数据采集系统报告

1、数据采集系统摘要：近年来，数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注，数据采集系统也有了迅速的发展，它可以广泛的应用于各种领域，它是智能仪器仪表设计中不可缺少的一部分。这学期我们有一门称为测控技术设计与开发的课程，它与数据采集系统有一定的关联，经过查阅多方面资料、老师讲解及自己的探索，我对数据采集有了一个系统的认知。本文为我对搜集资料的整理及自己认知的一个总结，主要介绍数据采集系统相关知识，并分析数据采集的一个简单芯片：ADC0809.关键词：数据采集系统，ADC0809正文：数据采集，又称数据获取，是利用一种装置，从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集通常有两种解释：一种是从

2、数据源收集、识别和选取数据的过程。另一种是数字化、电子扫描系统的记录过程以及内容和属性的编码过程。数据采集系统包括了：可视化的报表定义、审核关系的定义、报表的审批和发布、数据填报、数据预处理、数据评审、综合查询统计等功能模块。通过信息采集网络化和数字化，扩大数据采集的覆盖范围，提高审核工作的全面性、及时性和准确性；最终实现相关业务工作管理现代化、程序规范化、决策科学化，服务网络化。我将从以下几个方面对数据采集系统进行介绍。1.数据采集系统的发展 数据采集系统起始于20世纪50年代，1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统，目标是测试中不依靠相关的测试文件，由非成熟人员进行操作，并且测试任务

3、是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。大概在60年代后期，国内外就有成套的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因而获得了惊人的发展。从70年代起，数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，一类是工业现场数据采集系统。20世纪80年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了很大的发展，开始出现了通用

4、的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类，一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应用于实验室，在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成，这一类在工业现场应用较多。20世纪80年代后期，数据采集发生了很大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理，是系统的成本减低，体积变小，功能成倍增加，数据处理能力大大加强。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

5、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。【1】尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集

6、，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。2.国内外研究现状2数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并对其进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于20世纪中期，在过去的几十年里，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发展的主流方向。各种领域都用到了数据采集，尤其在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集等领域更是得到迅速发展。我国的数字地震观测系统主要采用TDE-124C型和TDE-224C型地震数据采集系统

7、。近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、功耗更低的TDE-324C型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至A/D后进行数字化处理，并同时采样，采样数据经DSP数字滤波处理后变成数字地震信号。该数据采集系统具备24位A/D转化位数，采样率有50HZ、100HZ、200HZ等。由美国PASCO公司生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由3部分组成：（1）传感器：利用先进的传感技术可实时采集物理实验中各物理量的数据；（2）计算机接口：将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高为25万次/S；（3）软件：中文及英文的应用软件。受需求

8、的牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰ACRA公司在2000年研发推出的新一代KAM500机载数据采集系统，是采用16位（A/D）模拟数字变换，总采样率达500K/S,同步时间为+/-250ns，可以利用方式组成高达1000通道的大容量的分布式采集系统。3.数据采集系统的结构形式常见的数据采集系统主要有以下几种结构形式。每个通道具有独立的S/H和A/D的采集系统。图1 单通道独立S/H和A/D型这种系统的结构形式如图1所示，图中，S/H为采样保持电路，A/D为模数转换电路，I/O为输入-输出接口电路。由图可见，每个S/H、A/D和I/O组成一个信号采集通道。也

9、就是说，每个通道具有独立的S/H和A/D。图1所示的数据采集系统，采集信号的速度快，主要用于高速数据采集和同步性要求较高的场合。该系统采集后各通道数据是完整的，有利于分析各个通道信号的相关关系。这种类型数据采集系统的缺点是成本高。多通道分时共享S/H和A/D的采集系统图2多通道分时共享S/H和A/D型这种系统的电路结构如图2所示，图中，MUX为多路模拟开关。由图可见，在这种采集系统中，只有一个采样-保持电路和模数转换电路，采取分时共享的方法，实现多通道采集。各通道的采集和转换时间，取决于模拟开关和A/D转换器的工作时间。由于采集的信号是通过模拟多路开关轮流切换送入S/H和A/D电路，所以被测信

10、号是断续的，对实时测量会引起误差。这种电路结构适合于缓慢信号的测量，也可通过加置多路模拟开关（MUX），来扩展通道数。另外，这种电路结构简单，使用的芯片数少。多通道共享A/D的数据采集系统图3多通道共享A/D型图3是多通道共享A/D的数据采集系统。这个系统的特点是每个通道具有独立的采样-保存电路，但A/D电路是共享的。根据这一特点可知，这种系统的各通道可以实现同时采样，所以这种系统又叫做同步数据采集系统。系统中的各个通道受同一个信号控制，能保证各通道在同一时刻采样。但是，这种系统不能实现同时转换，而是只能分时共享。主计算机管理的各通道可以独立工作的采集系统图4 主计算机管理的各通道可以独立各种

