毕业设计（论文）-基于单片机系统的多路数据采集控制器的设计.doc

浙江理工大学科技与艺术学院毕业论文诚信声明我谨在此保证：本人所写的毕业论文，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。论文主体均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。声明人（签名）：年月日摘摘要要本文就基于单片机系统的多路数据采集控制器的设计进行阐述，数据采集系统是模拟域和数字域之间必不可少的纽带。本文详细论述了数据采集系统的工作原理，及各种元器件和设计方案的选择。通过对数据采集的工作原理的分析和方案的比对，选择合理的方案，来达到各个功能模块的实现。设计了一种采用51单片机为核心来实现多路数据采集控制器的方案。该方案将8路被测电压通过ADC0809模数转换来实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，然后由单片机对数据进行处理，最后对处理完的数据进行多种形式的显示。一种是把数据直接在数码管上显示，另一种是把数据通过DAC0832进行转换后通过示波器进行显示，以及通过8盏LED小灯来显示控制功能。最后，本文描述了在多通道数据采集控制器硬件实现后，整体性能的调试过程，并希望对本方案能有更好的改进。由于时间的限制及其本人的水平有限，设计中难免出现不妥或错误，恳请各位老师给予批评指教。关键字关键字：数据采集；DA转换；AD转换；AT89C51；LEDAbstractInthispaperbasedonthesinglechipmicrocomputersystemulti-channeldataacquisitioncontrollerdesignofdataacquisitionsystemistheanalogdomainanddigitaldomainbetweenessentiallink.Thispaperdiscussesindetailtheworkingprincipleofdataacquisitionsystemandavarietyofcomponentsandtheselectionofdesignscheme.Basedonthedataacquisitionprincipleofworkanalysisandschemecomparisonreasonableselectionofschemetoachievetherealizationofvariousfunctionalmodules.Designofa51singlechipmicrocomputerasthecoretoachievemulti-channeldataacquisitioncontrollerscheme.Theprogramwillbe8thevoltagetobemeasuredthroughtheADC0809conversiontoachievethedatawascollectedandanalogtodigitalconversionthenbythesingle-chipmicrocomputerfordataprocessingtheprocesseddatatocarryoutvarioussofdisplayattheendoftheprocesseddatatocarryoutvarioussofdisplay.OneistoputthedatadirectlyinthedigitaltubedisplayanotheristousethedatathroughDAC0832convertedthroughtheoscilloscopedisplayandby8LEDlightstodisplaycontrolfunction.Finallythispaperdescribesthemultichanneldataacquisitioncontrollerhardwareimplementationtheoverallperanceofthedebuggingprocessandtheyhopetothisschemecanhavebetterimprovement.Duetotimeconstraintsanditsownlevelislimitedinthedesignistheemergenceofinappropriateorwrongpleaseteachertogivethecriticism.Keyword:dataacquisitionADconvertMCS-AT89C51DAconvertLEDi目目录录摘要.2ABSTRACT.3第一章绪论.11.1选题意义和论文任务.11.2国内外研究现状及发展趋势.11.3论文结构.2第二章硬件电路设计.32.1数据采集控制器硬件整体分析及数据采集控制器的方案.32.2系统主要芯片及元器件选型.32.2.1单片机控