數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書摘要精品文檔放心下載感謝閱讀記錄、打印或描繪的系統(tǒng)。本課程設(shè)計對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作了基本的研究。本系統(tǒng)主要解決的是采集10感謝閱讀路模擬量(10位精度)，20路開關(guān)量，采集的數(shù)據(jù)每隔1毫秒，通過串行通訊方精品文檔放心下載式RS485向一臺工控機傳送的實現(xiàn)方法。關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換、模擬量。數(shù)字量、串行通信謝謝閱讀1武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計1設(shè)計內(nèi)容及要求10路模擬量(10路開關(guān)量，謝謝閱讀采集的數(shù)據(jù)每隔1毫秒，通過串行通訊方式RS485向一臺工控機傳送。謝謝閱讀編制數(shù)感謝閱讀據(jù)采集的程序段；④編制數(shù)據(jù)通信程序段；⑤撰寫設(shè)計說明書。感謝閱讀2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理及實現(xiàn)方案10路模擬量(10精品文檔放心下載1RS485向一臺工控機傳送。謝謝閱讀謝謝閱讀單片機，電平轉(zhuǎn)換接口，接收端（單片機、PC或其它設(shè)備）組成。硬件設(shè)計應(yīng)謝謝閱讀用電子設(shè)計自動化工具，數(shù)據(jù)采集原理圖如圖1所示：精品文檔放心下載10路模擬量A./D轉(zhuǎn)換MCU工控機RS485I/O擴展20路數(shù)字量圖1數(shù)據(jù)采集原理圖謝謝閱讀采集，從機向主機的串行通信。轉(zhuǎn)換器前端需加采樣/保持(S/H)感謝閱讀感謝閱讀2武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書感謝閱讀A/D精品文檔放心下載信號進行放大、衰減、濾波等。謝謝閱讀將數(shù)據(jù)輸出直接連接至A/D轉(zhuǎn)換器輸入端。精品文檔放心下載是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換器型號精品文檔放心下載不同，轉(zhuǎn)換速度差別很大。由于本系統(tǒng)的控制時間無具體要求，故可不予考慮，精品文檔放心下載但至少要小于題目要求的轉(zhuǎn)換感謝閱讀器的位數(shù)決定著信號采集的精度和分辨率。要求精度為10位。感謝閱讀輸入為0～5V時，分辨率為V5F21101N0.0049V設(shè)計要求10位精度的10芯片滿足要求。謝謝閱讀TLC1543是一種開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)提供轉(zhuǎn)換時感謝閱讀位或811謝謝閱讀選通，并采樣保持。數(shù)字量的采集：設(shè)計中要求是20路數(shù)字量，可利用單片機的I/O口直接采精品文檔放心下載集，但需要20個I/O口與之對應(yīng)，這樣，就浪費了芯片的管腳資源，可采用并精品文檔放心下載行采集、串行輸出的辦法，進行I/O口擴展。傳輸方式分析：通過串行通訊方式RS485向工控機傳送。謝謝閱讀3武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書3系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1模擬量的輸入采集設(shè)計模擬電壓量的輸入需要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換才能進行采集，此設(shè)計要求10路模擬精品文檔放心下載量的10位精度A/D轉(zhuǎn)換，可采用芯片TLC1543。謝謝閱讀3.1.1TLC1543功能介紹A／D采樣模塊采用通道、精品文檔放心下載感謝閱讀時間21μS,線性度±1.0LSB,該芯片與單片單片機連接簡單TLC1543的控制端精品文檔放心下載和數(shù)據(jù)輸出端DATAOUT遵循感謝閱讀串行外設(shè)接口SPI協(xié)議。TLC1543和微處理感謝閱讀器的串行接口之間可通過一個4線接口高速傳輸數(shù)據(jù)。圖2是TLC1543的引腳示意圖：謝謝閱讀TLC1543為20腳封裝的CMOS10位開關(guān)精品文檔放心下載電容逐次A/D逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器封裝和時序圖如圖2所示A0~A10為11路模擬輸入端，圖2TLC1543管腳圖感謝閱讀REF+和REF-為基準(zhǔn)電壓正負(fù)端，ADDRESS精品文檔放心下載為串行數(shù)據(jù)輸入端用于輸入4位端口地址，DATAOUT為A/D數(shù)據(jù)輸出端，I/O感謝閱讀CLOCK為數(shù)據(jù)輸入輸出提供同步時鐘，芯片內(nèi)部有一個14通道多路選擇器，可感謝閱讀以選擇11路模擬輸入通道和3感謝閱讀有采樣-保持電路。在轉(zhuǎn)換結(jié)束時EOC置高，表明轉(zhuǎn)換完成。