单片机数据采集与控制系统的设计-开题报告

毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000 字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 近年来,各种单片机的数据采集系统(das)广泛应用于工业生产、测量和工业控制技术中，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。国内大大小小很多公司多开发了数据采集器和卡之类的产品，这使信息的数字化提供了极大的方便。关键词 单片机 数据采集 控制系统 光电隔离1 单片机单片机也被称为微控制器（Microcontroler） ，是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有 CPU 的专用处理器发展而来 2。最早的设计理念是通过将大量外围设备和 CPU 集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。INTEL 的 Z80 是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。11 单片机控制系统一个单片机控制系统主要包括：显示模块、按键输入模块、I/O 输入输出模块、光电隔离模块、通讯模块等。1. 液晶显示原理液晶显示原理主要特色在于体积小、薄，重量轻，低辐射等。LCD 是基于液晶电光效应的显示器件，包括段显示方式的字符段显示器件，矩阵显示方式的字符、图形、图像显示器件，矩阵显示方式的大屏幕液晶投影电视液晶屏等 3。液晶显示器的原理是利用液晶的物理特性在通电时导通，液晶排列变得有秩序，使光线容易通过；不通电时，排列则变得无序，从而阻止光线通过。2. 键盘编码键盘：由硬件逻辑电路完成必要的键识别工作与可靠性措施。每按一次键，键盘自动提供被按键的读数，同时产生一选通脉冲通知微处理器，一般还具有反弹跳和同时按键保护功能 4。这种键盘易于使用，但硬件比较复杂，对于主机任务繁重之情况，采用8279 可编程键盘管理接口芯片构成编码式键盘系统是很实用的方案。非编码键盘：只简单地提供键盘的行列与矩阵，其他操作如键的识别，决定按键的读数等仅靠软件完成，故硬件较为简单，但占用 CPU 较多时间。有：独立式按键结构、矩阵式按键结构。3. A/D 转换原理A/D 转换是指将模拟量离散化转换成计算机能接受的数字量。其主要指标是分辨率、满刻度误差、输出模拟量的类型和范围、转换时间及与 CPU 的接口方式。4. D/A 转换原理将每位代码按照其“权”值转换为相应的模拟量(仅指模拟电压) 5，然后再把对应于各位代码的模拟量加起来，所得模拟量的总和，就是与被转换数字量相对应的模拟量。5. 串行接口串行通信是指数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，并可以利用电话线，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。 串行通信本身又分为异步通信与同步通信两种。 串行通信线路上传送的是数字信号，表示传送数字信号能力的指标为数据速率(Data Rate)，其单位为 bps(bit persecond)，即每秒钟传送的二进制位数 6 7。 串行接口标准： 目前普遍采用的一种串行接口标准是 RS232C 标准。RS232C 接口标准采用 25 个引脚的连接器（D 型插座） 。RS232C 规定有 25 根连线。6. 继电器隔离继电器的线圈和触点之间没有电气上的联系。因此，可以利用继电器的线圈接受电气信号，而用触点发送和输出信号，从而避免强电和弱电信号之间的直接联系，实现了抗干扰隔离 8。7. I/O 端口的功能I/O 接口的功能是负责实现 CPU 通过系统总线把 I/O 电路和外围设备联系在一起。12 单片机的发展纵观我们现在生活的各个领域，从导 弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据 处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能 IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机 9。以前没有单片机时，这些 东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达 3 亿片，且每年以大约 20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到 1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地辐射向内地。所以，学习单片机在我国是有着广阔前景的10。2 数据采集“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 。2.1 数据采集系统的功能从严格意义上说，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 1。2. 2 数据采集系统的任务数 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 。2. 3 数据采集系统的现状在互联网行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先,分布式控制应用场合中的智能数据采集系统在国内外已经取得了长足的发展。其次,总线兼容型数据采集插件的数量不断增大,与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。3 结束语 本设计主要以单片机 AT89C51 芯片为控制核心和数据采集电路、LED 数码管显示电路以及供电系统四大部分构成数据采集和显示功能 11 12。当有模拟信号输入时，单片机控制 A/D 转换器，把要输入的模拟信号转换为相应的数字信号存入到单片的内存中，在控制LCD 显示驱动器把内存中的数字信号显示出来。通过键盘来改变 LCD 中显示的数据，把改变的数据通过控制 D/A 转换器输出成相应的模拟信号。应用通讯端口（RS232、RS422、RS485）完成与其他控制器之间的数据通讯 13 14。参 考 文 献1 肖忠祥.数据采集原理M.西安：西北工业大学出版社.19952 何宏.单片机原理与接口技术M.北京：国防工业出版社.19983 蔡方凯.单片机原理及基于单片机的嵌入式系统设计M.北京：中国水利水电出版社.19954 南建辉.MCS-51 单片机原理及应用实例M.北京:清华大学出版社.20005 戴佳.51 单片机应用系统开发典型实例M.北京：中国电力出版社.19996 郭文川.单片机原理与接口技术M.北京:化学工业出版社.19987 杨斌.微机系统及其接口设计原理M.重庆:西南交通大学出版社.20008 彭为等.单片机典型系统设计M.北京:电子工业出版社.20019 付家才. 单片机实验与实践M.北京：高等教育出版社.200610 陈正义.单片机控制实习M.北京：人民邮电出版社.200411 朱善君等.单片机接口技术与应用M.北京：清华大学出版社.200512 李广第等.单片机基础M.北京：北京航空航天大学出版社.200713 姜志海.单片机原理及应用M.北京：电子工业出版社.200514 罗耀华.单片机原理及应用技术M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社.200515 黄仁欣.单片机原理及应用技术M. 北京： 北京大学出版社，2005. 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：一要研究和解决的问题：理解单片机的工作原理、有关外围接口芯片的工作机理；电源电路设计、模拟数字电路处理；C 和汇编语言设计等等方面的知识。首先要能够读懂理解单片机的工作原理、各接口的功能作用；熟悉外围芯片的工作原理和典型电路；其次要根据任务书的内容要求，综合各个芯片，正确连接各芯片引脚，画出整个采集与控制系统的电路原理图；最后配合相应的控制程序来实现预定的各项功能。二采用的研究手段1. 通过 AD/DA 转换器，把输入的模拟信号转换成数字信号和把输出的数字信号转换成模拟信号。2. 通过 LCD 来显示输入的信号数值。3. 应用键盘来对输入信号的改变。4. 通