制模块.42.2.2AD转换器.42.2.3DA转换器.52.2.4按键.52.2.5显示模块.62.2.6蜂鸣器.62.3硬件电路设计.62.3.1AD转换设计.62.3.2单片机设计.72.3.3DA转换设计.92.3.4键盘接口设计.92.3.5显示模块设计.102.4软件设计方案.112.4.1AD转换部分.12第三章硬件电路的调试与实验数据.133.1模拟部分.133.2数字部分.133.3运行结果.15ii3.3.1数码管显示.153.3.2示波器的显示.15第四章总结与展望.194.1数据采集控制器硬件设计过程中的注意点.194.1.1接地.194.1.2模拟信号与数字信号.194.2总结.194.3展望.20参考文献.21致谢.22附录1电路原理图.23附录2实物图.24附录3电路调试程序.25浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)1第一章第一章绪论绪论1.1选题意义和论文任务选题意义和论文任务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。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术将有广阔的发展前景1。前端数据采集能够及时获取被控对象和生产过程的有效信息，在某些实时性要求高的场合尤为重要。工业生产过程中，为了清晰地反映出生产过程的详细信息，往往需要获得多个参量的动态数据，这就有必要对被控对象和生产过程进行多路数据采集。由于外界输入的信号都是模拟信号，而计算机只能处理数字信号。所以外界信号需要经过数据采集器，才能被计算机处理。而且，由于外界的信号往往不止一路，所以多路数据采集器的设计就显得十分的必要。1.2国内外研究现状及发展趋势国内外研究现状及发展趋势近年来，数据采集及应用受到了人们越来越多广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛应用于各种领域。20世纪90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统（DAS）。数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统采用模块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，并结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统2。目前国外数据采集技术已经有很大的发展，从近年来国外公司展示的新产品中可以看出，主要的发展可以概括为体积小、功能多样和使用方便等三方面。例如可以利用传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理量，如振动加速度、位移、相位、转速、温度、压力、流量、电压、电流和功率等，形成多参数监测系统。数据采集控制器-硬件设计2在国内一些仪器厂已研制出了多种数据采集器，其中单通道的有SP201、SC247型，双通道的有EG3300、YE5938型，超小型的有911、902和921型。但目前国内数据采集器与国外数据采集器相比，在技术上仍然存在着一定的差距，例如：分析频率范围不宽，数据采集器内存不大，现场精密诊断功能较弱等。1.3论文结构论文结构第一章详细论述了近些年来，数据采集器领域的动态及整个数据采集行业的发展状况，同时分析了所面临的问题与解决方案，从而提出了本论文的研究任务。第二章从研究任务着手，选择符合设计要求的常用芯片及其它元器件，详细论述了各接口电路的设计与连接，以模块化的形式进行论述，整个数据采集控制器硬件的设计从小到大，从局部到整体，循序渐进，最终实现一个功能齐全的数据采集控制器。第三章根据系统设计要求，着手对数据采集控制器进行软件编程，将各功能模块有机结合，实现各个功能。第四章按照设计思路，在调试过程中，同样以组件化方式进行调试，从模拟到数字，检查并改正电路中的错误，将调试过程作重点的记录。第五章对全文的总结，对本系统硬件制作过程中需要注意的方面，及整个硬件制作中所吸取的经验教训进行论述，同时，也对整个研究应用进行展望。浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)3第二章第二章硬件电路设计硬件电路设计在硬件的设计前期，根据框图对系统中可能出现的电路，进行了模拟实验，并根据实验结果对后期的硬件设计进行了合理化的修改完善。把多路数据采集系统硬件设计部分采用模块化的设计思想，将整个系统分成几大模块：单片机控制模块、模拟量采集接口模块、开关量采集接口模块、LCD显示模块和电源模块。通过模块化的方法先焊接和调试各个单元模块，最后进行组装和测试，从而使复杂的问题简单化，提高了系统设计的效率。