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多路数据采集系统设计1题目要求所设计的数据采集系统，共有 16 路信号输入，每路信号都是 0~10mV，每秒钟采集一遍，将其数据传给上位PC计算机，本采集地址为50H。
要求多路模拟开关用4067，A/D 转换用 ADC0809，运算放大器用 OP07，单片机用 89C51，芯片用 MAX232。
设计其电路原理图，用C51语言编制工作程序。
2总体方案设计根据题目要求，传感器首先采集 16 路信号，然后被多路模拟开关 4067 选通某一路信号，接着通过信号调理电路，由 A/D 转换器进行模 / 数转换后发送给单片机，之后通过MAX232由 RS232串口进行通讯，最终将数据传递到上位 PC计算机。
因此，数据采集系统主要包括以下几个主要环节：2.1 信号选通环节由于题目要求采集的信号路数达到了 16 路，每一路信号的流通路线均相同。
如果为每路信号都设置相应的放大、 A/D 转换单元，成本将大幅度提升。
因此可以接入一个多路模拟开关4076，轮流选通每一路信号，实现多路信号共用一个运算放大器和A/D 转换单元，即降低了成本，又简化了电路。
4067 为 16 路模拟开关，其内部包括一个 16 选 1 的译码器和被译码输出所控制的 16 个双向模拟开关。
当禁止端 INH 置 0 时，在 I/N0 －I/N15 中被选中的某个输入端与输出公共端 X 接通，外部地址输入端 A、 B、C、D 决定了被选通端；当 INH 置 1 时，所有模拟开关均处于断路状态。
2.2 信号调理电路为了方便信号的进一步传输和处理，一般均要在传感器的输出端接入信号调理电路，对传感器输出的信号进行变换、隔离、放大、滤波等处理。
此处的信号波动范围只有 0～10mV，属于微弱信号，需要进行放大处理。
按照题目要求，本文设计的系统选用运算放大器 OP07。
OP07是一种高精的度单片运算放大器，其输入失调电压和漂移值均很低，适合用作前级放大器。
2.3 A/D 转换器由于单片机只能处理数字信号，所以需要接入 A/D 转换器将模拟信号转换成数字信号。
《计算机测控技术》2021年春季学期在线作业（二）
试卷总分:100 得分:100
一、单选题 (共 10 道试题,共 50 分)
1.数据采集系统的模拟多路开关相当于（），完成被检测信号放大的器件是（）。
A.解调器，集成运算放大器
B.调制器，测量放大器
C.采样器，通用放大器
D.转换器，可编程信号放大器
答案:C
2.DI通道指的是（）
A.模拟量输入通道
B.模拟量输出通道
C.数字量输入通道
D.数字量输出通道
答案:C
3.数据采集系统中，输入信号采用单端接法比采用双端接法提供的采集通道数（）倍。
A.多1
B.少1
C.多2
D.少2
答案:A
4.模入通道的核心部件是（）。
A.多入切换开关
B.模/数转换器
C.采样/保持器
D.测量放大器
答案:B
5.如果一台计算机控制多个回路，则每一回路采集到的现场数据可以通过（）分时送给计算机
A.采样保持器
B.多路转换开关
C.模数转换器
D.传感器
答案:B
6.采样/保持器的逻辑端接+5V，输入端从2.3V变至2.6V,输出端为（）。
A.从2.3V变至2.6V
B.从2.3V变至2.45V并维持不变
C.维持在2.3V
D.快速升至2.6V并维持不变。
计算机控制系统（试题）答案在后面一、单选题(共126 题)【 1 】. 不属于规程中关于“取源部件的检修”这一节内容的是______。
A.机械量传感器的检修与质量要求B.取压部件的检修与质量要求C.电接点筒的检修与质量要求D.水位测量筒检修与质量要求答案：（）、【 2 】. 检修后的机柜，应无裸露线头遗留；但因检修完工验收时的疏忽，机组启动后热工人员小王巡检到FSSS柜时，发现柜内有裸露线头遗留，此时小王______。
A.应先用绝缘物将裸露线包扎后放入接线槽中，待机组运行稳定后，再查明原因处理B.为防止处理过程中发生异常，可暂不作任何处理，待机组运行稳定后，再查明原因处理C.应先用绝缘物包扎裸露线，然后立即汇报，等待指示D.应立即汇报，设备主人应立即查明原因予以恢复；若为无用线，及时用绝缘物将裸露线包扎后放入接线槽中答案：（）【 3 】. 关于测量管路，你认为下列说法正确的是______。
,A.为避免测量管路排污时对测量造成影响，各测量导压管均应分隔保温B.所有水位测量管路均应装设排污阀C.水位、流量等差压测量管路的正负压导压管应尽量靠近敷设D.所有测量管路均应装设二次阀答案：（）【 4 】. 对于-5V～+5V之间变化的模拟量信号进行数据采集，需采用______编码方式。
A.二进制编码编码【C.单极性编码D.双极性编码答案：（）【 5 】. A/D转换器接受输入信号的时间间隔，称为______；A/D转换器的转换时间与______的大小有关。
A.孔径时间模拟输入电压值B.采样时间模拟输入电流值C.转换时间接受输入信号的时间间隔D.采样周期量化误差】答案：（）【 6 】. 关于计算机控制系统的总电源，下面说法不符合规程要求的是______。
A.应由来自二路不同的电源系统冗余供电，电源自动投入装置应切换可靠B.正常运行时应由UPS提供，其容量应有大于40％的余量，质量符合要求C.若采用隔离变压器进行电源隔离时，检查隔离变压器应无异常发热，二次侧接地应良好D.供电回路中不应接有任何大功率用电设备，未经批准不得随意接入新负荷答案：（）{【7 】. 设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V，则该A/D转换器的量化单位是______。
