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多路模拟信号采集器摘要：本多路模拟信号采集器由现场模拟信号产生器、8路信号采集器、主控制三部分组成，实现了对正弦波的产生、处理和显示。
模拟信号产生器采用RC震荡原理，以运算放大芯片LM358为主体，产生八路频率在200Hz~2kHz之间可调的正弦波信号，为便于后级的采集和处理，要求波形完整和光滑。
信号采集器分为采集模式选择电路、波形转换电路、频率/电压转换电路。
主控制器包括两块STM8S105C6的8位ST芯片，分从机和主机。
从机联系了信号采集器和主机两个部分，信号采集器将AC/DC/频率脉冲三线信号输入从机MUC进行处理，完成频率计算、幅值计算等功能。
同时从机通过通用异步收发器(UART)与主机双向联系，实现两个MUC之间数据传输。
主机控制从机，最后通过高分辨率的LCD 对信号的频谱进行显示。
程序设计采用汇编语言在STVD的编译器上编程实现。
经测试，整机功能齐全，灵敏度、显示功能、传输距离等各项性能指标均可达到设计要求。
关键词：信号采集、多路、F/V转换、LCD显示Multiplexed analog signal acquisition deviceAbstract: The way more than the analog signal collector by the analog signal generator, 8 signals collector, Lord control three parts, realize the sine wave produced, processing and display of. The analog signal generator RC shocks the principle of operation amplifier chip LM358 as the main body, produce the frequency in the 200 Hz 8 ~ 2 kHz adjustable between the sine signals, for convenience level after collection and processing, requirements and smooth wave complete. Signal unit into collection model choose circuit, waveform conversion circuit, frequency/voltage transform circuit. The controller of two of the STM8S105C6 including eight ST chip, points from machine and the host. Contact the signal from the machine harvesters and host two parts, the unit will signal the AC/DC/frequency pulse three line signal input from machine MUC processing, the complete frequency calculation, amplitude calculation etc. Function. At the same time from the machine through the general asynchronous transceiver (UART) and host two-way contact, realize between two MUC data transmission. The main engine control from machine, the last through the high resolution LCD to signal spectrum displayed. Program design USES assembly language in STVD compiler in the programming. By test, the complete function, sensitivity, display function, the transmission distance etc various performance indicators are can meet the design requirements.Key words: signal acquisition and road, F/V switching, LCD display目录1.系统设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙ 41.1 设计要求及要求∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙41.2总体设计方案∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙4 2．单元硬件电路设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙82.1 现场模拟信号产生器部分电∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙82.2 八路数据采集器部分电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙92.3 主控制部分电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙113. 软件设计∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙133.1 设计软件∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙133.2设计语言∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙133.3 程序设计框图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙134. 