單片機(jī)數(shù)據(jù)采集論文范文

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1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．1系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)，各模塊布局合理，整體的結(jié)構(gòu)緊湊。主要功能是數(shù)據(jù)的傳輸和程序下載，USB轉(zhuǎn)TTL模塊的作用是給單片機(jī)供電以及上位PC機(jī)和下位單片機(jī)之間的電平轉(zhuǎn)換，其原理圖如圖1所示。單片機(jī)與PC機(jī)是使用USB轉(zhuǎn)TTL模塊進(jìn)行串口通信，它可以將USB虛擬成一個(gè)串口，解決筆記本電腦用戶無串口的煩惱。此模塊傳輸速度、傳輸準(zhǔn)確性都滿足實(shí)驗(yàn)需求，而且價(jià)格便宜，使用方便。

1．2系統(tǒng)各部分的功能介紹模擬信號采集部分的目的是為了采集所需要的原始的數(shù)據(jù)，即本系統(tǒng)中所需要的電壓和電流。下位機(jī)以AT89C52RC單片機(jī)為控制單元，16路A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7705采集電壓和電流信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號，便于單片機(jī)后續(xù)的處理并以一定的協(xié)議將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC機(jī)，最終通過運(yùn)行在上位PC機(jī)的程序?qū)邮盏降臄?shù)字信號進(jìn)行處理和顯示。微控制器STC89C52RC以一定的的協(xié)議將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送至PC機(jī)。單片機(jī)的晶振電路和復(fù)位電路是單片機(jī)正常工作的先決條件。PC機(jī)通過串行USB轉(zhuǎn)串口接收單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和顯示。

2系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

2．1MCU芯片的選擇STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗和超強(qiáng)抗干擾的CMOS8位微控制器，采用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意選擇。工作電壓:5．5～3．3V(5V單片機(jī))/3．8～2．0V(3V單片機(jī))工作頻率范圍:0～40MHz，相當(dāng)于普通8051的0～80MHz，實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHZ，用戶應(yīng)用程序空間為8k字節(jié)。

2．2A/D轉(zhuǎn)換器選擇及采樣設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，是把經(jīng)過與標(biāo)準(zhǔn)量(或參考量)比較處理后的模擬量轉(zhuǎn)換成以二進(jìn)制數(shù)值表示的離散信號的轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC或A/D轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用的是芯片AD7705，AD7705是AD公司推出的16位Σ-ΔA/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器采用SPI兼容的三線串行接口，能夠方便地與各種微控制器和DSP連接，也比并行接口方式大大節(jié)省了CPU的IO口，能直接將傳感器測量到的多路微小信號進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。這種器件還具有高分辨率、寬動態(tài)范圍、自校準(zhǔn)、優(yōu)良的抗噪聲性能以及低電壓低功耗等特點(diǎn)，非常適合儀表測量、工業(yè)控制等領(lǐng)域的應(yīng)用［7］。本系統(tǒng)是采集兩路信號(電壓和電流)，AD7705芯片精度為16位(Δ=(5/65536)V≈0．076mV，其精度滿足實(shí)驗(yàn)需求)，高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片AD7705有兩個(gè)雙端模擬信號輸入通道，分辨率為16位無丟失代碼，增益、信號極性以及更新速率等可由軟件設(shè)置［8-10］。片內(nèi)可編程增益放大器的增益范圍為1～128，這使AD7705可與多種傳感器直接相連，無須外接放大器，并且內(nèi)置可編程的自校準(zhǔn)電路，通過對零點(diǎn)和滿度的校準(zhǔn)，可有效去除零點(diǎn)漂移和增益誤差的影響。接口為SPI串行總線，因而與單片機(jī)的接線大大減少，簡化了硬件的設(shè)計(jì)。在測量電流時(shí)，我們對兩種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行了比較，第一種是利用電流變送器進(jìn)行電流的測量;第二種是利用采樣電阻進(jìn)行電流的測量。采用了第二套方案，原因是其價(jià)格低、精度滿足實(shí)驗(yàn)要求。

3系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)

PC端主程序框架如圖2所示。

3．1數(shù)據(jù)采集PC端軟件設(shè)計(jì)PC端軟件是基于MFC對話框進(jìn)行程序的編寫，其主要包括以下幾部分:1．窗口界面的繪制(包括開始界面繪制、控件繪制、坐標(biāo)系繪制、網(wǎng)格繪制、LIST表格繪制等);2．串口通信控件的連接、初始化和設(shè)置;3．?dāng)?shù)據(jù)庫的嵌入(包括數(shù)據(jù)庫的連接、讀寫、修改等);4．采集數(shù)據(jù)時(shí)的動態(tài)響應(yīng)(包括動態(tài)圖形繪制、動態(tài)數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)顯示等)。

3．2界面介紹首先是開始界面，如圖3所示。1．菜單欄區(qū)域:包括串口設(shè)置、開始采集、暫停、停止采集(同時(shí)關(guān)閉串口)四部分是本程序所有功能的體現(xiàn);2．繪圖區(qū)域:包括兩個(gè)TABLE，一個(gè)是勵磁電流不變、勵磁電流變化兩個(gè)子窗口。每個(gè)窗口中包含一個(gè)二維坐標(biāo)系進(jìn)行圖形的繪制;3．?dāng)?shù)據(jù)表區(qū)域:包含一個(gè)LIST控件，對實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示;4．系統(tǒng)控制區(qū)域:與菜單欄區(qū)域功能相同，都是對采集整個(gè)過程進(jìn)行控制，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)的對數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)顯示、也能夠?qū)ζ畹臄?shù)據(jù)進(jìn)行手動刪除，避免實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤對繪制出的圖像造成的影響，而影響實(shí)驗(yàn)效果。根據(jù)端口信息，選擇串口端號，點(diǎn)擊打開串口后，綠燈變?yōu)榧t燈，打開串口按鈕變?yōu)榛疑硎敬谝呀?jīng)連接，可以進(jìn)行串口通信(即采集可以開始)。選擇兩種模式，“勵磁電流不變”、“勵磁電流變化”，并點(diǎn)擊進(jìn)入相應(yīng)的子窗口。然后就可以進(jìn)行采集。傳輸電流電壓時(shí)，圖像會實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)表也會同時(shí)顯示。圖5顯示了勵磁電流不變時(shí)，工作電流和霍爾電壓之間的關(guān)系曲線。

4結(jié)論

本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)基于STC89C52RC單片機(jī)的霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置輸出的電壓信號直接經(jīng)過A/D7705轉(zhuǎn)換器的輸入端，電流信號則通過串聯(lián)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻，通過測量其兩端的電壓來間接測定流過的電流，經(jīng)過增益放大、A/D轉(zhuǎn)換后，由單片機(jī)進(jìn)行后期的數(shù)字信號的處理和傳輸，最終由上位PC機(jī)在坐標(biāo)框格中圖形化顯示測量的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本價(jià)格低廉。通過實(shí)際的測試表明，自動化的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不但沒有影響數(shù)據(jù)的精度和鍛煉同學(xué)們的動手操作能力，還可以極大地提高同學(xué)們在數(shù)據(jù)采集和測量過程中的效率，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

作者：郭聰劉強(qiáng)耿浩杰周永軍孫麗媛楊智單位：邯鄲學(xué)院