基于单片机的多通道数据监测系统

题

目

基于单片机的多通道数据监测系统1、本论文的目的、意义温度压力液位流量是工业自动化常见控制参量，实现其监测与控制是基础性工作，也是机械电子工程专业学生必须掌握的基础内容。本课题要求学生综合利用所学知识，培养动手能力，在前人工作基础上，改进完善，实现多通道模拟工业温度压力液位信号采集和处理显示实现上下限报警和电磁继电器和开关通断控制该课题对于机电测控实验中心完善实验建设具备价值。2、学生应完成的任务查阅收集资料、熟悉设计原始资料、完成相关不少于个字符的外文资料翻译。完成毕业实习调研以及实习报告的撰写。现有温度压力液位流量监测与控制系统调研和资料搜集。多路参量监测与控制系统方案设计。接口电路板制作和加工。实验程序设计与调试。完整程序和实物一套。整理完成不少于24000字的毕业论文。3、论文各部分内容及时间分配共12

周）第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分

调研准备和资料搜集（2周）方案设计和元器件采购（2周）硬件制作（3周）软件调试（3周）系统集成，撰写毕业论文（1周）备

评阅及答辩评阅答辩（1周）注指导教师：

年

月

日审批人：

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日摘

要随着电子计算机信息技术的不断发展和完善用单片机实现的数据采集系统的应用越来越多。采用单片机实现的数据采集系统具有自动化和无人值守的特点。在许多工业测控机械医疗仪器以及消费电子产品中都对数据采集系统的实时性与功耗提出了更高的要求即在满足微功耗微型化的总体设计原则基础上又要能实时反映现场采集数据的变化这就对系统的功耗采样速度数据存储和传输速度等提出了更高的要求然而随着半导体与微控制器技术的飞速发展各种微电子器件的性能不断提高功耗却不断降低技术的进步使得高速度低功耗的数据采集系统得以实现。本文设计的数据采集与显示理系统采用公司研制的MSP430系列超低功耗单片机作为核心控制元件实现了8通道模拟量数据的采集自动循环显示用户查询限位设定及报警外围驱动能力时间显示及和上位机组态软件的通信功能。该系统功能齐全，且具有一定的通用性。主要研究内容如下：首先，分析了数据采集系统技术领域内国内外的研究现状，以及MSP430系列低功耗单片机的特点和应用情况其次分析了研究数据采集系统的现实意义在此基础上给出了基于片机的数据采集系统的总体设计方案。比较详细的介绍了实现该系统的硬件电路设计，包括电源电路、按键电路、复位电路、点LCD显示电路、LED指示灯和蜂鸣器报警电路、直流电机驱动电路USART异步串行通信电路等电路的原理图设计。最后详细的介绍了基于语言的软件系统实现方案。其中软件系统的设计是本设计的工作重点设计过程采用了模块化的软件设计思想文中第4章前6小节详细介绍了系统中各个模块软件设计过程其中和组态王的串口通信程序设计是最有创新性的内容第7小节介绍了这些模块之间的输入输出等链接关系，并最终给出了主处理程序的结构框架。本设计的最终实验结果表明下位机的数据采集及显示查询报警等功能均能顺利实现；与组态王的串口通信程序设计取得了明显的成果。关键词：数据采集

MSP430

串行通信西南交通大学本科毕业设计(论文)Abstract

第Ⅴ页Withoftechnology,ofMCUinadatadetectionsystemmoreDatadetectionwithMCUhasofReal-timelowerconsumptionisdemandedinmedicalconsumerelectronicsprincipleofoverallisnotmeetmicro-powerminiaturizationalsoreal-timedatascenemakeaofsystem’ssamplingspeed,speedtransmissionspeed.Withrapidofsemiconductorandmicrocontrollertechnology,ofdevicesbutpowerisintechnologymakehigh-speed,lower-powerdetectionsystemberealized.TheandprocessinginthisuseTI’sasthecoreelement,whichachievesthesuch8-channeldatadetection,automaticdisplay,userlimitgivealarm,totheexternalcommunicatewithPC(throughKingViewThesystemhasenoughiscontentsarefollows:First,analysestheresearchstatusquoofatSecond,analysesthesignificanceofonofwegiveadetectionsystemdesignbasedonMSP430.Wethesystemsstructuralhardwarecircuitcircuit,circuit,circuit,dot-matrixdisplayLEDcircuit,circuitUSARTcommunicationcircuit,Finally,giveaintroductionsoftwarebasedonCtothewholeThedesignthekeyworkofthisThewholeprocessingbasedcalled“modulardesignInChapter4firstsixevery西南交通大学本科毕业设计(论文)