系统调试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙154.1 调试方法∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙154.2 调试工具∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙154.3 调试内容∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙165. 系统功能、指标参数∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙165.1 波形发生器测试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙165.2 8路数据采集器测试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙175.3 距离传输测试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙175.4 LCD显示测试∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙176. 设计总结∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18参考文献∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18附录1 主要元器件清单∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙19附录2 电路原理图及印刷板图∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙20附录3 程序清单∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙211.系统设计1.1设计任务及要求1.1.1 设计任务设计一个8路数据采集系统，系统框图如图所示。
四川工程职业技术学院毕业设计（论文）论文题目：基于51单片机的多路数据采集系统设计办学单位：四川工程职业技术学院电气系指导老师：XX 职称：副教授学生姓名：XX 学号: XXXXXXXXXXXXX 专业：电子信息工程技术2014年12月30日摘要本论文主要阐述了具有AD转换功能的STC12C5160S2单片机作为系统的控制中心，可以实现对多路模拟信号进行采集、处理及显示的多路数据采集系统。
具有处理能力强、精度高、通用性强等特点。
硬件部分主要包括单片机控制模块、模拟量采集接口模块、键盘扫描模块、LCD显示模块、电源模块。
基于单片机的多路采集系统是一种对单片机性能要求中等，结构简单，实用性较强的低端电子产品，单片机作为核心器件，以其体积小、成本低、速度快、升级容易等优点具有很好的现实意义。
关键词多路数据采集系统单片机模拟量ABSTRACTThis design uses a single chip AD conversion function STC12C5A60S2 control center as the system can achieve 8-way analog signal collection, with processing power and high accuracy, versatility, etc. advantages. The hardware part of the control module include microcontroller, analog capture interface module, the keyboard input module, LCD display module, power module.Based on SCM multiplexed multi-channel data acquisition system is a kind of single-chip processor requirements medium, the structure is simple, practical stronger low-end electronic product, the single chip microcomputer as the core device, with its small size, low cost, speed, upgrade easily and so on, have good practical significance.KEY WORDS multi-channel data acquisition scm analog目录第一章绪论第一节课题缘起一、设计背景和目的采用单片机实现的数据采集系统具有自动化和智能化，接口简单灵活且有较高的数据输率，能够对实时数据做出快速响应并及时分析和处理等特点，使得它们在许多应用场合得到了广泛的应用。
多路模拟信号采集电路毕业论文1 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义近年来，数据采集与处理的新技术、新方法，直接或间接地引发其革新和变化，实时监控(远程监控)与仿真技术(包括传感器、数据采集、微机芯片数据、可编程控制器PLC、现场总线处理、流程控制、曲线与动画显示、自动故障诊断与报表输出等)把数据采集与处理技术提高到一个崭新的水平。
“数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。
相应的系统称为数据采集系统。
从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。
总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。
数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。
同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。
数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。
