示模块设计 18 3.5 总的电路图 18 4程序设计 19 5心得体会 25 6参考文献 26
1高速数据采集系统简介 通用的数据采集系统有硬件和软件两部分组成。硬件部分主要完成数据采集，存储等功能，软件部分则完成对硬件控制、对采集数据进行处理等功能。与传统的中、低速数据采集系统相比，高速高精度数据采集系统有其特殊性。首先，对于采样率高到一定程度的系统，很难用软件和常规的微机接口对其采样、转换过程进行控制。在这种情况下，通常用硬件实现转换过程的控制和采样数据的同步；其次，如果系统的实时性要求高，必须采用高速缓存对数据进行存储和高速DS芯片完成数字信号的实时处理。高速高精度数据采集系统的主要任务是将外界模拟信号进行采集转换，然后送往计算机根据相关要求进行数据处理，其结构主要由信号调理、采样保持、模数转换和微机系统等部分组成，系统的结构框图如图1.1所示。 图1.1 高速高精度数据采集系统框图 其中数据采集系统前置电路一般包括传感器、放大器和滤波器等，传感器把外界信号转变成模拟电量(如热电偶传感器、流量传感器、速度传感器等等)，其转换后的信号一般比较微弱，需要进行放大处理，在传感器转换信号和放大器工作时，常常产生噪声信号影响采集的准确性，这就需要滤波器降低各种噪声信号提高系统的信噪比。数据采集系统中常常需要对多组模拟量进行采集，在模拟量信号变化周期不快的情况下就可以选用模拟多路开关，这样模数转换电路就可以只选取一套从而降低系统的开发成本。其中模数转换器是数据采集系统中的核心部分，其性能决定了数据采集系统所能实现的功能。 2几种常用的数据采集系统方案简介与分析比较
调度实验报告记录电力系统数据采集与实时监控实验等
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四川大学电气信息学院 [键入文档标题] [键入文档副标题] USER 学号 1143031228 108班 2014/6/3 [在此处键入文档摘要。摘要通常为文档内容的简短概括。在此处键入文档摘要。摘要通常为文档内容的简短概括。]
实验一、电力系统数据采集与实时监控实验 1.实验目的 1)掌握组建电网仿真实验系统的方法与步骤； 2)掌握数据采集和实时监控SCADA的作用、基本功能、实现原理和操作 方法； 3)掌握表征发电厂和变电站当前运行状态的参数类型和特点、获取方 式、表现形式。如母线电压、有功功率、无功功率、电流和开关状态 等； 4)掌握厂站终端的结构、特点和主要功能； 5)掌握改变发电厂和变电站当前运行方式的控制命令信息的类型和特 点、下发方式。 2.调度自动化系统结构简介 电力系统是由许多发电厂、输电线路、变电站、配电线路和各种形式的负荷组成的。电力系统调度中心担负着整个电力网的调度任务，以实现电力系统的安全优质和经济运行的目标。 电力系统调度中心必须具有两个功能：第一是与所辖电厂、变电站及上级调度等进行测量读值、状态信息及控制信号的远距离、高可靠性的双向交换，简称为电力系统监控系统，即SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）；另一个是本身应具有的协调功能（安全监控及其它调度管理与计划等）。 图1-1 调度系统结构图 TQWR-II微机型RTU具有以下特点：
A/D 采集模块设计 学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 07测控 姓 名： 学 号： 指导教师： 2010年12月20日 JIANGSU TEACHERSUNIVERSITY OF TECHNOLOGY 数据采集系统实验报告
目录 一、实验目的 二、实验原理 1.ADC0809的原理及原理图 2.AD574A的原理及原理图 三、实验过程 四、实验结果 五、结束语 六、参考文献
一、实验目的： 学习用状态机实现对ADC0809,AD574A等A/D转换器的采样控制。 二、实验原理： 1.ADC0809的原理及原理图 图2.1和图2.2分别是ADC0809的工作时序图以及采样状态图。时序图中，START为转换启动控制信号，高电平有效，ALE为模拟信号输入宣统端口地址所存信号，上升沿有效；一旦START有效后，状态信号EOC变为低电平，表示进入转换状态，转换时间约为100us。转换结束后，EOC将变为高电平。此后外部控制可使OE由低电平变为高电平（输出有效），此时，ADC0809的输出数据总线D[7…0]从原来的高阻态变为输出数据有效。 由状态图也可看到，状态st2中需要对ADC0809工作状态信号EOC进行测试，如果为低电平，表示转换没有结束，仍需要停留在st2状态中等待，直到变成高电平后才说明转换结束，在下一个时钟脉冲到来时转向状态st3。在状态st3，由状态机向ADC0809发出转换好的8位数据输出允许命令，这一状态周期同时可作为数据输出稳定周期，以便能在下一状态中向锁存器中锁入可靠的数据。在状态st4，由状态机向FPGA中的锁存器发出锁存信号（LOCK的上升沿），将ADC0809的输出数据进行锁存。 图2.1 ADC0809工作时序 图2.2控制ADC0809采样状态图 2.AD574A的原理及原理图
任务要求 1．4路模拟量输入，输入电压范围0~5V，分辨率8位，转换时间100us，具有显示（数码管）测量结果（用10进制显示直流电压值或交流电压峰值）的功能； 2．1路模拟量输出，用来分别重现4路被采信号的波形（供示波器观测） 摘要 本数据采集系统是基于单片机A T89C51来完成的，4路的模拟电压通过通用的8位A/D 转换器ADC0809转换成数字信号后，由单片机进行数据处理，并将处理后的数据送LED 显示器显示。再经过常用的8位D/A转换器DAC0832将数字数据转换成模拟量，供示波器观测。 一、系统的方案选择和论证 根据题目基本要求，可将其划为如下几个部分： ●4路模拟信号A/D转换 ●单片机数据处理 ●LED显示测量结果 ●D/A转换模拟量输出 系统框图如图1所示： 图 1 单片机数据采集系统框图 1、4路模拟信号A/D转换 由于被测电压范围为0~5V，分辨率为8位，转换时间为100us，所以A/D转换部分，本系统选择常用的8路8位逐次逼近式A/D转换器ADC0809。 ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。下面说明各引脚功能。
IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START：A／D转换启动信号，输入，高电平有效。 EOC：A／D转换结束信号，输出，当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一＋5V。 GND：地。 ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动A／D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。 2、单片机数据处理 选择美国ATMEL公司的CMOS8位单片机AT89C51，其工作电压为2.7~6V，具有低电压低功耗性能和高性价比，兼容标准MCS-51指令系统，4Kbytes的PEROM和128bytes的RAM，片内置通用的8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元。 AT89C51是一种带有4 KB闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS 8位微处理器，可为很多嵌入式控制系统提供灵活且价廉的方案。所以，本设计采用ATMEL公司的AT89C51作为程序的主控芯片。 AT89C51数据总线是由P0口提供的，P0口本身能以多种方式提供数据总线和地址总线。当ALE输出信号为高电平时，P0将输出的数据锁入总线驱动器中作为地址的低8位，然后和P2送出来的高8位地址一起组成一个完整的16位地址，以寻址到外部的64KB的地址空间。A T89C51的地址总线比较简单(只有3个：RD、WR、PSEN)，其中RD是用来读取外部数据内存的控制线，WR是用来写数据到外部数据内存的控制线，PSEN是用来存取外部程序内存的读取控制线。 3、LED显示测量结果 这里选择的是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的数码管显示驱动及键盘扫描管
实验报告 班级： 姓名： 学号：
实验二、基于单片机控制的直流微电压测量系统设计 一、 任务 设计并制作一套直流微电压测量装置，用来测量输入的正负直流微电压，并将结果显示在液晶屏上。整个系统的示意图如图1所示。 ＋＋ －－ U 信号调理 （放大、滤 波等） AD 转换MCU 处理 液晶显示 图1 直流微电压电流测量示意图 二、要求 1.基本要求 （1）信号调理电路的输入阻抗≧500K ； （2）测量输入直流微电压范围±400mv ，分辨率±10mv ； （3）测量结果显示在液晶屏上（负电压在数值前显示“—”号），误差≦10%。 2.发挥部分 （1）提高测量输入直流微电压范围为±600mv 或提高分辨率为±5mv ，或两者同时提高，误差≦5%； （2）其它(如进一步提高分辨率等)。 三、说明 （1）整个系统采用5V 电压供电，可由直流电源提供。 （2）MCU 推荐采用TI 的MSP430系列单片机。 （3）输入的直流微电压可由仪表直接提供或仪表输出分压得到。 （4）正负电压由同一输入端接入测量电路。
实现代码： #include 南通大学计算机科学与技术学院 《虚拟仪器技术》课程作业 报告书 课题名：基于LabVIEW的温度采集系统 班级：软件工程 姓名： 学号： 2014年6月 18 日 1 设计目标 随着工业的不断发展，对温度测量的要求越来越高，而且测量范围也越来越广。本设计用LabView软件在PC机上编程实现了多点温度采集、动态图形显示、数据存储、报警、数据分析等功能。 2 设计内容 本温度采集系统的设计采用软件代替了数据采集卡，在数据采集过程中，实时地显示数据。当采集的温度值大于设定的高限报警数值时，就会点亮高报警红色灯，同时触发条件结构里的事件发生，使系统发出蜂呜声。当采集过程结束后，在图表上画出数据波形，并算出最大值、最小值，并自动产生数据文件，以供查询。 3 前面板设计 4 程序框图 温度采集总程序框图 实现步骤： 1、从结构工具模板选择条件循环结构“while循环”放入框图程序窗口，调整该条件循环框的大小，把节点放入循环框内。 2、使用随机数产生功能，用于产生随机温度值。添加温度控件，并将实时温度显示出来。 3、在前面板内再放置一个趋势图，标注为“温度历史趋势”，该图表将实时地显示温度值。 4、使用定时子模板中的等待下一个整数倍毫秒函数，再加上时间常数，把它设置为500。 5、该程序使用了条件结构，右边的TRUE Case与图中的FALSE Case同属于一个Case结构。根据输入端上的数值，来决定执行哪一个Case程序。如果产生的随机温度值大于高限数值，将执行True Case程序，反之则执行False Case 程序。 6.该程序框图还使用了写入电子表格文件函数（在文件 I/O子模块）。该模块把一个二维或者一维单精度数组转换成字符串，并把字符串写入一个新文件或者附回在一个已存在的文件后面。在本系统中，它将由温度采集数据和上限值组成的二维数组附加在一个默认路径为d:testdata.xls数据文件后面基于LabVIEW的温度采集系统实验报告
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