基于89C52的多通道數(shù)據(jù)采集卡的設計畢業(yè)設計開題報告.doc

1、畢業(yè)設計開題報告基于89c52的多通道數(shù)據(jù)采集卡的設計一、 選題的目的和意義數(shù)據(jù)采集技術是一種流行且實用的電子技術。它廣泛應用于信號檢測、信號處理、儀器儀表等領域。近年來，隨著數(shù)字化技術的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術也呈現(xiàn)出速度更高、通道更多、數(shù)據(jù)量更大的發(fā)展態(tài)勢。數(shù)據(jù)采集是為了對溫度、壓力、流量、速度、位移、光強度、聲音等物理量進行在線測量和控制，通過傳感器把上述物理量轉換成模擬物理量的電信號（即模擬電信號），然后將模擬電信號經過處理并轉換成計算機能識別的數(shù)字量，送進計算機處理、存儲、傳輸和顯示。數(shù)據(jù)采集技術在自動測試、自動控制、通信、信號處理等領域中得到廣泛的應用。例如數(shù)據(jù)遙測系統(tǒng)、脈沖編碼和調

2、制通信、自動測試系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采樣控制系統(tǒng)、瞬態(tài)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、視頻信號處理系統(tǒng)等等。在現(xiàn)實中要通過計算機對現(xiàn)實世界中的信息進行處理和顯示，首先必須將計算機和現(xiàn)實世界聯(lián)系起來，這需要將真實世界中的各種信號(稱為模擬信號)轉化為計算機可以識別、存儲的信號(稱為數(shù)字信號)，這一過程即是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集技術是以前端的模擬信號處理、模擬信號數(shù)字化、數(shù)字信號處理和計算機控制技術等高科技為基而形成的一門綜合技術。它在許多領域得到了廣泛的應用。數(shù)字技術促進了上述這些領域的發(fā)展，而反過來又對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了愈來愈高的要求。一個大型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下幾個部分組成：數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理

3、、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等。隨著計算機技術的發(fā)展和計算機技術在信號處理中的廣泛應用，現(xiàn)代的測量系統(tǒng)在數(shù)字信號處理方面的能力也大大加強了，形成了所謂的數(shù)字化測量技術數(shù)字化測量就是借助于各種類型的傳感器檢測外部世界的各種信號，并轉換成電信號，然后進行信號調理和ad轉換，使之轉換成為能夠在數(shù)字系統(tǒng)中進步處理的數(shù)字信號。具體來說，就是將電壓、電流、溫度、壓力等物理信號轉化為數(shù)字量并傳遞到計算機中。作為信息源頭的傳感器對計量測試技術的發(fā)展有著重要作用；目前，傳感器正不斷朝著多功能性和智能性方向發(fā)展。在當今網絡化時代，以internet為代表的計算機網絡通信的發(fā)展和應用取得了前所未有的突破和成功，網絡化測量、

4、采集和(對網中儀器設備的)控制技術正隨著網絡技術的發(fā)展而迅速發(fā)展。網絡化、分布式的數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢體現(xiàn)在：采集范圍擴大，處理能力增強，信息索取更加方便，并且能夠適應場合變更的需要。憑借這些優(yōu)良的性能，網絡化測量和控制已經成為數(shù)據(jù)采集技術發(fā)展的必然趨勢。傳感器技術、計算機技術和網絡技術的長足發(fā)展以及由此所產生的測量需求成為數(shù)據(jù)采集技術發(fā)展的不竭動力，并對數(shù)據(jù)采集技術提出了更新、更高的要求：測量的方法、可測量的種類和范圍應不斷拓寬和更新，準確度要提高，可靠性要增強，并能夠適應各種不同的實驗環(huán)境需要。簡而言之，數(shù)據(jù)采集技術的發(fā)展離不開傳感器和計算機控制技術，網絡化測量、采集和控制是其發(fā)展的必然趨勢。國內

5、現(xiàn)在有不少數(shù)據(jù)測量和采集的系統(tǒng)這些數(shù)據(jù)測量和采集系統(tǒng)的研制成功解決了部分用戶需要，但是也有一部分系統(tǒng)存在功能單一、采集通道少、采集速率低、操作復雜，并且對測試環(huán)境要求較高等問題。本文在研究單片機技術、單片機數(shù)據(jù)采集及單片機通信技術的基礎上，設計并實現(xiàn)了基于單片機的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有構造簡單、性能穩(wěn)定、造價低廉、便于維護等特點，可廣泛應用于工業(yè)控制、儀器、儀表、機電一體化、智能家居等諸多領域。二、國內外研究現(xiàn)狀2.1數(shù)據(jù)采集與處理的發(fā)晨趨勢數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務，就是采集傳感器輸出的模擬信號轉換成計算機能識別的數(shù)字信號，并送到計算機，然后將計算得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以便實現(xiàn)對某些物理