多路数据采集系统设计
多路数据采集系统设计通常包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，需要考虑以下几个方面：
1. 数据采集模块：根据需要选择合适的模拟输入、数字输入或其他类型的传感器模块，并进行连接。
2. 信号调节：如果传感器输出的信号不符合需求，需要将其进行放大、滤波、隔离或其他调节。
3. 数据转换：将模拟信号转换为数字信号，可以采用模数转换芯片。
4. 多路信号复用：如果同时需要采集多个信号，可以使用多路复用器或多个采集模块。
5. 电源供应：为各个模块提供稳定的电源供应。
6. 通信接口：设计合适的通信接口，如串口、网络接口等，以方便数据传输。
7. 数据存储：选择合适的存储设备，如内存、硬盘、SD卡等，以存储采集到的数据。
软件设计方面，需要考虑以下几个方面：
1. 采集控制：编写控制程序，通过控制硬件模块的工作方式、采样时序和频率等参数，实现多路数据的同时采集。
2. 数据读取：编写数据读取程序，从硬件模块中读取采集到的数据，并进行处理。
3. 数据处理：对采集到的数据进行滤波、校正、分析等处理，以提取有用的信息。
4. 数据存储：将处理后的数据存储到合适的存储设备中，以便后续分析和使用。
5. 用户接口：设计合适的用户界面，以方便用户对系统进行操作和监视。
综上所述，多路数据采集系统设计需要综合考虑硬件和软件两个方面，确保系统能够稳定、高效地采集和处理多路数据。
智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。
难免有错误，望大家谅解并指出。
课后习题参考第一章1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。
选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。
解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。
1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。
解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。
P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。
特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。
初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。
模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。
高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。
有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。
1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5解：（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。
第一章绪论1.1课题研究背景和意义数据采集是指将位移、流量、温度、压力等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印。
数据采集技术是信息科学的一个重要组成部分，信号处理技术、计算机技术，传感器技术是现代检测技术的基础。
数据采集技术则正是这些技术的先导，也是信息进行可靠传输，正确处理的基础。
在工业生产中，对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，这样能提高产品的质量、降低成本。
在科学实验中，对应用数据进行实时采集，这样获得大量的动态信息，是研究物理过程动态变化的有效手段，也是获取科学奥秘的重要手段之一。
设计数据采集系统目的，就是把传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的数字信号，并把数字信号送入计算机，计算机将计算得到的数据加以利用观察，这样就实现对某些物理量的监视，数据采集系统性能的好坏，取决于它的精度和速度，在精度保证的条件下提高采样速度，满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。
数据采集常用的方式有在PC机，也可以在工控机内安装数据采集卡，如RS-422卡、RS-485卡及A/D卡；或专门的采集设备，包括PCI、PXI、PCMCIA、USB，无线以及火线(FireWire)接口等，可用于台式PC机、便携式电脑以及联网的应用系统中[2]。
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，并且测试任务是测试设备高速自动完成的。
近年来，数据采集及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，数据采集系统也朝着微型化、小型化、便携式，低电压、低功耗发展。
当前市场出售的小型数据采集器相当于一个功能齐全计算机。
这些数据采集器功能强大，能够实现实时数据采集、处理的自动化设备。