2.1数据采集控制器硬件整体分析数据采集控制器硬件整体分析及数据采集控制器的方案及数据采集控制器的方案在实际生产生活中的得到的电压是模拟量，但单片机需要的是数字量，所以我们需要用AD转换器将模拟量转换成数字量，然后送到单片机进行处理。单片机接口还会接入键盘，根据不同的场合实习不同的功能。单片机处理完数据后，一般会用LED管进行显示；有时也会使用DA转换器把输出信号转换成模拟量送入示波器以完成其他的用途。在数据采集系统中有时会添加报警系统，例如在采集压力时，若所采集压力值大于设定的值时，系统会启动报警功能。本文的数据采集控制器硬件系统的实现原理如下：1.由ADC0809将0-5V模拟信号转换为00H-FFH的数字信号并传送给51单片机。2.由51单片机进行数据存储及数据处理。3.在数码管上进行显示。4.对单片机的数据通过DAC0832进行数模转换最后在示波器上进行显示。5.用8盏LED灯来实现顺序控制。2.2系统主要芯片及元器件选型系统主要芯片及元器件选型在确定了数据采集控制器的实现原理及流程后，需要根据设计要求选择合适的器件，这是硬件电路设计的重中之重。元器件选择除了符合设计要求的参数据采集控制器-硬件设计4数指标外，还要考虑性能、成本等其它方面的因素。2.2.1单片机控制模块单片机控制模块嵌入式系统中的微控制器中主要成员之一是单片机SCM(SingleChipMicrocomputer)，单片机控制模块是整个系统的核心。通用单片机主要有8位、16位或32位1。我采用的是AT89C51单片机来做这个系统的微控制器。AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROMFlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。图2-1为AT89C51管脚图。图图2-1AT89C51管脚图管脚图其主要特点如下2：1.工作电压：5.5V-3.3V2.用户应用程序空间4KB3.片内256字节数据存储器RAMSFR4.共2个16位定时器计数器5.具有5个中断源、两个中断优先级的中断控制系统6.一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行口7.节电工作法式，即休闲方式及掉电方式。浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)52.2.2AD转换器转换器在由微型计算机或单片机组成的生产过程控制系统和数据采集系统中，可编程模数转换器的功能是把从生产现场各种物理量传感器、变送器传送过来的连续变化的模拟电量转换成离散的数字量，然后再提供给计算机系统进行分析、处理和控制。AD转换芯片按转换原理分类，有逐次逼近型、双积分型、并行型等1。我主要采用了ADC0809，ADC0809是八通道的八位逐次逼近式AD转换器。由单一的5V电源供电，片内带有锁存功能的8选1的模拟开关，能够对0+5V的8路输入模拟电压进行分时转换的通用型可编程模数转换器。由C、B、A的编码来决定所选的模拟通道。转换时间为100us，转换误差为12LSB。在这个系统里ADC0809将采集到的0-5V模拟信号转换为00H-FFH数字信号，这样就可以传送给AT89C51进行处理。2.2.3DA转换器转换器DA转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。我主要采用了DAC0832，DAC0832芯片是市面上常见的八位DA转换器，价格便宜，也是大家熟悉的常用芯片。它是一个8位的DA转换芯片，内部包含一个T形电阻网络，输出为差动电流信号。DAC0832的内部有两级锁存器，根据这两个锁存器使用方法的不同，有三种工作方式，即单缓冲工作方式，双缓冲工作方式，直通工作方式。DAC0832在单缓冲方式下可以直接与系统总线相连，亦可以将它看作一个输出端口。每向该端口送一个8位数据，其输出端就会有相应的输出电压。可以通过编写程序，利用DA转换器生产各种不同的输出波形，如锯齿波、三角波、方波、正弦波等。在这个系统里DAC0832将AT89C51的数字信号00H-FFH经过数模转换利用查表等程序，在示波器上输出不同的波形。2.2.4按键按键按键是人机对话的输入通道，嵌入式产品开发应用过程用到的主要设计方数据采集控制器-硬件设计6法，独立式按键；矩阵式按键；简易单片机构成编码键盘；用专用芯片；用PC机键盘3。整个电路里我一共用了4按键。第一个按键是以一定的步进值来调节频率。第三个按键是切换波形，分别可以切换正弦波、三角波和方波。第三个键则表示开启顺序控制，体现在LED灯的亮与暗上。第四个按键是复位键。2.2.5显示模块显示模块显示主要有三大块，第一块就是数码管，我用八个数码管来显示第X路的电压值例如：013.3就是表示第一路电压值为3.3V；第二块就是示波器，用示波器来显示波形，频率；第三块就是8个LED灯，用它来显示顺序控制。2.2.6蜂鸣器蜂鸣器用一个驱动电路外接一个蜂鸣器，编写程序用来控制电压的上下限，即当某一路电压值超过上限或低于下限时，会发出报警声。