TLC1543具有高速謝謝閱讀轉(zhuǎn)換時間，高精度10位分辨率，最大1LSB不可調(diào)整誤差和低噪聲的特點。當(dāng)感謝閱讀EOC為高時將CS置低A/D開始工作，由ADDRESS端送入4位地址的最高位B3感謝閱讀在B3有效期間輸入一個I/OCLOCK信號，將地址最高位移入A/D地址寄存器，精品文檔放心下載4武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書同時從DATAOUT端口讀出前一次采樣轉(zhuǎn)換的10位數(shù)據(jù)的最高位A9，然后送入謝謝閱讀I/OCLOCKB2移入A/DDATAOUT讀感謝閱讀出4位地址送入感謝閱讀A9、A8、A7、A6高四位，然后輸入6個I/OCLOCK信號，將A5~A0讀出，10個精品文檔放心下載I/OCLOCK信號后，EOC將置低此時A/D進入轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換完成后EOC置高。謝謝閱讀3.1.2單片機與TLC1543芯片的接口方法TLC1543的三個控制輸入端和一個數(shù)據(jù)輸出端DATAOUT精品文檔放心下載遵循串行外設(shè)接口SPI協(xié)議，51系列單片機未內(nèi)置SPI接口，不過僅需通過軟精品文檔放心下載件模擬SPI協(xié)議即可硬件方面將TLC1543的精品文檔放心下載五個端口與AT89C52的5個I/O口相連接AT89C52的其余27個I/O口足以完成感謝閱讀其它功能。采樣電路連接如圖3所示，僅占用P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4端口就實現(xiàn)精品文檔放心下載了具有10謝謝閱讀高性價比等優(yōu)點。P1.0、P1.1、P1.2、P1.3和P1.4分別與EOC、時鐘、地址、精品文檔放心下載數(shù)據(jù)、片選端分別相連。圖3TLC1543與單片機的連接5武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書3.2數(shù)字量的輸入采集設(shè)計數(shù)字量可直接與單片機的I/O口相連進行采集，但考慮到有20路數(shù)字量，感謝閱讀74ls165感謝閱讀3.2.1數(shù)字量的得到通過接地和和接5V電源將可得到數(shù)字量：圖4數(shù)字量的得到3.2.274ls165功能介紹74LS165芯片是8精品文檔放心下載個或多個8位并行I/O口。引腳圖如下圖：圖574ls165的引腳圖74ls165有16個引腳，引腳功能如下：D0-D7:并行輸入端，可同時輸入8路電平信號。感謝閱讀SH:數(shù)據(jù)置入控制端，當(dāng)其為低電平時，并行數(shù)據(jù)(D0-D7)被置入寄存器精品文檔放心下載CLKINH:片選使能端，低電平使能，使能時數(shù)據(jù)隨著脈沖的輸入而輸出感謝閱讀CLK:時鐘脈沖輸入端6武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書QH/QH:串行輸出端，兩輸出電平時反向的。SER:串行附加輸入端3.2.3單片機與74ls165芯片的接口方法謝謝閱讀單片機與74ls165芯片的接口如圖所示，可以采集24路數(shù)字量:感謝閱讀圖674ls165與單片機的連接3.3串口通信電路設(shè)計RS－485標(biāo)準(zhǔn)接口是單片機系統(tǒng)種常用的一種串行總線之一。與RS－232C謝謝閱讀比較，其性能有許多改進之處。RS－485管腳的功能如下：RO：接收器輸出端。若A比B大200mV，RO為高；精品文檔放心下載反之為低電平。RE：接收器輸出使能端。RE為低時，RO有效；為高時，RO呈高阻狀態(tài)。DE：驅(qū)動器輸出使能端。若DE＝1，驅(qū)動器輸圖7RS－485管腳圖感謝閱讀出A和B精品文檔放心下載動器用，反之作為線接收器用。DI：驅(qū)動器輸入端。DI＝0，有A＝0，B＝1；7武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書當(dāng)DI＝1，則A＝1，B＝0。GND：接地。A：同相接收器輸入和同相驅(qū)動器輸出。B：反相接收器輸入和反相驅(qū)動器輸出。VCC：電源端，一般接+5V。89C52與MAX485的接口電路如圖9.4用來控制MAX485的接收或謝謝閱讀和RXD分別接到單片機上的TXD1和謝謝閱讀現(xiàn)下位機到上位機的電平轉(zhuǎn)化和反向。電路圖如下：圖889C52與MAX485的接口電路綜上所述，整個電路原理圖如圖9所示：圖9完整電路圖8武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書4系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1模擬量采集子程序該程序通過CPUA/DCPU感謝閱讀查詢A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，一旦結(jié)束CPU通過對通道地址的讀操作讀取數(shù)值，當(dāng)謝謝閱讀EOC為高時CS置低A/D開始工作，先讀出前一次采樣轉(zhuǎn)換結(jié)果的高四位，然后謝謝閱讀輸入6個I/OCLOCK信號，將讀出低六位，10個I/OCLOCK信號后，EOC將置精品文檔放心下載A/DEOCTLC1543啟謝謝閱讀A/D轉(zhuǎn)換時序可知EOC約在啟動脈沖之后300ns感謝閱讀采集子程序流程圖如圖10所示：開始傳入待采樣的通道號發(fā)送采樣通道接收高四位轉(zhuǎn)換結(jié)果N接收低六位轉(zhuǎn)換結(jié)果10次A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束？