具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能[；不仅能保证现场数据的实时性、真实性、有效性、可用性，而且能很方便输入计算机，应用在各个领域。
基于单片机的多路数据采集系统设计摘要数据采集是指从带有模拟、数字被测单元的传感器或者其他设备中对非电量或电量信号进行自动采集，再送到上位机中进行分析和处理。
近年来，众人时刻关注着数据采集及其应用的发展和市场形势。
广大人们的关注使得数据采集系统的发展有了质的飞跃，它被广泛用于各种数字市场。
本文介绍了数据采集的相关概念和基本原理，设计了基于STM32F407的多路数据采集系统的硬件和软件的实现方法及实现过程，并经过调试完成其主要功能和主要技术指标。
硬件部分包括：主控电路、信号采集处理电路、TFT液晶显示电路、SD 卡存储电路、串口通讯电路。
实现过程是以STM32F407为控制核心，通过模数转换器，实时对输入信号进行采样，得到一串数据流，通过控制器的处理实现数据的采集和显示。
软件部分包括：信号采集分析算法、嵌入式操作系统移植、UC-GUI人机交互界面设计、文件管理系统移植。
主要实现了对采集数据的存储和分析，频率和幅值的计算，液晶屏的控制和界面显示。
程序是在keil uVision的集成开发环境中用C语言写成的，编程具有模块化的特点，因此可读性比较高，维护成本较低。
最后，用Altium designer（DXP）设计了数据采集系统的原理图，并制作了PCB电路板。
在实验室里制作了数据采集系统并进行了系统调试，经过调试，达到了所应该实现的功能和技术指标。
关键词：多路数据采集，STM32F407，液晶显示MULTI-CHANNEL DATA ACQUISITION SYSTEMBASED ON SINGLE CHIP DESIGNABSTRACTData acquisition is the automatic acquisition of non electric or electric quantity signals from sensors and other devices, such as analog and digital.In recent years, data acquisition and its application has gradually become the focus of attention. Therefore, the data acquisition system has been rapid development, it is widely used in various fields.The software part includes: signal acquisition and the embedded operating system transplant, UC-GUI man-machine interface design. Mainly realizes the storage and analysis of the collected data, calculate the frequency and am plitude of the LCD screen display and control interface. The program is written by C language in the integrated development environment KEIL uVision and modular programming makes the program readable and easy maintenance features Finally, using designer Altium to design and manufacture the digital oscilloscope circuit board PCB. In the laboratory, the digital oscilloscope has been made and the system has been debugged. After debugging, it has achieved the function and technical index that should be realized.KEY WORDS： Multi-channel data acquisition，STM32F407，liquid-crystal display目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1绪论 (1)1.1研究背景及其目的意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3研究的主要内容 (2)2系统总体方案设计 (4)2.1系统总体设计方案 (4)2.2系统总体框图 (4)2.3硬件系统方案设计 (4)2.3.1单片机的选择 (5)2.3.2信号衰减和放大电路 (5)2.3.3A/D模数转换器的选择 (6)2.3.4显示部分 (6)2.4软件系统方案设计 (6)2.5本章小结 (7)3硬件电路设计 (8)3.1电源部分 (8)3.2信号调理部分 (10)3.3信号采样 (12)3.4系统控制部分 (12)3.5本章小结 (14)1绪论1.1研究背景及其目的意义最近几年，众人时刻关注着数据采集及其应用的发展和市场形势。