2.3硬件电路设计硬件电路设计硬件系统整体设计框图如图2-2。图图2-2系统框图系统框图2.3.1AD转换设计转换设计ADC0809具有8路模拟输入端口，地址线A、B、C用来决定对哪一路模拟输入作AD转换；ALE为地址锁存控制，当输入为高电平时，对地址信号进行锁存；START为测试控制，当输入一个2us宽高电平脉冲时就开始AD转换；EOC为AD转换结束标志，当AD转换结束时，EOC脚输出高浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)7电平并送入单片机RD非引脚；OE为AD转换数据输出允许控制，当OE脚为高电平时，AD转换数据从端口输出；具体如图2-3所示。IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLK10VCC11REF+12GND13D114D215REF-16D017D418D519D620D721ALE22ADDC23ADDB24ADDA25IN026IN127IN228U1ADC0809N564UBSN74LS02N8910UCSN74LS02NWRRD+5VVCCP26P23P24P25P00P01P02P03P04P05P06P07564UBSN74LS02NINT0ALE图图2-3ADC0809的连接的连接2.3.2单片机设计单片机设计单片机通过总线，将P0、P1口与D锁存器的数据口、138译码器及外部扩展RAM连接，并将P0口连接到键盘、显示接口芯片8279上。单片机时钟电路由12MHz晶振提供，连接到XTAL1。连接电路如图2-4。EA31RST9XTAL119XTAL218P0.039P0.138P0.237P0.336P0.435P0.534P0.633P0.732P2.021P2.122P2.223P2.324P2.425P2.526P2.627P2.728P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.1TXD11P3.0RXD10ALE30PSEN29P3.4T014P3.5T115P3.2INT012P3.3INT113P3.7RD17P3.6WR16U2AT89S51P00P01P02P03P04P05P06P07VCCALEP20P21P22P23P24P25P26P27X2X1RDWRET0ET1INT0INT1TXDRXDRSTP10P11P12P13P14P15P16P17+C910uVCC12ET1P3.5R51kR610k22pFC422pFC312Y1XTAL图图2-4单片机及扩展单片机及扩展RAMRAM数据采集控制器-硬件设计8单片机正常工作还需时钟电路、复位电路、串口通讯等辅助电路。单片机的定时控制功能是用片内的时钟电路和定时电路来完成的，而片内的时钟产生有两种方式：内部时钟方式和外部时钟方式。采用内部时钟方式时，片内高增益反向放大器通过XTAL1外接作为反馈元件的晶体（呈感性）与电容组成的并联谐振回路构成一个自激振荡器向内部时钟电路提供震荡时钟，如图2-5所示。振荡器的频率主要取决于晶体的振荡频率，一般晶体可在1.2-12MHz之间任选。电容的值有微调作用，通常取30pF左右。在正常工作的情况下可以采用更高频率的晶振，51单片机最小系统晶振的振荡频率直接影响单片机的处理速度，频率越大处理速度越快。图图2-5AT89C51管脚图管脚图为确保单片机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分。一般单片机电路正常工作需要供电电源为5V5%，即4.755.25V。由于微机电路是时序数字电路，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，单片机电路开始正常工作。手动按钮复位需要人为在复位输入端RST上加入高电平。一般采用的办法是在RST端和正电源Vcc之间接一个按钮，如图2-6所示。当人为按下按钮时，则Vcc的+5V电平就会直接加到RST端。VCC上电时，C充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位；几个毫秒后，C充满，10K电阻上电流降为0，电压也为0，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下按键，C放电。按键松手，C又充电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒后，单片机进入工作状态。由于人的动作再快也会使按钮保持接通达数十毫秒，所以，完全能够满足复位的时间要求。浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)9图图2-6AT89C51管脚图管脚图2.3.3DA转换设计转换设计DA0832输出端输出的是电流，所以我在输出端接两个放大器相接，先把电流变为电压，再把电压反相，最后把反相的电压送示波器。