第Ⅴdesigningprocess.SerialcommunicationproceduresdesignbetweenKingViewisbecontentinthisin7,inputoutputallthemodulesAndfinally,Igivethemainprogramframework.resultsshowthatdatadetectionqueryandfunctioncanrunsserialcommunicationbetweenKingViewMSP430haveremarkablekey：datadetectionserial西南交通大学本科毕业设计论文)

第IV页目

录第1章

绪论..........................................误！未义书签。1.1数据采集系统概述................................错误！未定义书签。1.1.1嵌入式系统概述..............................误！定义书。1.1.2嵌入式数据采集系统简介.......................................31.2数据采集系统发展方向............................错误！未定义书签。1.3本文研究的主要内容及组织结构....................错误！未定义书签。第2章基于MSP430的数据采集系统的系统设计62.1基于MSP430的数据采集系统的系统构建..............................62.1.1系统功能分析.................................................62.1.2系统的硬件原理框图...........................................72.1.3系统的工作过程...............................................82.2系统主要功能器件的介绍及选择.....................................82.2.1单片机的选择.................................................82.2.2传感器简介..................................................112.2.3AD转换模块结构介绍..........................................112.2.4LCD显示模块的选择...........................................142.2.5上位机处理系统软件的选择.....................................第3章基于MSP430的数据采集系统的硬件设计3.1电源电路的设计..................................................173.2复位电路设计....................................................183.3模拟量采集电路的设计............................................183.4图形点阵LCD显示电路............................................193.5按键处理电路....................................................203.6串行通信电路设计................................................213.7报警系统及外围驱动模块电路设计..................................233.7.1报警电路设计................................................233.7.1电机驱动电路设计............................................24西南交通大学本科毕业设计论文)

第V页3.8单片机电路设计..................................................24第4章基于MSP430的数据采集系统的软件设计4.1系统时钟模块的初始化设置........................................284.2模拟量采集模块软件设计..........................................284.2.1转换模块的初始化设置........................................284.2.2转换数据的读取..............................................284.2.3转换数据的格式化............................................304.2.4ADC12模块的启动.............................................314.3输入模块的软件设计..............................................324.3.1输入模块的初始化设置........................................324.3.2中断处理程序................................................344.4显示模块的软件设计..............................................424.4.1LCD初始化设计...............................................424.4.2LCD显示设计.................................................434.5串行通信模块的软件设计..........................................454.5.1组态王与单片机的通信协议....................................464.5.2单片机通讯程序设计..........................................494.6报警系统及外围驱动电路模块的软件设计............................564.6.1报警系统的软件设计..........................................574.6.2外围驱动模块的软件设计......................................584.7主处理模块程序设计..............................................60第5章系统的调试及运行...............................................635.1系统实物电路的搭建..............................................635.2下位机设计功能调试..............................................635.1和组态王6.51串口通信的调试.....................................63结论................................................................致谢................................................................参考文献..............................................................西南交通大学本科毕业设计论文)

第VI页附录1：电路原理...................................................71附录2：程.........................................................72附录3：实习报.....................................................72西南交通大学本科毕业设计(论文)=*result840960.986)for(tmp=0;tmp<4;tmp++){results1[iq1]=result110;//温度一iq1=iq1+1;=result1………………results%10;//流量二iq8=iq8+1;=result8}

第1页}以上处理程序中是实际要利用的数据式（两位整数部分两位小数部分组来存储转换数据的各位数据。主要是为了在以后的显示部分能够方便的取出逐位显示。ADC12模块的启动ADC12模块的启动函数，用以在程序适当位置启动转换。程序如下：{ADC12CTL0ADC12SC;//启动AD换西南交通大学本科毕业设计(论文)0;//设置标志，表示正在转换中}4.3输入模块的软件设计

第2页系统的输入模块主要是指行列矩阵扫描键盘。在第三章中介绍键盘电路设计时候已经较详细的说明了键盘的电路设计以及工作原理这里再详细说明系统对键盘的功能需求以及软件实现方法。这里采用定时器B以0.125s循环速度使行线和环置0查是否有按键按下若检查到有按键按下则系统进入端口中断复位程序根据按下的键值进行对应的中断处理。程序流程图如下：图4-3输入该模块主要包括对定时器B和端口中断的处理面具体分析该模块的程序设计。输入模块的初始化设置该部分主要完成端口的初始化和定时器初始化。下面为初始化部分的代码程序。1、端口初始化程序：{//管脚在初始化的时候设置为输入方式=0;西南交通大学本科毕业设计(论文)P1SEL=0;P1SEL|=BIT2//除P1.2外（另有所用有的管脚设置为一般I/O&=………………&=//将设置为输入方向，键盘的列线BIT1;BIT3;//将和置为输出方向P1IE|=BIT4;//管脚P1.4能中断|=//对应的管脚由高到低电平跳变使相应的标志置位………………P1IE|=BIT7;//管脚P1.7能中断|=//对应的管脚由高到低电平跳变使相应的标志置位

