摘要本文介紹了基於微控制器資料採集的硬體設計和軟體設計，資料採集系統是模擬域與數字域之間必不可少的紐帶，它的存在具有著非常重要的作用。本文介紹的重點是資料採集系統，而該系統硬體部分的重心在於微控制器。資料採集與通訊控制採用了模組化的設計，資料採集與通訊控制採用了微控制器at89s52來實現，硬體部分是以微控制器為核心，還包括a/d模數轉換模組，顯示模組，和序列介面部分。
該系統從機負責資料採集並應答主機的命令。8路被測電壓通過模數轉換器adc0809進行模數轉換，實現對採集到的資料進行模擬量到數字量的轉換，並將轉換後的資料通過序列口max232傳輸到上位機，由上位機負責資料的接受、處理和顯示，並用led數碼顯示器來顯示所採集的結果。軟體部分應用vc++編寫控制軟體，對資料採集系統、模數轉換系統、資料顯示、資料通訊等程式進行了設計。
關鍵詞：資料採集 89c52微控制器 adc0809 max232
第一章緒論
1.1 研究背景及其目的意義
近年來，資料採集及其應用受到了人們越來越廣泛的關注，資料採集系統也有了迅速的發展，它可以廣泛的應用於各種領域。
資料採集系統起始於20世紀50年代，2023年美國首先研究了用在軍事上的測試系統，目標是測試中不依靠相關的測試檔案，由非成熟人員進行操作，並且測試任務是由測試裝置高速自動控制完成的。由於該種資料採集測試系統具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統方法不能完成的資料採集和測試任務，因而得到了初步的認可。大概在60年代後期，國內外就有成套的資料採集裝置和系統多屬於專用的系統。
[11]
20世紀70年代後期，隨著微型機的發展，誕生了採集器、儀表同計算機溶為一體的資料採集系統。由於這種資料採集系統的效能優良，超過了傳統的自動檢測儀表和專用資料採集系統，因而獲得了驚人的發展。從70年代起，資料採集系統發展過程中逐漸分為兩類，一類是實驗室資料採集系統，一類是工業現場資料採集系統。
[11]
20世紀80年代隨著計算機的普及應用，資料採集系統得到了很大的發展，開始出現了通用的資料採集與自動測試系統。該階段的資料採集系統主要有兩類，一類以儀表儀器和採集器、通用介面匯流排和計算機組成。這類系統主要應用於實驗室，在工業生產現場也有一定的應用。
第二類以資料採集卡、標準匯流排和計算機構成，這一類在工業現場應用較多。20世紀80年代後期，資料採集發生了很大的變化，工業計算機、微控制器和大規模積體電路的組合，用軟體管理，是系統的成本減低，體積變小，功能成倍增加，資料處理能力大大加強。[11]
20世紀90年代至今，在國際上技術先進的國家，資料採集系統已成功的運用到軍事、航空電子裝置及宇航技術、工業等領域。由於積體電路製造技術的不斷提高，出現了高效能、高可靠的微控制器資料採集系統（das）。資料採集技術已經成為一種專門的技術，在工業領域得到了廣泛的應用。
該階段的資料採集系統採用模組式結構，根據不同的應用要求，通過簡單的增加和更改模組，並結合系統程式設計，就可擴充套件或修改系統，迅速組成乙個新的系統。[11]
儘管現在以微機為核心的可程式設計資料採集與處理採集技術的發展方向得到了迅速的發展，而且組成乙個資料採集系統只需要一塊資料採集卡，把它插在微機的擴充套件槽內並輔以應用軟體，就能實現資料採集功能，但這並不會對基於微控制器為核心的資料採集系統產生影響。相較於資料採集板卡成本和功能的限制，微控制器具多功能、高效率、高效能、低電壓、低功耗、低**等優點，而雙微控制器又具有精度較高、轉換速度快、能夠對多點同時進行採集，因此能夠開發出能滿足實際應用要求的、電路結構簡單的、可靠性高的資料採集系統。這就使得以微控制器為核心的資料採集系統在許多領域得到了廣泛的應用。
1.2 國內外研究現狀
資料採集系統是通過採集感測器輸出的模擬訊號並轉換成數碼訊號，並進行分析、處理、傳輸、顯示、儲存和顯示。它起始於20世紀中期，在過去的幾十年裡，隨著資訊領域各種技術的發展，在資料採集方面的技術也取得了長足的進步，採集資料的資訊化是目前社會的發展主流方向。各種領域都用到了資料採集，在石油勘探、科學實驗、飛機飛行、**資料採集領域已經得到應用。
我國的數字**觀測系統主要採用tde-124c型tde-224c型**資料採集系統。近年來，又成功研製了動態範圍更大、線性度更高、相容性更強、低功耗可靠性的tde-324c型**資料採集系統。該資料採集對拾震計輸出的電訊號模擬放大後送至a/d數位化，a/d採用同時取樣，取樣資料經dsp數字濾波處理後，變成數字**訊號。
該資料採集系統具備24位a/d轉化位數，取樣率有50hz、100hz、200hz。[11]
由美國pasco公司生產的「科學工作室」是將資料採集應用於物理實驗的嶄新系統，它由3部分組成：（1）感測器：利用先進的感測技術可實時採集技術可實時採集物理實驗中各物理量的資料；（2）計算機介面：
將來自感測器的資料訊號輸入計算機，取樣速率最高為25萬次/s；（3）軟體：中文及英文的應用軟體。[11]
受需求牽引，新一代機載資料採集系統為滿足飛行實驗應用也在快速地發展。如愛爾蘭acra公司2023年研發推出的新一代kam500機載資料採集系統到了2023年。本系統採用16位（a/d）模擬數字變換，總取樣率達500k/s,同步時間為+/-250ns，可以利用方式組成高達1000通道的大容量的分布式採集系統。
1.3 該課題研究的主要內容內容
資料採集技術是資訊科學的重要分支之一, 它研究資訊資料的採集、儲存、處理以及控制等問題。它是對感測器訊號的測量與處理, 以微型計算機等高技術為基礎而形成的一門綜合應用技術。資料採集也是從乙個或多個訊號獲取物件資訊的過程。
隨著微型計算機技術的飛速發展和普及,資料採集監測已成為日益重要的檢測技術,廣泛應用於工農業等需要同時監控溫度、濕度和壓力等場合。資料採集是工業控制等系統中的重要環節,通常採用一些功能相對獨立的微控制器系統來實現,作為測控系統不可缺少的部分,資料採集的效能特點直接影響到整個系統。
儘管現在以微機為核心的可程式設計資料採集與處理技術作為資料採集技術的發展方向得到了迅速的發展,並且適於通用微機(如ibm pc 系列) 使用的板卡級資料採集產品也已大量出現,組成乙個資料採集系統簡單到只需要一塊資料採集卡,把它插在微機的擴充套件槽內,並輔以應用軟體,就能實現資料採集功能,但這並不會對基於微控制器為核心的資料採集系統產生影響,因為微控制器功能強大、抗干擾能力強、可靠性高、靈活性好、開發容易等優點,使得基於微控制器為核心的資料採集系統在許多領域得到了廣泛的應用.