具体如图2-7所示。图图2-7DAC0832的连接图的连接图2.3.4键盘接口设计键盘接口设计1.键盘按键数键盘是人机对话通道的输入部分核心，因此，键盘接口的设计是至关重要的。在这个设计中，我总共需要三个按键，复位键，步进键，波形选择键。复位键故名思意是复位用的，步进键就是以50HZ为步进值依次递增知道最大500HZ，当达到最大时又回到最小50HZ，波形选择键就是选择波形的，可以在正弦波、方波、三角波之间切换。如图2-8所示。数据采集控制器-硬件设计1012KEY112KEY212KEY3INT1ET0ET110K+510K+5RRes2+5图图2-8键盘接口键盘接口2.按键连接方式按键的设计有很多种，我主要运用了最简单的一种，直接接上拉电阻，通过中断的形式进行按键，在中断前通过延时进行去抖。2.3.5显示模块设计显示模块设计显示模块用到了数码管（LED），但是由于设计的数码管有八个，如果每个引脚直接接到C51上的话，不但引脚不够而且会给焊接带来很大的难度。经过查阅大量得资料，最后采用MAX7219。MAX7219是美国MAXIM(美信)公司生产的串行输入输出共阴极显示驱动器。它采用了3线串行接口，传送速率达10M数据，能驱动8位七段数字型LED或条形显示器或64只独立的LED。MAX7219内置BCD码译码器、多路扫描电路、段和数字驱动器和存储每一位的88静态RAM。能方便的用模拟或数字方法控制段电流的大小，改变显示器的数量；能进入低功耗的关断模式（仅消耗150uA电流，数据保留）；能方便地进行级联。可广泛用于条形图显示、七段显示、工业控制、仪器仪表面板等领域。而且其最重要的一点是，每个显示位都能个别寻址和刷新，而不需要重写其他的显示位，这使得软件编程十分简单且灵活。1引脚说明MAX7219的引脚排列如图2-9所示，各引脚功能叙述如下：（1）脚：DIN，串行数据输入。在CLK的上升沿到来时，数据被移入到内部的16位移位寄存器中。（2）、（3）、（5）（8）、（10）、（11）脚：DIG0DIG7，输入。8位数字位位选线，从共阴极显示器吸收电流。浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)11（4）、（9）脚：GND，地。两个引脚必须连接在一起。（12）脚：LOAD，数据装载输入端。在LOAD上升沿，移位寄存器接受的数据被锁存。（13）脚：CLK，时钟输入端，最高时钟频率10MHz。在CLK的上升沿，数据被移入到内部的16位移位寄存器中。在CLK的下降沿，数据从DOUT脚输出。（14）(15)、（20）（23）脚：输出。七段驱动器和小数点驱动器。它供给显示器电流。（18）脚：ISET，电流调节端。通过一个电阻和VCC相连，来调节最大段电流。（19）脚：VCC。电源输入端。（24）脚：DOUT。串行数据输出。输入到DIN的数据在16.5各时钟周期后，在DOUT端有效。该脚常用于几个MAX7219的级联。DIN1DIG02DIG43GND4DIG65DIG26DIG37DIG78GND9DIG510DIG111LOAD(CS)12CLK13SEGA14SEGF15SEGB16SEGG17ISET18V+19SEGC20SEGE21SEGDP22SEGD23DOUT24U5MAX7219GNDGNDVCCR720Kacdefgdpbseg0seg1seg2seg3seg4seg6seg5seg7P10P11P12图图2-9MAX7219根据MAX7219的各个引脚和每个引脚的性能，与八位数码管的连接如图2-10所示。正因采用了MAX7219这块芯片使得八位数码管得连接就变得很简单，使得焊接的工作也大大的减少了，布线也少了，这样既简便，又美观。数据采集控制器-硬件设计12e1d2dp3c4g5UD6b7UC8UB9f10a11UA12U3e1d2dp3c4g5UD6b7UC8UB9f10a11UA12U4abbaccddeeffggdpdpseg0seg1seg2seg3seg4seg5seg6seg7图图2-10数码管连接数码管连接2.4软件设计方案软件设计方案程序开始运行后，首先对8279进行初始化，再初始化LCD显示模块，然后设置中断，并进行循环检测（包括执行中断），最后送达显示，程序总流程（如图2-11）循环运行。主程序按键选择显示电压模数转换数模转换图图2-11总程序的总框图总程序的总框图主程序和定时中断服务程序通过全局变量进行数据传递。定时中断服务程序向主程序递AD转换结果，供主程序计算模拟电压值。LCD显示程序接收数据，显示模拟电压值和X路。主程序开始后，进行系统初始化，初始化过程包括设置堆栈、定时器0初始化、定时器1初始化、ADC初始化、串口初始化和开启中断等。之后进入循环，在循环中读取用户按键值，根据用户按键值，计算和显示相应的数据。