单片机开题报告

毕业设计（论文）开题报告 题目： 单片机实现同步采样数据采集系统设计 专 业 班 级 学 号 姓 名 指 导 教 师

2014年 02 月 24 日计算机科学与信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告

1 1 本课题的目的和意义、国内外研究现状、水平和发展趋势

1.1 课题的目的和意义 数据采集与数据传输技术是现代科学发展的一个重要的标志。 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。 数据采集与数据传输技术主要用于环境，传感器信号的测量、智能楼主控制及安防工程等用系统中，并在工业现场信号隔离及长线传输、工业现场数据的传输、工业现场数据的获取与记录、工控产开发、设备的运行监控、医疗、RS-232/485总线工业自动化控制系统等领域也得到了广泛的应用。 数据采集系统起源于20世纪50年代，1956年美国首先研究了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，因此得到了初步的认可。大概在60年代后期，国内外就有成套的数据采集设备。 基于单片机的数据采集系统，具有外设电路配置简单，扩展方便、操作容易，可靠性高、实用性强等特点，实现收采集与数据传输的功能。是目前广泛用于工业生产的手采集与传输系统。应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集，监控和记录，为提高产品品质、降低成本提供信息手段。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最重要手段之一。

1.2 国内外研究现状与水平 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。 随着测试测量和控制应用的要求变的越来越苛刻，数据采集板制造商正在提供吞吐速度更快。集成度更高。灵活性更强，且更易于编程的数据采集板。数据采集器是目前工业控制中应用效果多的一种产品，数据采集器的研究在国外已经相当成熟，而且数据计算机科学与信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告 2 采集器的种类不断增多，功能越来越强大，主要体现为体积、功能多样和使用方便等方面。比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器。它可单独使用又可以计算机连接使用，它具有多种测试功能，多种数据存储功能和控制方式。Measurement Computing 公司的最近产品包括USB-1608HS-2A0。这些模块提供真正同时发生的数据捕获，以每通道250kHz的采样率对最多8个通道的16个位单端或差分模拟量输入数据进行采集。这两款产品都包括16位的数字I/O，USB-1608HS-2A0还额外包含了两个信号范围在-10到+10V的16位模拟输出通道。 随着BAQ板制造商使用速度更快的信号转换器及其他高速设计技术，数据采样率也不断增长。几年以前，采样率最快就是用于音频的200ksps，由于技术进步，目前的采样率可以达到500ksps。今天，更多的DAQ板开始集成通用串行总线（USB）。除了Measurement Computing 公司之外，NI公司也发布了USB-6221和USB-6229 DAQ 板，提供32个模拟输入和250ksps的单通道采样率。尽管从目前来看，PCI和PXI是很多最新DAQ板中的通用接口总线，但USB却显示了强劲的发展势头，由于便携应用的需求，USB已经流行的DAQ总线。同PCI相比，USB采集板存在等待时间较长的问题，这是因为USB基于操作系统访问方式和串行性质降低了数据传输率。

1.3 发展趋势 我们所在的数字世界变得愈发复杂，因而我们对于系统的要求也越来越高，这样才足以监控整个物理和电气现象。 了解当下的数据采集系统和处理器，正不断突破数据记录系统极限的应用，以及下一代数据采集系统构架。 同时随着计算机的发展，用于连接外围设备的总线技术也在不断的演变。了解下一代总线技术，如USB 3.0、Thunderbolt、Wi-Fi、智能蓝牙与LTE，并知道它们会如何影响未来的数据采集。 移动技术的突飞猛同样进正快速影响着测试与测量解决方案。 该技术还处于成长阶段，工程师和科学家们因此不断完善各种技能手段以保持与时俱进。了解移动操作系统的激烈竞争，Windows8平板电脑是如何改变游戏局面，又是因为什么原因使得安全性成为了移动应用程序成功的关键。 计算机科学与信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告

3 2 文献查阅、调研情况

2.1 文献综述 数据采集是指通过传感器或其他设备采集被测体的信息，进而通过处理单元对被采集的信息进行处理，数据采集一般包括传感器模块、转换模块、处理模块、校对模块和反馈模块。针对不同的应用领域，系统有所不同。 根据这次所设计的数据采集系统的设计，我对有关数据采集的内容做了相当大的准备，首先从百度百科上了解到了什么是数据采集，让我对这门课题有了更深一步的了解。 在技术上，文献[1]，文献[2]，文献[3]，文献[4]，主要是针对调试时候对调试的c语言代码的编写，这些书籍里面有十分全面的功能代码让我参考。文献[7]，文献[8]主要是为了帮助我了解和选择合适的芯片，来设计出本次课题的硬件电路图。

