多路数据采集系统设计毕业论文第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应用，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，不论在哪个应用领域中，数据采集与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应用的必然产物[2]。

数据采集系统，从严格的意义上来说，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。

数据采集系统一般由数据输入通道，数据存储与管理，数据处理，数据输出及显示这五个部分组成。

输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号转换等工作。

数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。

数据处理就是从采集到的原始数据中，删除有关干扰噪声，无关信息和必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。

另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来物理量的形式，以可输出的形态在输出设备上输出，例如打印，显示，绘图等。

数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。

由于RS-232在微机通信接口中广泛采用，技术已相当成熟。

在近端与远端通信过程中，采用串行RS-232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。

在本毕业设计中对多路数据采集系统作了初步的研究。

本系统主要解决的是怎样进行数据采集以及怎样进行多路的数据采集，并将数据上传至计算机[2]。

1.2 设计思路多路数据采集系统采用ADC0809模数转换器作为数据采集单元和AT89C51单片机来对它们进行控制,不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高采集数据的灵敏度及指标。

通过MAX232电平转换芯片实现单片机与PC 机的异步串行通信，设计中的HD7279实现了键盘控制与LED显示显示功能。

本文设计了一种以AT89C51和ADC0809及RS232为核心的多路数据采集系统。

多路数据采集系统就是通过键盘控制选择通路，将采集到的电压模拟两转换成数字量实时的送到单片机里处理从而显示出采集电压和地址值，最终控制执行单片机与PC机的异步串行通信。

连接好硬件后，给ADC0809的三条输入通路通入直流电压。

4-F键为功能键，4-E键为复位键，F键为确认键。

1－3键为通道选择键，分别采集三个通道的数据值并实时显示出数值和地址值。

结合单片机RS232串口功能还实现了与PC机的异步串行通信功能。

1.2.1电路的基本构成多路数据采集系统硬件电路由AT89C51单片机最小系统、ADC0809模数转换电路、HD7279键盘控制与LED显示电路、RS232串行通信电路四部分组成。

该电路采用AT89C51单片机最小化应用设计，ADC0809接成的是总线方式电路，P0口是作为系统扩展的地址总线口，其端口总线地址为7FFFH。

图1-1 系统硬件方框图1.2.2 各硬件模块的功能1.单片机：把ADC0809采集过来的数据进行处理实现实时的显示并能实现与PC机的串行通信2. A/D采集：将采集到得模拟电压值转换成数字量3.键盘控制：选择数据采集的通路及控制功能4.地址/数据显示：显示通路地址值、电压值5.PC机通信：结合单片机RS232串口功能，实现八路信号的采集、存储、显示功能1.3 系统设计方案1.3.1具体设计要求1.设计89C51最小开发系统板作为本设计的主控模块；2.实现8路的数据采集并实时显示的功能；3.能够实现用键盘控制采集通道的选择；4.实现PC机与数据采集系统通过串口进行通信，并实时显示测量数据。

1.3.2 方案论证针对上述设计要求，有两种方案可供考虑：方案一：采用键盘/显示芯片HD7279A，在一块印制板上能够同时实现按键和显示功能。

独立的单片机最小系统，采集模块采用ADC0809及外围电路构成。

串行通信采用RS-232标准，芯片MAX232实现了接口转换[3]。

方案二：采用单片机最小系统、4*4矩阵键盘电路、单独显示电路、采集模块采用ADC0832及外围电路构成。

串行通信采用RS-458标准，芯片MAX487实现了接口转换。

经过以上两种方案的比较，方案一具备了以下优点：（1）硬件资源使用方便，便于调试，减少了出错的概率；（2）程序比较简单，模块化，方便检查；（3）RS-232是常用的的一种物理接口标准且适合短距离（大概十几米）。

（4）ADC0809是八通道输入的模数转换器件，转换精度和速度在本设计中是完全达到要求的。

综上所述，本设计中采用方案一来实现其功能。

第2章系统硬件设计2.1硬件电路概述本系统硬件设计电路包括：键盘/显示芯片HD7279A，在一块印制板上能够同时实现按键和显示功能；独立的单片机最小系统、采集模块采用ADC0809及外围电路构成、串行通信采用RS-232标准、芯片MAX232实现了接口转换。

2.2各单元模块功能介绍及电路设计2.2.1 单片机最小系统设计图2-1 单片机最小系统电路图单片机最小系统的设计是本设计的核心,通过其外围电路实现了数据的处理及各种控制功能。