2.4.1AD转换部分转换部分本设计的具体软件结构主要包括一个主程序和显示功能程序。主程序采用查询方式，查询单片机的P3.2口，若为低电平，则忙，AD还未转换完毕，继续不断查询，直到状态口显示为闲状态，即高电平为止。查询传送方式的流程浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)13图，如图2-12所示。读取状态准备就绪？传送信息否是图图2-12总程序的总框图总程序的总框图数据采集控制器-硬件设计14第三章第三章硬件电路的调试与实验数据硬件电路的调试与实验数据3.1模拟部分模拟部分调试前仔细检查电路连接是否正确，电路焊接是否存在虚焊现象，检查是否存在短路，确认无误后进行上电调试。插槽方向很重要，不能认为只要自己知道，即使反方向了也没有关系。3.2数字部分数字部分数字电路部分的调试需要结合软件。在检测硬件电路时，要保证的前提是程序是正确的。AD转换：给ADC0804的输入端一个电压值，从0V缓慢增加至+5V，可以调试AD转换是否存在问题。单片机系统：单片机系统调试时，结合程序，运行最小系统，检查按键是否正常，是否存在按键抖动、多键同时按下出现未锁定的状态，若无，则表明单片机按键接口及单片机芯片正常，检查两个显示模块，看显示是否正常。全部模块通过测试后，将整机进行测试，检查性能是否良好。在焊接完全部原件后，开始进行局部调试。在现有的实验条件下，对电压进行测试，其中，测试的信号范围为15V。用万能表测ADC0809电源端，显示电压为AD的供电电压，说明AD正常工作。给AD的零端口输入电压信号，开始测试，并记录测试数据，如表3-1。表表3-1电压采集结果显示电压采集结果显示浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)151.401.404.04.031.601.594.24.201.801.804.44.412.002.024.64.602.202.204.84.782.402.435.05.00将采集到的显示结果与实际输入的电压值相比较，可以得到测试的绝对误差。图图3-1误差分析误差分析由表3-1可知，输入输出之间的绝对误差较小，最大误差为0.05，平均误差为0.0119，误差在可允许的范围内。这说明测量结果基本正确，那些跳变点可能是由于受到各种干扰的影响，如被测信号再传入的时候可能会受到周围一些电子元器件的影响使得信号有所变化，或者电源本身就不可避免的有一定误差。为了尽量减少误差，可以进行如下改进：1）可适当简化电路，并使布局更加合理化。各元器件之间不可避免要相互产生各种干扰，所用的器件越少，那么器件与器件之间造成的干扰也就越小。数据采集控制器-硬件设计162）改进数据采集模块之前的滤波抗扰处理，使得被测数据尽量保持原始数据。3）增加AD转换的精度。4）对各模块进行封装。3.3运行结果运行结果3.3.1数码管显示数码管显示按照图纸要求，接入正负5V电压，12电压，以及接地，然后我在第7路接线柱上接入3.5V电压值，此时在数码管上显示073.45，具体如图3-1所示。这表示此时第7路接的电压为3.45V，存在0.05V的误差。改变电压值，我在第4路接入3V电压时，在数码管上显示043.08，具体如图3-2所示。这表示此时第4路接的电压为3.08V，存在0.08V的误差。图图3-2第七路地电压显示图第七路地电压显示图图图3-3第七路地电压显示图第七路地电压显示图3.3.2示波器的显示示波器的显示这次涉及到的主要有三种波形，正弦波，三角波，方波。板子上有一个按键是切换波形的，依次是正弦波、方波、三角波。下面六幅图是正弦波以50HZ的步进值从最小频率50HZ增加到100HZ、150HZ、500HZ。浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)17图图3-4频率为频率为50HZ的正弦波的正弦波图图3-5频率为频率为100HZ的正弦波的正弦波图图3-6频率为频率为150HZ的正弦波的正弦波图图3-7频率为频率为500HZ的正弦波的正弦波通过对波形的切换，从正弦波切换到方波，然后再从最小频率50HZ以50HZ的步进值递增到500HZ。图图3-8频率为频率为50HZ的方波的方波图图3-9频率为频率为100HZ的方波的方波数据采集控制器-硬件设计18图图3-10频率为频率为450HZ的方波的方波图图3-11频率为频率为500HZ的方波的方波通过对波形的切换，从方波切换到三角波，然后再从最小频率50HZ以50HZ的步进值递增到100HZ。图图3-12频率为频率为50HZ的三角波的三角波图图3-13频率为频率为100HZ的三角波的三角波对各个波形图选择一些点，进行分析，如表3-2，3-3，3-4所示。