第3页}程序中，键盘列线被设置为输入方向，只能读该端口的数据；行线被设置成输出方向，该端口可读可写，可用定时器B使循环输出高低电平，以监测按键事件。2、定时器B初始化程序：{TBCTL=TBSSEL0+TBCLR;选择ACLK=32768HZ，清除TARTBCCTL0//中断允许=//时间间隔为0.125西南交通大学本科毕业设计(论文)TBCTL|=MC0;增记数模式

第4页}由以上程序可以看出，通过设TBCTL可以设置定时器时钟源选择，设置来确定时间间隔户可以根据自己的需要调整相应寄存器的值以满足自己的要求。在这里由于选择的时钟源频率为32768KHz，并为增计数模式所以定时时间为4096/32768=0.125s。中断处理程序该部分主要是定时器B中断和端口中断处理两个部分。定时器中断主要负责设置行线的电平使系统处于按键输入状态端口中断主要是负责判断哪个列线上有按键输入，从而获得数据。下面给出部分的程序代码。1、定时器B中服务程序。该部分代码主要完成循环将相应的行线设置为低电平和高电平，使系统处于按键输入状态。vector=TIMERB0_VECTORTimerB_ISR(void){{0:{=1;P1OUTBIT3;//p1.3设置为高电平P1OUT&=~(BIT1);//p1.1设置为低电平break;西南交通大学本科毕业设计(论文)

第5页}1:{=0;P1OUTBIT1;//p1.1设置为高电平P1OUT&=~(BIT3);//p1.3设置为低电平break;}default:break;}}上面程序中，PORT_count用来标记按键所按下的行号，与下面的端口中断服务程序配合使用就可以得到按下的键的位置。2、端口中服务程序。该模块主要用来判断哪根列线出现了低电平，从而获得输入值。下面为部分程序代码：vector=PORT_ISR(void){Delay_ms(50);//消除延时抖动if(P1IFG&BIT4)//线上有按键输入{P1IFG&=~(BIT4);//清除中断标志位西南交通大学本科毕业设计(论文)Delay_ms(1);//消除抖动//获得输入值{0:=10;//FUN_Key键，功能键/*所需要的处理动作*/break;1:=键，用以显示"时间"/*所需要的处理动作*/break;}

第6页}if(P1IFG&BIT5)//列线上有按键输入{}if(P1IFG&BIT6)//列线上有按键输入{}列线上有按键输入{}}//口中断服务程序结束由以上程序可以看出键值判断的具体过程是这样的进入端口中断服务程序之西南交通大学本科毕业设计(论文)

第7页后，首先是用i—语句判断是个口产生了中断。判断出中断入口之后，清除相应的中断标志位

，然后再结合在定时器

B中断服务程序中所记录的值来选择确定按键所处的位置。比如：如果当前的中断入口是P1.4，同时若PORT_count==0么由定时器B中断服务程序可以得知前P1.1=1，那么用户按下的键是FUN_Key（参照键盘电路图它判断以此类推。限于文章篇幅，以上程序只简单给出了P1.4口产生中断时键值的判断过程。其余各口P1.5、P1.6、P1.7都与的判断方法相同。然而对于本系统来说我们的目的不是简单的判断是哪个键被按下了然后获取键值而是要求当有键被按下时系统要根据被按下的键做出相应的反（主要是指LCD的显示动作写控制这些反应的程序代码是编写端口服务程序的主要工作为了比较清楚的了解本系统输入中断服务程序和主程序之间的结构关系请先参看下图4-4：输入模块如上图所示，主程序是一直处于循环状态的。当有按键按下，程序进入“有输入分支并进入中断接受按键输入信息收完毕之后根据新信息更新循环输出内容；若无输入，则程序依据原有信息不断循环。下面将分别说明各个按键的功能及其程序设计。1、FUN_Key：功能键。这个键主要是用来设置各个检测通道的上限和下限的。当按1时，LCD进入限值设定页面；这时，再Up_Key键和Down_Key西南交通大学本科毕业设计(论文)

第8页键选择所需要设置的通道号；选定完毕之后，FUN_Key键确认，LCD进入该通道的上下限设置页面再用键和Down_Key键选择所需设置的限位键确认；最后，Up_Key键和键设置限位数据。设置完毕后，进入主程序循环。这个过程可以用下图来描述：限由上图可以看出，FUN_Key键的功能是通过的值来判别的，所以就可以在FUN_Key键动作时，