在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。
现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现是超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果，是当代电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的硬件描述语言的可修改性、高集成性、高速低功耗、开发周期短、硬件与软件并行性决定了它的崛起是必然的趋势。
现场可编程门阵列FPGA器件是Xilinx公司1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作，其部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成，逻辑块之间可以灵活的相互连接。
1引言1.1 课题背景及研究的目的和意义数据采集是计算机在监测管理和控制一个系统的过程中取得原始数据的主要手段。
数据采集系统是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。
数据采集系统目前被广泛的应用于自动化控制及信号处理的各个领域。
一些市场上出售的小型数据采集器实际上就是全功能的计算机。
它们功能强大具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能；为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证，并能方便输入计算机，已广泛应用在工业、农业、商业、交通、物流、仓储等行业[1]。
一个大型的数据采集系统由以下几个部分组成：数据采集、数据传输、数据存储、数据处理、分析和显示等。
数据采集技术的发展离不开传感器和计算机控制技术[2]。
网络化测量、采集和控制是其发展的必然趋势。
因此，根据当前数据采集发展的实际情况，研制开发符合生产需要的多功能智能化的数据采集器具有重大的现实意义。
由此可见，研究本课题有着一定的实用性。
1.2 数据采集的现状及发展数据采集技术是以前端的模拟信号处理、模拟信号数字化、数字信号处理和计算机等高科技为基础而形成的一门综合技术，是联系模拟世界与计算机之间的桥梁。
在生产过程中，应用数据采集系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段。
在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一[3]。
数据采集技术可以使许多抽象的模拟量数字化，进而给出其量值，或通过信号处理对该模拟量进行分析。
与模拟系统相比，数字系统具有精度高、可靠性高等优点。
像温度、压力、位置、流量等模拟量，可以通过不同类型的传感器将其转换为电信号模拟量(如电压、电流或电脉冲等)，再通过适当的信号调理将信号送给模拟数字转换器(ADC)，使其转换为可以进一步处理的数字信号送给数字信号处理器或微处理机。
反之，数字信号处理器或微处理机可通过数字模拟转换器(DAC)将其产生的数字信号转换为模拟信号，再通过信号调理进行输出[4]。
多路数据采集系统设计序言随着计算机技术、电磁兼容技术、传感器技术和信息技术的飞速发展和普及，数据采集和处理系统得到了广泛的使用。
例如：在生产过程中，使用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低生产成本提供信息和手段；在科学研究中，使用这一系统可获得大量的动态信号，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获得科学奥秘的重要手段之一。
总之，不论在哪个使用领域，数据采集和处理越及时，工作效率、性能价格比就越高，取得的经济效益就越好。
总之，数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环[1]。
数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。
同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。
本毕业设计对一种多路数据采集系统进行了初步的研究，该多路数据采集系统能对多路模拟信号进行采集和处理。
系统以89C51为控制单元核心，利用模数转换器AD0809完成模数转换功能，结合单片机RS232串口功能，实现八路信号的采集、存储、显示及和PC机通信等功能，形成了良好的人机界面。
第1章绪论1.1多路数据采集系统介绍随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的使用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。
在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。
总之，不论在哪个使用领域中，数据采集和处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。
此外，计算机的发展对通信起了巨大的推动作用。
算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。
数据通信是计算机广泛使用的必然产物[2]。
摘要本次设计是建立一个多路模拟信号采集系统，能处理模拟信号，同时对信号进行循环采样并通过键盘控制输出。
它主要由A/D转换模块、单片机、显示模块、键盘控制器模块组成。
其中最主要的部分是单片机和A/D转换器，首先被测模拟信号通过A/D转换器转换成数字信号，然后通过单片机的处理，在显示器上不停的显示所采样的数据，通过键盘给一个控制信号，可以选择的任意一路信号在1602上面输出显示。
本设计将介绍一种以单片机为核心的数据采集系统，它能测量直流电压及光敏阻值，并且测量结果能通过1602显示器显示出来，从而具有一定的智能性。
本设计将对硬件电路部分和软件程序部分分别作介绍。
在硬件部分，本文就系统的各个组成模块的原理做了详细的介绍。
在软件部分，详细阐述了各个模块电路的软件设计方法和设计中的细节。
