第8组-数据采集系统报告

1、数据采集系统第8组B 金逸超B 许扬扬B 史文雯摘要21.系统方案选择和论证21.1设计要求21.2系统基本方案21.2.1各模块方案选择和论证22. 单元电路设计52.1 A/D转换52.2数据发送62.3接收端码型转换72.4 FSK调制和解调82.5 显示模块93系统的软件设计93.1 传输模式一93.2 传输模式二104系统测试1141 测试仪器114.2 指标测试114.2.1 数字信号异步传输114.2.2 FSK调制解调114.3误差分析115. 总结12参考文献12摘要本设计采用两片52单片机分别控制发送端和接收端的数据采集、通信和结果显示。通过ADC0809模数转换器实现被测

2、直流电压的数字转换，通信方式既可以选择异步串行通信，也可以调制成FSK信号进行通信（采用FSK调制解调专用芯片CMX469）。在接收端用的数码管显示被测电压值。1.系统方案选择和论证1.1设计要求在发送端采集被测直流电压信号，经过处理将采集的直流变为数字信号，再采用异步串行传输方式传输被测数据。在接收端接收数字信号后显示出被测直流信号的电压值。1.2系统基本方案根据题目要求，系统可以划分为发送部分和接收部分，包括数据采集与通信控制模块，调制解调模块和显示模块。被测直流信号A/D变换发送码型处理接收码型处理显示异步串行传输解调调制图一、系统基本方案1.2.1各模块方案选择和论证（1）数据采集与通

3、信模块方案一：采用AD0809模数转换器和STC89C52单片机控制数据采集。AD0809采用单+5V电源逐次逼近式AD转换，工作时钟为640kHz，转换时间约100us，失调误差为1LSB，精度和速度都能符合要求，将被测的直流信号转换成8位二进制码数字信号。STC89C52单片机是目前市场上应用最广泛的单片机，使用方便，性价比高，并且支持ISP在线下载，而且保密性较一般的单片机都好，因此选用它来进行数据的采集和通信控制。方案二：采用A/D转换器和EEPROM进行数据转换。A/D转换器将被测的直流信号转换成8位二进制码数字信号，通过EEPROM来实现二进制码和BCD码的转换。采用LPC932进

4、行信号的传输（电路如图）。EEPROM是电可擦除，使用不方便，LPC932与硬件的衔接不是很好，价格也比较昂贵。图二、数据采集方案二电路图(2) 调制解调模块方案一：采用ASK调制，ASK的原理最为简单，频带带宽为2B,频带的利用率较低，误码率高，不可取。方案二：PSK调制，PSK的频带带宽为2B，误码率低，但PSK 存在有相位模糊问题。方案三： FSK的带宽为2B+|f1-f2|,利用率较ASK,PAK大一些。在相同信噪比的情况下，误码率比PSK高。FSK能够将能量集中在频率的较低处，结合三种调制方式的特点和电路的复杂程度，选择FSK调制方式。FSK调制电路的方式很多：方案一：图3为一种常用

5、的FSK调制解调方案。但电路比较烦琐，精度也不高，容易受干扰。方案二：CMX469A是FFSKMSK全双工无线MODEM芯片，内部集成了载波检测、RX时钟恢复电路和振荡电路，并具有很好的信噪比以及低电压、低功耗等特性，能够接收、发射FFSKMSK信号，同时可提供收发时钟，功能十分强大。并且它工作的外围电路十分简单，配合单片机程序的编写即可实现符合题目要求的FSK信号的传输。基于以上分析，我们选择CMX469A芯片进行FSK调制解调。 振荡器 L模拟开关L开关控制震 荡器 H模 拟开关H恒幅电 路FSK信号带通滤 波整形锁相判别图三、常用的FSK调制解调下面的图4和图5分别为cmx469的发送时

6、序和接收时序图4、CMX469发送时序图图5、CMX469接收时钟图（3）显示模块 显示模块用来显示被测直流信号的电压值 方案一：采用LED（数码管）显示LED（数码管）是light-emitting diode的缩写，具有高亮度，低能耗，低压，低损耗，防晒，防潮，防火，高刷新率，对外界环境要求低，易于维护，操作简单等优点，能提供宽达160的视角，可以在较远的距离上看清楚，编译简单，资源占用少。但是它的显示存在信息量少，显示不直观，不易理解的缺点。本系统要显示的数字比较简单，因此采用led数码管进行动态显示。方案二：采用LCD（液晶屏）显示LCD（液晶屏）是Liquid Crystal Dis

7、play的缩写，它具有汉字显示的功能，信息量丰富且直观易懂，轻薄短小，耗电量低，无辐射危险，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强，但编程工作量大，控制器资源占用较多，成本偏高，并且在使用时不能有静电干扰，容易烧坏显示芯片，不易维护。2. 单元电路设计2.1 A/D转换模数转换电路采用ADC0809与发送端单片机89C52的连接。ADC0809将输入的直流电压值转变为8位二进制码输出，可选择8路模拟通道进行A/D转换。在本应用中，时钟由52单片机的P37提供，时钟频率为40KHz（0809的时钟工作频率在10kHz-1280KHz之间）。ADC0809的工作时序图如图6所示。图6、ADC0809的