傳統的基於微控制器的資料採集系統由於沒有上位機的支援,不管採用什麼樣的資料儲存器,它的儲存容量都是有限的,所以不得不對儲存的歷史資料進行覆蓋重新整理,這樣不利於使用者對資料進行整體分析,因而也不能對生產過程的狀況進行準確的把握。
本系統採用下位機負責模擬資料的採集,從微控制器負責採集八路資料，並應答主機傳送的命令，上位機即主機是負責處理接受過來的數字量的處理及顯示，主機和從機之間用rs-232進行通訊。這樣使用者可以在上位機上編寫各種程式對檔案中的資料進行有效查詢和分析,有利於工業過程的長期正常執行和檢查。該系統採用的是at89s52微控制器，此晶元功能比較強大，能夠滿足設計要求。
第二章資料採集
2.1 資料採集系統
資料採集，又稱資料獲取，是利用一種裝置，從系統外部採集資料並輸入到系統內部的乙個介面。資料採集技術廣泛引用在各個領域。
70年代初，隨著計算機技術及大規模積體電路的發展，特別是微處理器及高速a/d轉換器的出現，資料採集系統結構發生了重大變革。原來由小規模整合的數字邏輯電路及硬體程式控制器組成的採集系統被微處理器控制的採集系統所代替。由微處理器去完成程式控制，資料處理及大部分邏輯操作，使系統的靈活性和可靠性大大地提高，系統硬體成本和系統的重建費用大大地降低。
在該系統中需要將模擬量轉換為資料量，而 a/d是將模擬量轉換為數字量的器件，他需要考慮的指標有：解析度、轉換時間、轉換誤差等等。而微控制器是該系統的基本的微處理系統，它完成資料讀取、處理及邏輯控制，資料傳輸等一系列的任務。
在該系統中採用的是8051系列的微控制器。雙機通訊的序列口可以採用rs232c標準介面，由晶元max232實現雙機的通訊。而資料的顯示則採用的是led數碼管，該器件比較簡單，在生活中接觸也較多。
資料採集系統一般由訊號調理電路，多路切換電路，取樣保持電路，a/d,微控制器等組成。
完成畢業設計所需要的系統框圖如圖2.1所示：
圖2.1 系統框圖
2.2 方案論證
2.2.1 a/d模數轉換的選擇
a/d轉換器的種類很多，就位數來說，可以分為8位、10位、12位和16位等。位數越高其解析度就越高，**也就越貴。a/d轉換器型號很多，而其轉換時間和轉換誤差也各不相同。
(1)逐漸逼近式a/d轉換器：它是一種速度快、精度較高、成本較低的直接式轉換器，其轉換時間在幾微秒到幾百微秒之間。
(2)雙積分a/d轉換器：它是一種間接式的a/d轉換器，優點是抗干擾能力強，精度比較高，缺點是數度很慢，適用於對轉換數度要求不高的系統。
(3)並行式a/d轉換器：它又被稱為flash（快速）型，它的轉換數度很高，但她採用了很多個比較器，而n位的轉換就需要2n-1個比較器，因此電路規模也極大，**也很貴，只適用於**a/d轉換器等數度特別高的領域。
微控制器資料採集
1 引言 資料採集是分析模擬訊號量資料的有效方法。而實時顯示資料是自動化檢測系統的現實需求。在測試空空飛彈導引頭的過程中，導引頭的響應訊號包括內部二次電源訊號和模擬量電壓訊號。檢測過程中要求檢測系統實時顯示導引頭的工作狀態，顯示二次電源和模擬量響應電壓訊號，判斷導引頭效能，同時保證在非常情況下人為對...
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二 一四 二 一五學年第一學期 資訊科學與工程學院 自動化系 課程設計報告書 姓名 余義 學號 201204134019 班級 自動化1201班 課程名稱 微機原理與應用課程設計 指導教師 程磊 1 前言 1 2 現代電梯概述 3 3 硬體部分設計 6 4 軟體部分設計 12 5 電梯執行介面 52...
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