随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。
本次的课程设计研究对以后生活及工业应用将会有主要的意义。
关键词：PCF8591 AT89C51 LCD1602显示屏目录一、设计内容及要求-------------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1设计内容 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 11.2设计要求 ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1二、系统总体设计方案 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 12.1主控芯片设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 12.2显示方案设计 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 2三、系统硬件设计----------------------------------------------------------------------------------------------------- 23.1单片机控制模块设计-------------------------------------------------------------------------------------- 33.1.1主要性能参数-------------------------------------------------------------------------------------- 33.1.2功能特性 -------------------------------------------------------------------------------------------- 43.1.3引脚功能说明-------------------------------------------------------------------------------------- 43.1.4 AT89S51复位模式-------------------------------------------------------------------------------- 63.2电源设计------------------------------------------------------------------------------------------------------ 73.3模拟与数字信号采集模块设计 ------------------------------------------------------------------------- 73.4键盘输入模块的设计-------------------------------------------------------------------------------------- 93.4.1矩阵键盘工作原理-------------------------------------------------------------------------------- 93.4.2单片机键盘扫描法-------------------------------------------------------------------------------- 93.5 LCD显示模块的设计------------------------------------------------------------------------------------- 10四、系统软件设计---------------------------------------------------------------------------------------------------- 114.1系统工作流程 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 114.2编程软件（KEIL） ---------------------------------------------------------------------------------------- 114.3 A/D转换程序流程图------------------------------------------------------------------------------------- 12五、焊接与调试------------------------------------------------------------------------------------------------------- 135.1调试方案----------------------------------------------------------------------------------------------------- 135.2调试条件与仪器 ------------------------------------------------------------------------------------------- 13六、总结 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 14七、参考文献 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15 附录1 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 16 附录2 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 17模拟信号采集器设计一、设计内容及要求1.1设计内容本课题要求以单片机为控制器，对多通道模拟信号作数据采集并进行8位转换，采集到的数据以中断方式接入内存加以显示，并送到显示模块进行处理。