它要正常工作必须具备3个条件：首先供电要正常，其次是复位电路和晶振电路要工作正常[4]。

1、电源与接地端AT89C51单片机的40脚为电源端，接+5V的电源；20脚为接地端。

由于只需访问AT89C51的部程序存储器，故/EA接+5V。

2、复位电路复位电路使单片机初始化操作，作用是使CPU和系统中其它部件在通电的瞬间都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。

本系统采用人工复位电路，在RESET端接一个按钮与电容并联至Vcc(+5V)和一个电阻至接地端。

这样按一下开关就会在RESET端出现一段时间的高电平，至使器件复位。

3、晶振就电路图中Y1为12MHz晶振，C1、C2为20pf瓷片电容。

晶振主要是决定所产生的时钟频率，电容C1、C2的作用有两个：其一是使振荡器起振，其二是对振荡器的频率f起微调作用。

2.2.2 键盘/显示电路设计图2-2 HD7279键盘、显示电路图按键是控制数据采集通道的选择，数码管能显示出采集通道和数据值。

HD7279的4个使能端cs、clk、dat、key接单片机的4个口,用来控制芯片接受及发送键盘值。

Dig0—dig7 为位选端，数码管的哪一位点亮需由写控制字来判断。

Dip、a—g为字型码端，它与数码管的字型码端相连[5]。

2.2.3ADC0809模数转换电路设计图2-3 ADC0809模数转换电路图图所示为ADC0809与单片机80C51的一种接口电路。

采用线选法规定其端口地址，用单片机的P2.7引脚作为片选信号，因此端口地址为7FFFH.。

片选信号和WR信号一起经“或非”门产生ADC0809的启动信号START和地址所存信号ALE，片选信号和RD信号一起经“或非”门产生ADC0809的输出允许信号OE。

OE=1时选通三态门使输出所存器的转换结果送入数据总线。

ADC0809的 EOC 信号经反相后接到80C51的INT1引脚用于产生转换完成的中断请求信号。

ADC0809芯片的3位模拟量输入地址码输入端A 、B 、C分别用矩阵键盘控制[5]。

2.2.4 RS-232串口通信电路设计图2-4 RS-232串口通信电路设计单片机与PC机之间不能直接进行通信，收、发端的数据信号是相对于信号地，由于RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。

发送电平与接收电平的差为2V至3V左右，MAX232实现了其串口电平转换功能[7]。

2.3 电路元器件说明与选用2.3.1 AT89C51单片机AT89C51单片机结构框图如下图2-5所示：图2-5 MCS-51单片机结构框图AT89C51是一种低功耗、高性能的片含有4KB快闪可编程可擦除只读存储器（FPEROM-Flash Programmable and Eraseable Read Only Memory）的8位CMOS 微控制器，使用高密度、非易失存储技术制造，并且与80C51引脚和指令系统完全兼容[8]。

单片机部包括有中央处理器CPU、时钟电路和中断控制电路、程序存储器、数据存储器、并行口、定时器以及特殊I/O部件，CPU通过部部件总线和其余的模块相连。

中央处理器（CPU）是单片机的核心部件，它由运算器、控制器、中断部件、时钟和定时控制逻辑等组成。

CPU控制数据的处理和整个系统的各种操作。

不同系列的单片机具有不同功能特性的CPU和指令系统，在运算速度、中断、实时控制功能等方面差别很大，CPU及其指令系统的功能决定了单片机主要的功能技术指标。

从编程的角度看，AT89C51的CPU对用户开放的寄存器主要有以下几个：累加器ACC、寄存器B、程序计数器PC、数据指针DPTR（由DPH和DPL 两个8位寄存器组成），程序状态寄存器PSW、堆栈指针SP。

2.3.2 模数转换芯片ADC0809图2-6 ADC0809部结构图、原理图1. 基本结构、接口技术ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。

因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。

输入输出与TTL兼容。

ADC的功能是将输入模拟量转换位与其成比例的数字量，它是智能化测量控制仪表的一种重要组成器件。

按其工作原理，有比较式、积分式以及电荷平衡（电压—频率转换）式等。

在实际使用中，应根据具体情况选用合适的ADC芯片。

不同的芯片具有不同的联结方式，其中最主要的输入、以及控制信号的联结方式。

从输入端来看，有单端输入的，也有差动输入的。

差动输入有利于克服共模干扰。

ADC芯片的启动转换信号有电平和脉冲两种型式。

设计时应特别注意，对要求用电平启动转换的芯片，如果在转换过程中撤去电平信号，芯片将停止转换而得到错误的结果[9]。

ADC转换完成后，将发出结束信号，以示主机可以从转换器读取数据。

结束信号也用来向CPU发出申请。

CPU响应中断后，在中断服务子程序中读取数据。

也可用延时等待和查询转换是否结束的方法来读取数据。

2 . 主要特性ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压围是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。