6、量的監(jiān)視，其中一部分數(shù)據(jù)還將被生產過程中的計算機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)性能的好壞，主要取決于它的精度和速度。在保證精度的條件下，應有盡可能高的采樣速度，以滿足實時采集、實時處理和實時控制對速度的要求。當計算機技術應用到各個領域中并取得不俗表現(xiàn)后，測量技術又經歷了一場全面數(shù)字化的變革。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程包括了：測、處、管、控四個部分，應用了計算機技術之后，這四個環(huán)節(jié)的工作在時間和空間上的界限就不再那么明顯了，換句話說當數(shù)據(jù)采集電路通過傳感器將測量值采集、量化之后，通過計算機接口傳入計算機中利用軟件來完成對大量測量數(shù)據(jù)的處理，而這一切，都因為計算機在數(shù)字信號處理方面無可比擬的優(yōu)勢麗

7、能夠瞬間完成，數(shù)據(jù)采集硬件和軟件的集成也就產生了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的概念。作為一個整體而言，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展將受到多方面的影響，比如：測量技術、傳感器技術、軟件技術、網絡技術以及在實踐中不斷提出的新要求，這些因素都將在很大程度上影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展。測量技術在其發(fā)展過程中,會不斷產生新的測量需求，對測量數(shù)據(jù)的多樣性及準確性的要求也正在逐步提高作為信息源頭的傳感器對計量測試技術的發(fā)展有著重要作用。在2l世紀，傳感器在多功能性和智能性方向的發(fā)展仍將對測量技術的發(fā)展產生深刻的影響?，F(xiàn)代控制技術的發(fā)展對測量技術不斷提出了新要求，具體表現(xiàn)在：(1)隨著科技的快速發(fā)展，現(xiàn)代生產的自動化程度在提高，技術難度在

8、增加，采用的控制技術、控制系統(tǒng)的組成和方式都在不斷變化，各類控制系統(tǒng)和裝置沒有完善的檢測手段是不可能適應要求的。(2)從當前世界自動化技術的發(fā)展趨勢看，現(xiàn)代控制技術趨子全程化。即在生產(或制造)過程的全部時間領域內實現(xiàn)在線控制和管理。這意味著過程控制系統(tǒng)將提供工廠設備在其生產周期內的完整數(shù)據(jù)，以保證對每日的操作運行的優(yōu)化。(3)現(xiàn)代控制技術應用人工智能技術(模糊邏輯，人工神經網、專家系統(tǒng)、模式識別、遺傳算法和小波分析)對生產過程參數(shù)進行測量，以提高控制精度，保證品質。(4)傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術主要是對設備和生產過程的控制。今天，除了復雜生產過程仍然是人們研究應用的重要對象以外，現(xiàn)代控制技術的應用

9、已經擴展到企業(yè)產品的設計過程、管理過程以及企業(yè)甸的資源分配和優(yōu)化，如現(xiàn)代物流、供需鏈管理、電子商務等。 可見，現(xiàn)代控制技術對計量測試技術的發(fā)展至關重要?，F(xiàn)代控制技術的長足發(fā)展以及它所產生的測量需求已成為測量技術發(fā)展的不竭動力，正不斷地促進和推動著計量測試技術的發(fā)展。2.2國內外數(shù)據(jù)采集囂的應用現(xiàn)狀(1)國外數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)狀隨著國外徽電子技術、計算機技術，測控技術和數(shù)字通信技術的發(fā)展，目前國外數(shù)據(jù)采集技術己經有了很大的發(fā)展03。從近來國外公司展示的新產品可以看出，主要的發(fā)展可以概括為體積小、功能多樣和使用方便等三個方面。此外，數(shù)據(jù)采集器的應用特點還反映在如下幾個方面：1)它既是一臺數(shù)據(jù)采集器，又

10、是一臺功能較全的機器狀態(tài)分析儀，不僅有常用的時域分析和頻域fft分析，而且還可以做倒譜、細化、包絡譜和時頻域分析等功能；2)它既是采集器，又可以兼做其它儀器來用。如法國邁威公司的mol0lg數(shù)據(jù)采集器啊，就可作為一臺動平衡儀來用，它不但可以做單一平面的動平衡，還可以做六個平面的動平衡；3)儲存量大，從低頻到高頻頻率測量范圍寬，能適應機器從低速到高速的各種監(jiān)測范圍需要舊：4)可利用振動傳感器或過程傳感器或電量傳感器等輸入多種物理量，如振動加速度、位移、相位、轉速、溫度、壓力、流量、電壓、電流和功率等，形成多參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)；5)數(shù)據(jù)采集器配套的軟件是以通用窗口的軟件為基礎，功能較強。一套軟件可同時支