设计（论文）内容及要求：一、设计内容1、分析理解常用的单片机模拟电压测量电路系统，设计一可同时测量4路0~5V直流电压的电路，系统具有4路顺序循环采集与指定某一路采集的功能，且能通过显示出通道和电压值；2、学习Keil uVision2和proteus7电子仿真软件；3、将设计的电路通过仿真软件进行运行，并能得到正确结果；4、总结写出设计论文。
二、设计要求[1] 根据设计任务书设计内容，作出设计进度安排，写出开题报告；[2] 撰写毕业设计（论文），篇幅不少于1.5万字,图表数据完整;[3]收集查找资料,参考资料不少于六本,并于引用处标明;[4]按毕业设计(论文)规范要求,打印装订成册两本;[5]完成英语译文一篇。
三、主要参考资料[1] 谢自美. 电子线路设计*实验*测试.华中科技大学出版社.[2] 张友德等. 单片微型机原理、应用和实验.电子工业出版社.[3] 吴经国等.单片机应用技术. 中国电力出版社.[4] 李群芳.单片机微型计算机与接口技术.电子工业出版社.[5] 阉石.数字电子技术基础.高等教育出版社.[6] 黄智伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程.电子工业出版社.[7] 周立功.单片机实验与实践.北京航空航天大学出版社.南华大学本科生毕业设计（论文）开题报告设计(论文)题目基于单片机的4通道模拟信号采集与显示系统设计(论文)题目来源其它设计(论文)题目类型软件仿真起止时间07年12月-08年5月一、设计（论文）依据及研究意义：依据：单片机I/O口的输入输出功能、AD转换原理及LCD显示原理意义：多通道的模拟信号采集与显示系统比单通道的实用范围更广二、设计（论文）主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线）1、主要研究内容：分析理解常用的单片机模拟电压测量电路系统，设计一可同时测量4路0～5V直流电压的电路，系统具有4路顺序采集与指定某一路采集的功能，且能通过显示屏显示出通道数的电压值。
1 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义近年来，数据采集与处理的新技术、新方法，直接或间接地引发其革新和变化，实时监控(远程监控)与仿真技术(包括传感器、数据采集、微机芯片数据、可编程控制器PLC、现场总线处理、流程控制、曲线与动画显示、自动故障诊断与报表输出等)把数据采集与处理技术提高到一个崭新的水平。
“数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。
相应的系统称为数据采集系统。
从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。
总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。
数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。
同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。
数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。
在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求[1]。
现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)的出现是超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术发展的结果，是当代电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，它的硬件描述语言的可修改性、高集成性、高速低功耗、开发周期短、硬件与软件并行性决定了它的崛起是必然的趋势。
现场可编程门阵列FPGA器件是Xilinx公司1985年首家推出的，它是一种新型的高密度PLD，采用CMOS-SRAM工艺制作，其部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成，逻辑块之间可以灵活的相互连接。
CLB的功能很强，不仅能够实现逻辑函数，还可配置成RAM等复杂的形式。
配置数据存放在片的SRAM或者熔丝图上，基于SRAM的FPGA器件工作前需要从芯片外部加载配置数据。
配置数据可以存储在片外的EPROM或者计算机上，设计人员可以控制加载过程，在现场修改器件的逻辑功能，即所谓现场可编程[2][3]。
1.2 数据采集系统研究现状随着数字化进程的加快，工业生产和科学研究等各个领域对数据采集提出了更高的要求。
数据采集作为信息处理系统的最前端，从广义上讲，主要包括以下几个方面：数据的采集、数据的存储、数据的初步处理等，并且一般需要通过PC接口总线将数据送入计算机，根据不同的需要进行相应的算法处理。
简言之，数据采集系统的主要任务就是把输入的模拟信号转换成数字信号，并对其进行处理，为进一步操作做准备。
数据采集技术已经在雷达系统、通信设备、水声探测、遥感探测、语音处理、智能仪器设备、工业自动化系统以及生物医学工程等众多领域得到广泛的应用，并取得了巨大的经济效益和提高了工作效率。
随着工业化和现代化水平的不断发展，以数据采集系统为核心的设备迅速在国外得到了广泛的应用，且对数据采集的要求日益提高。
数据采集系统追求的主要目标有两个：一是精度高，二是速度快，一般是在保证精度的前提下提高速度；提高数据采集的速度主要是提高了工作效率和扩大数据采集系统的适用围。
目前，数据采集系统一般从数字信号处理器(DSP)和总线技术两个方面进行技术改进以提高精度和速度。
随着电子技术和计算机技术的不断发展，高性能DSP芯片层出不穷，新型高速、高分辨率的数据转换部件不断涌现。
数据采集系统的接口方式也己经拓展到ISA、PCI、USB、EIEEl394及VXI、PXI等多种总线接口，USB总线由于具有安装方便、高带宽、易扩展等优点，其中USB2．0标准有着高达480Mbs的理论传输速率(USB3．0标准也已经发布)，已经逐渐成为计算机接口的主流。
目前形成了以插卡式和便携式为主的两种产品，数据采集系统可分为基于板卡的集中式数据采集系统和基于分布式的数据采集系统。