Y返回采樣結(jié)果結(jié)束圖10TLC1543采集子程序流程圖9武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書4.2數(shù)字量采集子程序數(shù)字量采集主要是單片機通過74ls165感謝閱讀機進行讀取和存儲。這樣通過8個引腳，就可以采集24路開關(guān)量，滿足設(shè)計要感謝閱讀求的20路，要采集20路開關(guān)量，使用了三片74ls165。所以其流程為：先將所有的開謝謝閱讀關(guān)狀態(tài)鎖入寄存器，然后使能片1，讀取其數(shù)據(jù)，使能片2，讀取數(shù)據(jù)，使能片精品文檔放心下載3，讀取數(shù)據(jù)。這樣就能夠?qū)⑺?4通道的狀態(tài)都讀取。精品文檔放心下載程序流程圖如圖11所示開始量存入存儲器芯片數(shù)據(jù)逐次讀入數(shù)據(jù)存儲保持，串行輸出結(jié)束圖11數(shù)字量采集子程序流程圖4.3采集定時子程序此課設(shè)要求1msTimer1ms精品文檔放心下載精品文檔放心下載位機。定時中斷子程序流程圖如圖12：10武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書開始采集模擬量采集數(shù)據(jù)量串口發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束圖12定時中斷子程序流程圖1ms精品文檔放心下載作需要1ms，故可用單片機的定時器來調(diào)節(jié)時間：具體程序見附錄。4.4串口通信程序RS485只是硬件接口和RS232RS232精品文檔放心下載序方面不用做任何改動。MSComm是Microsoft公司提供的簡化Windows下串行通信編程的ActiveX謝謝閱讀感謝閱讀提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅(qū)動(Event－driven)方法，一是查感謝閱讀詢法。MSCommMSComm控件實現(xiàn)對RS485串口通感謝閱讀信的編程。具體程序見附錄。武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書5設(shè)計小結(jié)與體會謝謝閱讀感謝閱讀計。對于芯片的選擇，我們課程中學(xué)到的是ADC0809,但其是8位精度，不符合謝謝閱讀謝謝閱讀中不熟悉的RS-485，需要查閱資料。在此次的設(shè)計過程中，我更進一步地了解謝謝閱讀了數(shù)據(jù)采集的基本原理。當(dāng)然，在這個過程中我也遇到了困難，通過查閱資料，謝謝閱讀精品文檔放心下載的實踐能力有了進一步的提高，讓我對以后的工作學(xué)習(xí)有了更大的信心。謝謝閱讀精品文檔放心下載也許就是學(xué)習(xí)的初級階段,最重要的,是在枯燥中發(fā)現(xiàn)新奇,逐漸獲得興趣.學(xué)習(xí)精品文檔放心下載的動力大部分來自信心,設(shè)計的上手是有一定難度的,初期寫出完整的程序不易，感謝閱讀信心對學(xué)習(xí)過程的持之以恒,是有著巨大的意義的.謝謝閱讀難，但是只要充滿信心，腳踏實地，就肯定會完成的。12武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書6參考文獻[1]于海生編著.《微型計算機控制技術(shù)》.北京：清華大學(xué)出版社.1999謝謝閱讀[2]彭沛夫.微機控制技術(shù)與實驗指導(dǎo)》..2005精品文檔放心下載[3]林敏編著.《微機控制技術(shù)及應(yīng)用》.北京：高等教育出版社.2004精品文檔放心下載[4]張大明編著.《單片微機控制應(yīng)用技術(shù)》.機械工業(yè)出版社.2006感謝閱讀[5]《C語言程序設(shè)計(第二版).謝謝閱讀社.200413武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書附錄：1模擬量輸入采樣子程序TLC1543A/D轉(zhuǎn)換程序如下：/*---------------------------------------------------------------謝謝閱讀調(diào)用方式：uintread1543(ucharport)感謝閱讀函數(shù)說明：read1543()返回位AD芯片TLC1543的port通道采樣值。