8、A/D转换时序图图7、ADC0809与单片机的接口电路 2.2数据发送89C52单片机以4800Baud的传送速率进行数据的传送，晶振频率为11.0592MHz，定时器2提供4800B的波特率，定时器0定时从P37输出脉冲信号，提供40kHz 时钟频率F给0809，P1口负责接收从A/D转换输出的8位二进制码，TXD端口以异步串行方式发送数据。52发出的数据为TTL电平，经过MAX232转换电路转换为变为RS232电平发送给串口。以下是单片机各个部分的电路图。 图8、复位电路 图9、MAX232电平转化电路 图10、89C52电路图 图11、串口连接2.3接收端码型转换接收端的52单片机以48

9、00B的速率从串口接收数据，进行码型的转换。转换的公式如下item=itemp*500itemp=itemp/256item_100=item/100item=item%100item_10=item/10item=item%10itemp为接收到的二进制码，item_100,item_10,item分别为转化后得到的需送至数码管显示的三位有效数字。2.4 FSK调制和解调 我们使用cmx469芯片进行调制和解调，在接收端和发送端分别用一块CMX469A进行FSK信号的调制和解调。以下分别为CMX469的典型外部电路图以及阻容器件的典型值情况。图12、CMX469外围电路图以及器件参数图13、

10、CMX469与89C52单片机接口设计发送部分：TxEN为发送使能控制端口，当低电平发送使能后，在时钟信号TxSYNC的同步时钟下，TxData数据线上从发送端单片机传来的信号将依次被采样，同时经过调制即可在TxSIGNAL引脚输出调制后的FFSK信号。在1200 bps下，该系统可将高电平“1”转换为1200Hz的正弦波，而将低电平“0”转换为2400Hz的正弦波，并由TxSIGNAL端口输出。TxData引脚信号将在时钟信号TxSYNC的上升沿被采样接收部分：RxEn为接收使能引脚。RxEN为高时，使能接收电路，为低时则使接收电路进入节能状态。此时，RxSYNC和接收数据端将输出固定电平。

11、接收使能时，输入RxSIGNAL的FFSK信号经过内部滤波器后可被恢复为串行数据输出。同时，从接收的数据中还可恢复出同步时钟，接收端单片机通过采样此同步时钟来同步接收数据。2.5 显示模块 4位数码管分别显示从单片机输出的item_100,item_10,item，最低位显示V，采用动态显示。采用接收端单片机上的T0定时中断来刷新数码管的显示，连续刷新四个数码管一次，以达到较好的视觉效果。数码显示模块程序流程图如下：要显示的4位数值刷新第i位数码管稍做延迟，i图14 显示模块程序流程图i=4本次显示结束，退出中断2.6 带通滤波模块电路可以采用单重反馈、单位增益、单运放一次实现的低、高通三阶节

12、，但该三阶节灵敏度偏高，元件值误差和温度变化会严重影响滤波特性。本设计采用一阶节和二阶节级连方式来实现高、低通滤波器，灵敏度降低，特性比较稳定。原理图如下：3系统的软件设计在本系统中我们采用扫描按键的方法，可由用户自行设定分别采用题目要求的两种传输方式进行数据的传送。传送模式一为通过RS-232串口进行数据的异步传送，传送模式二为采用CMX469进行数据的FSK信号调制和解调传输。3.1 传输模式一：使用串口直接进行传输。A/D转换数据采集数值分析码型编制串口传送开始串口接收码型解调数值分析数码管显示3.2 传输模式二：FSK调制解调传送4系统测试41 测试仪器测试使用的仪器设备序号名称、型号

13、、规格数量备注1VC9804A数字万用表1胜利仪器厂2DF1731SL2A直流稳压电源1宁波中策电子有限公司3RIGOL数字示波器1北京普源精电科技 有限公司4.2 指标测试4.2.1 数字信号异步传输被测直流电压经A/D转换，异步串行传输后在数码管上显示相应电压值次数被测电压值数码管显示值100000021651643254254443243055004984.2.2 FSK调制解调次数被测电压值数码管显示值10.000.0021.251.2432.562.5643.873.8655.004.984.3误差分析由于线路上的存在干扰，信号本身会随着线路的长度产生衰减，以及线路上不可避免的噪声，使得误差不可避免。FSK在调制与解调过程中不可避免会将线路传输过程中的干扰也进行处理。此外ADC0809本身也有1 LSB的误差。通过对以上测试数据的分析，我们完成系统的误差大约在5V情况下不超过0.02V，误差不超过0.5%。做到题目要求的5%误差完全没有问题。5. 总结本系统以52单片机为核心部件，可以通过数字异步串行传输和FSK两种