11、的采集系统图4是这种系统的结构示意图。由图可知，系统各通道都有S/H和A/D电路，都有单片机和采样前的必要的预处理系统，因此各个通道的独立性很强。各通道可按各自的要求，独立进行测试。近年来，采样厚膜技术制作的多功能数据采集模块，把数据采集系统的各部分都集成在一个模块里，并可与微机兼容。在此基础上发展起来的插卡式数据采集系统功能强大，使用灵活，受到了广泛应用。这种插卡式数据采集系统，可以插入计算机方便地构成各种采集系统。4.数据采集系统的构成特点3（1） 采集通道组成可多可少，应用灵活。如单参量采集采用单通道；多参量采集的大型试验，可用几百甚至几千个通道。通道有控制通道、顺序采集通道和同步采集通

12、道，对成千上万个模拟信号和数字信号进行测量和采集，经过输出实施各种控制。（2） 根据信号电平高低，数据采集系统可以灵活采用不同分辨率的A/D和D/A转换完成采集和控制功能。例如热电偶和应变片、位移电桥的输出都是低电平信号，其满量程一般都在5mV至20mV的范围。要求能测出和分辨出微幅级信号，就要用12位至14位ADC。对于温度计量或电子计量，为了保证精度要求，可用高分辨率的16位或更高的A/D转换器。（3） 能实现实时采样、实时处理、实时控制和实时显示。因为在实验过程中，要测量的信号点多，每一个点的测量时间不能过长。有的实验要采集瞬态过程的数据，这就要求有更高的采集速度，就要用特殊的存取电路和

13、A/D、D/A转换电路，从软件和硬件上综合设计。（4） 测量速度快、精度高。对于高精度测量，一般测量仪器是不难满足的，但对于高速度高精度的测量一般仪表是无法满足的。对于多点快速数据采集系统，一般精度可达±0.1%，如精度有特殊需求，可用16位A/D转换器，精度可达±0.01%。2 完成上述测量要求的方法比较多，现在广泛用A/D和D/A转换器组成的数据采集系统，可以提高测量和数据采集的精度，提高数据处理速度。5.ADC0809八路数据采集器通过测控技术设计与开发课程的学习，我对ADC0809八路数据采集器有了很深的了解。 图5 ADC0808/0809内部结构框图ADC 08

14、09是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。ADC 0809的工作时序如图6所示。当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后(或与ALE同时)出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内(不定)，EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。微处理器收到变为高电

15、平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。图6 ADC0809工作时序模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成。这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2s+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。在实验中，我们的要求是利用外置AD芯片，将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字

16、信号并让主控器通过控制AD芯片，对各路数据进行采集和显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路8路、1路，间隔1s）和选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。八路数据采集器主要硬件电路由电子电路创新平台试验箱提供。我们主要通过软件的编程，来控制ADC0809的相关输入输出引脚，控制芯片的时序和逻辑，实现由八路通道输入的ADC采集，完成由模拟到数字的转换。ADC0809数据采集系统的功能实现：（1）ADC0809时序逻辑的实现：通过硬件的连接，将PC接口的5个管脚分别与ADC0809芯片的CLK、OE、EOC、START、ALE管脚相连接。PC接口的另外8个管脚分别与AD

17、C的D7-D0口连接。通过软件的编程模拟产生时序，使STM32的管脚输出的信号符合ADC芯片采集的时序逻辑，实现转换信号的功能。（2）ADC0809数据循环采集功能的实现：将PC接口的其他3个管脚与ADC0809芯片的ADC_A、ADC_B、ADC_C管脚相连接。通过编程设置通道数，实现复位之后开始循环采集把通道数付给ADC_A、ADC_B、ADC_C。当通道数达到8时，再将通道数清零，从而达到ADC自动循环采集数据。（3）ADC0809数据单路采集功能的实现：通过调用串口函数，设置一个串口接收的函数，当通过串口输入0-7不同的值时，将该值赋给选择ADC通道的函数来设置通道数的值，就可以选通数值所对应的通道，实现选择不同通道的功能。个人总结：原来我对数据采集系统可以说是一无所知，但经过这学期的课堂学习以及老师要求的课下阅读后，我对它有了一个初步的认识。虽然还没有精通它的强大功能，但至少可以在一些小型的实验中运用这些知识，这与我而言无疑是一个很大的进步。大一大二的时候感觉自己一直是迷茫的，不知道我的专业究竟是干什么的，所以虽然成绩还可以，但那都是为了应付考试，没有真正学到什么有用的东西。而这学期不同