集中式的基本方式是采用数据采集卡进行数据采集，将一块基于ISA或PCI的板卡插入PC机上，把外部信号引至计算机的端口然后接入数据采集卡，通过定制的软件就可以进行采集，其显著优点是成本较低、速度块。
但是，采用板卡安装麻烦、价格昂贵、易受干扰，同时由于计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。
分布式的基本方式之一是智能采集模块记录信号，通过一些通用总线如RS232，RS485进行传送，或者采用基于现场总线的数据采集模块，流行的现场总线如CAN 总线等，通过现场总线将智能采集模块引入计算机，上位机通过定制的软件和智能模块通信。
它的优点是易维护、布线简单、可靠性高；缺点是由于接口总线的限制使得采样速度远远低于集中式数据采集系统。
随着接口总线的进步，分布式数据采集是数据采集系统发展的一个重要趋势[4]。
1.3 课题的提出与任务要求数据采集存储系统目前在环境感知，图像处理、语音识别、通信等领域有着广泛的应用，它用于实时、高速地采集和记录应用领域的各项参数信息。
随着应用领域的不断深入，信号分辨率、采样率，数据存储容量，存储时间等要求都大幅提升，设备可靠性和实时性要求也越来越高，因此高精度、高可靠性的大容量数据采集存储系统就显得尤为重要，而且抗冲击干扰能力、可扩展性及可移植性等方面因素都必须严格考虑处理[5][6]。
虽然目前市场上有很多不同类型的数据采集产品，但这些产品还存在着诸如功能单一，通用性差，操作复杂，不能适用于差别很大的环境等问题，这些都严重的限制了产品的应用围，这迫使我们必须从实际出发，设计一套速度高，采集精度高，应用围广的素具采集系统，本课题正是为实现这一目的而提出。
本课题的主要目的就是：对16路模拟信号进行AD转换，通过FPGA将转换得到的数据存储到FLASH存储器中。
并能通过FPGA读出FLASH存储器中的数据。
技术要求如下：（1）信号采集电平围：0-5VDC；（2）采样位数：16bits（3）每通道采样率：40KHz；（4）能够完成FLASH的读写、擦除操作。
2 系统硬件电路的设计根据电路参数及其各项要求，提出整体设计方案，其整体框图如图2.1所示。
图2.1 整体设计方案以上系统由多路模拟量数据采集模块、FPGA中心控制模块、flash存储模块以及其它外围辅助电路组成。
多路模拟量数据采集模块是此设计中的重要环节，决定着获取信号的质量和采集测试的精度。
模拟信号的采集电路通常由模拟多路开关、电压跟随器、A/D转换器等部分组成。
其中模拟多路开关的作用是切换各路输入信号，使得不同通道的模拟量被有序地送入A/D转换器；电压跟随器用来对所采集的模拟量进行信号调理，从而获得更准确的被测量；A/D转换器是整个系统性能优异与否的关键，它的性能将直接影响整个数据采集系统。
FPGA中心控制模块由FPGA及外围电路组成。
FPGA是控制模块的核心部分，主要完成通道选择、A/D转换器的时序控制、数据的存储以及相应的控制逻辑等控制任务。
FLASH存储器模块在系统中主要完成数字信息的存储。
当A/D转换结束后，FPGA 给存储模块一个写信号，将转换后的数据存入FLASH存储器中。
根据整体设计方案，将各个模块细化，得到系统整体结构图如图2.2所示图2.2 系统整体结构图总结如下：模拟信号输入端的输入信号为需要采集的模拟信号，一般由传感器提供；信号调理电路的主要作用是滤掉干扰，使传感器输入的被测模拟量更加准确；A/D转换使模拟量转换成数字量，以便实现数据采集的目的；FPGA提供整个系统的控制信号，让整个系统正常有序的工作；FIFO用来提供对采样后的数据进行缓存。
数据采集存储系统工作可靠与稳定主要取决于信号采集、信号调理，数据传输以及数据存储四大模块设计。
数据采集与存储控制模块均采用Xilinx 公司的Spartan-Ⅱ系列FPGA 中的XC2S100实现。
它作为控制器具有时钟频率高，编程配置灵活，部延时小，运行速度快，I/O 端口多，配以IP 软核，本身集采样控制、处理、缓存、传输控制、通信于一个芯片，各方面均满足系统对实时性和同步性的要求[7]。
2.1 信号采集及调理模块信号采集模块FPGA 对其外围设备的控制全部通过I/O 端口进行控制，极提高了系统的采集速度。
部分应用如图2.3：图2.3 前端输入电路模拟信号主要测量的是冲击量、振动量、缓变（温度、压力等）和系统电量参数信息,并且留有备用采集通道。
冲击、振动、缓变模拟量接入由单电源轨至轨运算放大器OPA4340 构成的电压跟随器，16 路模拟量数据通过信号放大调理电路接入一片16 路高速模拟选择开关ADG706，通过中控FPGA 选通将所选模拟量输入16 位高速逐次逼近型模数转换器ADS8402，将模拟信号转换为数字信号；ADG706 模拟开关的切换时间42ns，16 路切换频率至少能可靠满足采样频率大于400 KHz 的模拟量信号。
ADS8402 采样转换时间仅需610ns，转换速度可达1.25MHz，转换时钟依靠部产生，避免因数字接口以及参考时钟和外部转换器之间产生的交界面抖动。
数字接口提供8 位和16 位两种选择增加了与控制器连接的灵活性，不受管脚资源的限制。
本设计使用ADS8402 部参考电压Vref=4.096V 作为基准，但是16 路模拟量输出电压围均为0～5V；超过了ADC 的输入电压量程，需要线性运算电路变换由模拟开关ADG706 输出的信号幅度以适合ADS8402 的输入信号围[8][9][10]。
从传感器输入的所有模拟信号围都是0—5 V，输入阻抗要求大于1 M欧，由于电源模块的输出电压只有5 V，所以为了保证信号的完整性，设计中选用了具有轨对轨输出特性的运算放大器0PA4340，并进行了适当的分压及阻抗匹配处理，对输出也进行了适当的滤波处理，图2.4为设计中用到的信号调理电路。
图2.4 单路信号调理电路2.2 通道选择电路设计中要求采集16路模拟信号，为降低系统成本和减小体积，采用公共A/D 转换电路，用1片16选1的模拟多路开关来实现通道的选取。
2.2.1 模拟多路开关的选择选择多路开关时，通常考虑以下几个参数：（1）通道数量：通道数量对切换开关传输被测信号的精度和切换速度有直接的影响，因为通道数目越多，寄生电容和泄漏电流通常也越大。
平常使用的模拟开关，在选通其中一路时，其它各路并没有真正断开，只是处于高阻状态，仍存在漏电流，对导通的信号产生影响；通道越多，漏电流越大，通道间的干扰也越多。
（2）导通电阻：理想的多路开关起导通电阻应为零，断开电阻应为无穷大，但现实中的模拟开关达不到这一要求。