11、持數(shù)種不同型號與不同檔次的數(shù)據(jù)采集器；6)數(shù)據(jù)采集器已經安裝了lcd背光顯示屏，并盡量減少了操作鍵，元器件高度集成化，并減輕了機器的重量，采用防水防撞擊的密封外殼，能適應惡劣的工業(yè)環(huán)境。(2)國內數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)狀上世紀80年代末到90年代初，我國一些儀器廠已研制出了多種數(shù)據(jù)采集器，其中單通道的有sp201、sc247型，雙通道的有eg3300，ye5938型，超小型的有911、902和921型。具有采集靜態(tài)信號的有smc-9012型。所配套的軟件包基本上包括了設備維修管理和基本頻譜分析兩大部分，能夠適慮機器設備的一般狀況監(jiān)測和故障診斷，基本己經達到了國外數(shù)據(jù)采集器的初期水平。但是，國內數(shù)據(jù)采集

12、器與目前國外數(shù)據(jù)采集器相比，在技術上仍然存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：1)由于受國內振動等傳感器水平的限制，分析頻率范圍不寬，給一些高速的機器或軸承的診斷等帶來了一定的困難；2)由于數(shù)據(jù)采集器的內存不大，數(shù)據(jù)采集器本身的信號處理功能不強，在現(xiàn)場只能做一些簡單診斷，精密診斷需要離線到計算機上去傲，現(xiàn)場精密診斷功能較弱；3)設備的軟件水平仍在設備維修管理和基本頻譜分析上徘徊，機器故障診斷專家系統(tǒng)還需完善，軟件人機界面有待改進。數(shù)據(jù)采集是整個工廠自動化的最前端，測試精度、速度與實現(xiàn)該功能的成本是數(shù)據(jù)采集三個重要因素，數(shù)據(jù)采集也正朝著這幾個方向發(fā)展高速、實時數(shù)據(jù)采集在運動控制、爆炸檢測、醫(yī)療設備、快速

13、生產過程(如石油化工過程)和變電站自動化等領域都有非常重要的應用這些行業(yè)中，對高速數(shù)據(jù)采集的需求遠遠超過目前實際可以實現(xiàn)的程度。用戶的需求促進了技術的發(fā)展和新產品的出現(xiàn)，因此，數(shù)據(jù)采集仍然會有長足的發(fā)展。三、研究內容本論文研究的是具有結構簡單、性能穩(wěn)定，利用at89c52單片機作為主控芯片設計一種用于工業(yè)控制系統(tǒng)的多通道數(shù)據(jù)采集卡。該采集卡具有1個鍵盤/顯示接口，2個16位定時/計數(shù)器和1個全雙工異步串行通信口。在硬件電路上它主要由單片機、a/d轉換器、鍵盤/顯示電路、通訊電路等組成。單片機選用at89c52，a/d轉換器采用美國maxim公司的max197芯片，鍵盤采用4×4的矩陣

14、式按鍵，顯示模塊采用數(shù)碼管顯示，通訊模塊采用rs232通訊電路，采用max232作為pc機和單片機之間電平的轉換，此外電路中還要運用復位電路，電源電路等一些輔助電路。四、時間安排 1-2周 開題報告 3-4周 方案論證，確定設計方案 5-14周 方案實施 15-16周 撰寫，打印論文 17-18周 答辯五、參考文獻1 徐愛卿，孫涵芳，盛煥鳴. 單片微型計算機應用和開發(fā)系統(tǒng)m. 北京： 北京航空航天大學出版社 ，1992.2 鄔寬明.單片機外圍器件實用手冊 數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊m. 北京：北京航空航天大學出版社 ，1998.3 張毅剛，彭喜元，孟升衛(wèi)，劉兆慶. mcs-51單片機實用子程序設計（第二版）m. 哈爾濱工業(yè)大學出版社， 2003.4 王兆安，黃俊.西安電力電子變流技術（第四版）m.西安：西安交通大學，2003.5 胡漢才.單片機原理及接口技術（第2版）m.北京： 清華大學出版社 2004.8 吳秀清 周荷琴. 微型計算機原理與接口技術m.合肥：中國科技大學出版社,2003.9 閻石. 數(shù)字電子技術基礎（第四版）m.北京：高等教育出版社，1998.10童詩白，華成英.模擬電子技術基礎（第三版）.北京:高等教育出版社，2001.11李廣第，朱月秀，王秀山.單片機基礎（修訂本）m.北京：北京航天航空大學，200