謝謝閱讀-----------------------------------------------------------------*/精品文檔放心下載#defineCLOCKP1_3#defineD_INP1_4#defineD_OUTP1_5#define_CSuintread1543(ucharport)//從TLC1543讀取采樣值,形參port是采樣的通道號感謝閱讀{uintdataad;uintdatauchardataal=0,ah=0;CLOCK=0;_CS=0;port<<=4;for(i=0;i<4;i++)//把通道號打入TLC1543感謝閱讀{D_IN=(bit)(port&0x80);CLOCK=1;CLOCK=0;精品文檔放心下載port<<=1;}for(i=0;i<6;i++)//填充6個CLOCK感謝閱讀14武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書{CLOCK=1;CLOCK=0;}_CS=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();感謝閱讀_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();謝謝閱讀_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();精品文檔放心下載_nop_();_nop_();_nop_();_CS=0;//AD轉(zhuǎn)換_nop_();_nop_();_nop_();for(i=0;i<2;i++)//取D9,D8精品文檔放心下載{D_OUT=1;CLOCK=1;ah<<=1;if(D_OUT)ah|=0x01;CLOCK=0;}for(i=0;i<8;i++)//取D7--D0感謝閱讀{D_OUT=1;CLOCK=1;al<<=1;if(D_OUT)al|=0x01;CLOCK=0;}15武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書_CS=1;ad=(uint)ah;ad<<=8;ad|=(uint)al;//得到AD值感謝閱讀return(ad);}2數(shù)字量輸入采樣子程序并行采集、串行輸入的子程序如下：/*---------------------------------------------------------------謝謝閱讀調(diào)用方式：uintread_ls165(void)感謝閱讀函數(shù)說明：位并行輸入返回為串行數(shù)據(jù)-----------------------------------------------------------------*/精品文檔放心下載unsignedcharread_ls165(void)精品文檔放心下載{unsignedchardata=0,i,temp=0x80;感謝閱讀ls165_lp=0;置低電平，讀入8位并口數(shù)據(jù)感謝閱讀ls165_lp=1;置高電平，保持?jǐn)?shù)據(jù)謝謝閱讀for(i=0;i<=19;i++){if(ls165_out)data|=temp;謝謝閱讀ls165_clk=1;//clk上升沿，串出下1位數(shù)據(jù)精品文檔放心下載=temp>>1;ls165_clk=0;//clk下降沿，保持謝謝閱讀}returndata;}16武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書3定時中斷程序：init_time0comm()//定時器0初始化感謝閱讀{TMOD=0X10;//寫控制方式字TH0=0X0FE;//置計數(shù)初值，使得定時時間精品文檔放心下載TL0=0X0C;TR0=1;//開定時器0中斷}voidinterrupt1using0//定時器0中斷程序每1MS采樣所有通道謝謝閱讀{inti,a[10];port1=1;port2=0;//模擬量輸入采集謝謝閱讀for(i=1;i<=10;i++)a[i-1]=read1543(i);charb,c,d;port1=0;port2=1;數(shù)字量輸入采集感謝閱讀b=read_hc165（）;c=b%256;b=b/256;d=P2;d=0FH&&d;}4串口通信程序主要功能是實現(xiàn)485通訊程序：17武漢理工大學(xué)《計算機控制技術(shù)》課程設(shè)計說明書ID:IDC_COM1(資源ID)CommPort:1(COM1)Settings:9600,e,7,1(波特率9600，偶校驗，7個數(shù)據(jù)位，1個停止位)精品文檔放心下載（每接收到1個字符就觸發(fā)一個接收數(shù)據(jù)事件）感謝閱讀SThreshold:0（不觸發(fā)發(fā)送緩沖區(qū)空事件）InputLen:1（每次讀操作從緩沖區(qū)中取一個字符）精品文檔放心下載BOOLCMyCOMDlg::OnInitDialog()感謝閱讀{CDialog:OnInitDialog();//以上為框架自動生成的代碼，在此不列出//TODO:Addextrainitializationhere謝謝閱讀m_wndCOM1.SetCommPort(1);m_wndCOM1.SetSettings("9600,e,7,1");感謝閱讀m_wndCOM1.SetRThreshold(1);謝謝閱讀m_wndCOM1.SetSThreshold(0);謝謝閱讀m_wndCOM1.SetInputLen(1);m_