表表3-2电压采集结果显示电压采集结果显示波形正弦波(HZ)设定频率50100150500输出频率49.9836100.008149.513491.641误差0.03%0.01%0.32%1.67%表表3-3电压采集结果显示电压采集结果显示波形方波(HZ)设定频率50100450500输出频率49.90199.973450.144499.002误差0.20%0.03%0.03%0.20%表表3-4电压采集结果显示电压采集结果显示浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)19波形三角波(HZ)设定频率50100400500输出频率49.93999.8135398.816491.641误差0.12%0.19%0.30%1.67%通过表3-2，3-3，3-4可知，各个波形的误差都是在可允许的范围之内，说明测量结果基本上是正确的。数据采集控制器-硬件设计20第四章第四章总结与展望总结与展望4.1数据采集控制器硬件设计过程中的注意点数据采集控制器硬件设计过程中的注意点硬件在设计过程中，往往会出现各种问题，因此，总结经验是十分重要。4.1.1接地接地接地在整个系统中，可以说始终贯穿首尾，无论数字和模拟。很多时候直接把数字地和模拟地接在一起就以为不会存在问题。但从严格来讲，模拟地的电压为“零”豪无疑义，但数字地的低电平往往不是“零”，而且数字信号在高低电平跳变或开关电路的影响下，很容易积累电荷，产生干扰信号来影响模拟部分。就此而言，模拟地与数字地单点接地的时候，数字地应该尽可能靠近电源，因为电源处往往会存在大电容，大电容可以起到去耦的作用，从而减小了数字地对模拟地的影响。因此，在电路焊接时一定要注意这个问题。4.1.2模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号在电路中难免会有接触的点。就跟接地相似，在实际生产中往往需要接电阻，0欧电阻相当于很窄的电流通路，能够有效地限制0环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用（0欧电阻有阻抗28）。本系统结构中没有涉及到此类问题，但这个注意点也很值得重视。4.2总结总结本文介绍的8路数据采集控制器可以实现AD转换、数据处理、DA转换、数据显示及报警等功能。充分发挥了单片机功能强大、可靠性高、灵活性好、开发容易、便于扩展等优点，只需要加入相应的温度、湿度及压力等传感器，即可实现相应的多路数据采集监测功能。本论文自行设计的基于单片机的数据采集控制器的硬件，首先用电压值进行信号采集，再通过ADC0809，把采集到的模拟量转换为数据量，送到单片机进行数据的处理，最后以多种的形式进行显示。论文的主要工作包括以下几点：1.介绍了数据采集的历史背景和发展前景，并对基于单片机的数据采集控制浙江理工大学科技与艺术学院本科毕业设计(论文)21器硬件设计的可行性进行分析。2.详细描述了数据采集的实现原理，给出了基于单片机的数据采集系统硬件的信号采集与处理方案。3.阐述了所使用到的芯片的功能及使用方法，并按模块来逐一实现系统功能，并将各模块有机地结合，形成完整的数据采集控制器硬件系统。通过基于单片机的数据采集控制器的硬件设计，我不仅对硬件和单片机有了进一步了解，而且还学会了一般系统设计思路以及设计方法。但是由于时间仓促，本多路数据采集系统，还有一些不足之处，希望各位老师能多提宝贵意见！4.3展望展望本文的主要目的是提供一个基于单片机的数据采集控制器的硬件系统设计方案，在该方案中使用了模数转换器，C51，DAC0832，LED数码显示。以证实该方案的可行性。但在成为真正的产品，还需要进一步改善，主要有以下几点：1.数据采集控制器的精度。本次的误差大概是0.02V。本论文中最主要的是模数转换。由于模数转换芯片的精度越高（位数越多），其成本就越大，因此，要提高数度就需要增加投入。此外，签于电路布局对精度的影响，需要凭借深厚的硬件设计开发经验，以消除因电路布局对整个电路所造成的干扰。2.数据采集控制器运行存在不稳定因素，造成不稳定的原因可能是由于元器件本身存在一些漂移现象，造成对电路的影响，同时，也可能是由于电路布局不合理，形成了不稳定现象。3.在程序功能上，可以进一步完善功能，根据用户习惯，以更简单易用的方式，使数据采集控制器性能更加优越，以实现本数据采集控制器的遍及。数据采集控制器-硬件设计22参考文献参考文献1唐鹤权.提高单片机AD转换速度的方法J.电子技术.200330(9).2程建鑫何玉珠向复生.通用数据采集系统的设计J.电子测量技术200831(5):100-101.3李自红张炜贾丽娟.基于单片机高速数据采集系统的设计实现J.仪表技术2007(7):35-36.4胡晓军.数据采集与分析技术(第二版)M.西安:电子科技大学出版社2010.5李朝青.单片机原理及接口技术(第三版)M.北京:航空航天大学出版社2010.17-47.6任艳霞刘明光史雪明.一种简单通用的数据采集使用方法J.电气应用200726(7):98-100.7冯博琴吴宁.微型计算机原理与接口技术（第二版）M.北京:清华大学出版社2010.325-339.8李念强魏长智潘建军张羽.数据采集技术与系统设计M.机