2.2 调研情况 在初步了解并接触到了所要完成课题的要求之后，同时再根据自己所学知识与之相联系发现虽有一点眉目，再结合所找的材料和优秀相关论文还有参考书籍之后，但是还是有很多方面需要提高，需要老师的指导。 1、 单片机应用技术的编程原理。 2、 计算机与单片机接口通信原理。 3、 上下位机数据交换原理与实现。 4、 ISIS 7 Professional的使用 5、 Keil uVision4 6、 仿真软件之间的联合调试

3 本课题的基本内容、重点、难点

3.1 本课题的基本内容 数据采集时指各种模拟量进行采集，转换成数字量后，在进行储存、处理、显示或者打印的过程中，相应的系统成为数据采集系统。它包括了硬件和软件两大部分。其中硬件部分又可以分为模拟部分和数字部分。基于单片机的多通道数据采集系统一般都和MSC-51单片机进行数据采集及控制，通过单片机与PC机的通信将数据传送到PC机。 数据采集的基本任务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科学与信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告 4 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，也将计算机得到的数据进行显示、储存或者打印，以便实现某些物理量的监视，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。 在信号采集系统中，单片机主要担当A/D转换，并对采集到的数据传输到上位机的角色，同事若上位机反馈信息、指令、单片机受到指令后还需要对外围设备进行相关的控制。 本次设计的基本内容就是以51单片机为核心，该系统由采样保持和A/D转换器等硬件对数据进行采样，其主要核心就是A/D转化，将采集到的模拟信号通过A/D转换器转换为数字信号存入电脑中。硬件是整个系统的基础，是能否能成功完成此次设计的第一步。 软件的设计是整个系统的保证，采用C语言的编写方式来完成，C语言是属于较为低级的语言，与硬件具有较好兼容性，同时也不像汇编语言这么复杂，也比较容易编写也比较直观。 计算机科学与信息工程学院 毕业设计（论文）开题报告

5 3.2 本课题的重点

由于本次的毕业设计采取的是模拟的方式，且我们使用的方法是采用Keil uVision4和ISIS 7 Professional联合调试，所以两者的联合应用就显得特别重要。因此这两个程序如何联合调试的方法就显得很重要。ISIS 7 Professional 主要是为了模拟电路的设计，而Keil uVision4 则是为了运行代码的书写。只有当两者相结合的时候才能最高效率的完成整个课程设计的仿真任务。 同时在设计电路的时候要尽可能的考虑各种因素，保证电路的功能的完整，不要有所遗漏，同时要选择与实际生活中相关的常用芯片作为本次设计的部件，不能因为是仿真而不考虑实际的情况。设计的电路要符合尽可能的符合实际并且尽可能的简单。 在信息采集系统中，单片机控制整个系统工作，将采集到的数据传输到上位机，若上位机有反馈信息、指令、单片机收到上位机发来指令还需对外围设备进行相关的控制，常见的单片机油MSC51系列单片机、PIC系列单片机、AVR系列单片机，各系列单片机都有自己的特点。51系列单片机应用非常广泛，有很多电气公司推出了与51单片机兼容的单片机如ATMEL公司的AT89C51、PHILIS公司系列的单片机、Silicon出品的C8051系列单片机。 在通信系统中，单片机将通常是通过串行通信方式将信息传送到PC机上，串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由具有几位总线的计算机内的发送设备，将几位并行数据经并-串转换成串行方式，再逐位传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式转换成并行方式以供接受方使用。串行通信要求具有规范的数据式、传输时序、随着集成电路技术的发展，这些控制逻辑已经被集成到一个芯片中，使得串行数据通信的实现比较容易。常用的串行数据类型有：RS-232串行通信接口、RS-442串行通信接口、RS-485串行通信接口等，他们在传输距离、抗干扰性、技术成熟性等方面，需要根据数据采集器的具体应用选择不同的通信方式。

3.3 本课题的难点 首先在于电路的图的设计，设计的电路必须合理和准确。一旦其中有所遗漏会对整个系统造成较大的影响，如果设计的太过复杂就会使得整个电路看上去很繁琐，使得整个运行速度会有很大程度上的影响，可能会导致采集的数据延误从而造成不必要的麻烦。同时每块芯片的引脚我也必须弄清楚，清楚各个引脚的功能。 其次，软件的编写也是一个很重要的地方，每个芯片都会有其独特的指令，在这之前我们必须要弄清楚这些指令代码，正确合理的使用这些指令才能使得这个设计取得最后的成功。