基于89C52的多通道數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告.doc

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告基于89c52的多通道數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)一、 選題的目的和意義數(shù)據(jù)采集技術(shù)是一種流行且實(shí)用的電子技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、儀器儀表等領(lǐng)域。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)采集技術(shù)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(shì)。數(shù)據(jù)采集是為了對(duì)溫度、壓力、流量、速度、位移、光強(qiáng)度、聲音等物理量進(jìn)行在線測(cè)量和控制，通過傳感器把上述物理量轉(zhuǎn)換成模擬物理量的電信號(hào)（即模擬電信號(hào)），然后將模擬電信號(hào)經(jīng)過處理并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量，送進(jìn)計(jì)算機(jī)處理、存儲(chǔ)、傳輸和顯示。數(shù)據(jù)采集技術(shù)在自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)控制、通信、信號(hào)處理等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。例如數(shù)據(jù)遙測(cè)系統(tǒng)、脈沖編碼和調(diào)

2、制通信、自動(dòng)測(cè)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(hào)處理系統(tǒng)等等。在現(xiàn)實(shí)中要通過計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的信息進(jìn)行處理和顯示，首先必須將計(jì)算機(jī)和現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來，這需要將真實(shí)世界中的各種信號(hào)(稱為模擬信號(hào))轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別、存儲(chǔ)的信號(hào)(稱為數(shù)字信號(hào))，這一過程即是數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集技術(shù)是以前端的模擬信號(hào)處理、模擬信號(hào)數(shù)字化、數(shù)字信號(hào)處理和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等高科技為基而形成的一門綜合技術(shù)。它在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。數(shù)字技術(shù)促進(jìn)了上述這些領(lǐng)域的發(fā)展，而反過來又對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提出了愈來愈高的要求。一個(gè)大型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理

3、、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)顯示等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)在信號(hào)處理中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代的測(cè)量系統(tǒng)在數(shù)字信號(hào)處理方面的能力也大大加強(qiáng)了，形成了所謂的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)數(shù)字化測(cè)量就是借助于各種類型的傳感器檢測(cè)外部世界的各種信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和ad轉(zhuǎn)換，使之轉(zhuǎn)換成為能夠在數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)步處理的數(shù)字信號(hào)。具體來說，就是將電壓、電流、溫度、壓力等物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并傳遞到計(jì)算機(jī)中。作為信息源頭的傳感器對(duì)計(jì)量測(cè)試技術(shù)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(dāng)今網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代，以internet為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展和應(yīng)用取得了前所未有的突破和成功，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量、

4、采集和(對(duì)網(wǎng)中儀器設(shè)備的)控制技術(shù)正隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化、分布式的數(shù)據(jù)采集優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：采集范圍擴(kuò)大，處理能力增強(qiáng)，信息索取更加方便，并且能夠適應(yīng)場(chǎng)合變更的需要。憑借這些優(yōu)良的性能，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量和控制已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長足發(fā)展以及由此所產(chǎn)生的測(cè)量需求成為數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展的不竭動(dòng)力，并對(duì)數(shù)據(jù)采集技術(shù)提出了更新、更高的要求：測(cè)量的方法、可測(cè)量的種類和范圍應(yīng)不斷拓寬和更新，準(zhǔn)確度要提高，可靠性要增強(qiáng)，并能夠適應(yīng)各種不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境需要。簡而言之，數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)展離不開傳感器和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量、采集和控制是其發(fā)展的必然趨勢(shì)。國內(nèi)

5、現(xiàn)在有不少數(shù)據(jù)測(cè)量和采集的系統(tǒng)這些數(shù)據(jù)測(cè)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(fù)雜，并且對(duì)測(cè)試環(huán)境要求較高等問題。本文在研究單片機(jī)技術(shù)、單片機(jī)數(shù)據(jù)采集及單片機(jī)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有構(gòu)造簡單、性能穩(wěn)定、造價(jià)低廉、便于維護(hù)等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、機(jī)電一體化、智能家居等諸多領(lǐng)域。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1數(shù)據(jù)采集與處理的發(fā)晨趨勢(shì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，就是采集傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并送到計(jì)算機(jī)，然后將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示或打印，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理

6、量的監(jiān)視，其中一部分?jǐn)?shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計(jì)算機(jī)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(yīng)有盡可能高的采樣速度，以滿足實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)處理和實(shí)時(shí)控制對(duì)速度的要求。當(dāng)計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中并取得不俗表現(xiàn)后，測(cè)量技術(shù)又經(jīng)歷了一場(chǎng)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(cè)、處、管、控四個(gè)部分，應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，這四個(gè)環(huán)節(jié)的工作在時(shí)間和空間上的界限就不再那么明顯了，換句話說當(dāng)數(shù)據(jù)采集電路通過傳感器將測(cè)量值采集、量化之后，通過計(jì)算機(jī)接口傳入計(jì)算機(jī)中利用軟件來完成對(duì)大量測(cè)量數(shù)據(jù)的處理，而這一切，都因?yàn)橛?jì)算機(jī)在數(shù)字信號(hào)處理方面無可比擬的優(yōu)勢(shì)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(chǎn)生了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的概念。作為一個(gè)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(cè)量技術(shù)、傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及在實(shí)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(cè)量技術(shù)在其發(fā)展過程中,會(huì)不斷產(chǎn)生新的測(cè)量需求，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的多樣性及準(zhǔn)確性的要求也正在逐步提高作為信息源頭的傳感器對(duì)計(jì)量測(cè)試技術(shù)的發(fā)展有著重要作用。在2l世紀(jì)，傳感器在多功能性和智能性方向的發(fā)展仍將對(duì)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展對(duì)測(cè)量技術(shù)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(chǎn)的自動(dòng)化程度在提高，技術(shù)難度在

8、增加，采用的控制技術(shù)、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(cè)手段是不可能適應(yīng)要求的。(2)從當(dāng)前世界自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)看，現(xiàn)代控制技術(shù)趨子全程化。即在生產(chǎn)(或制造)過程的全部時(shí)間領(lǐng)域內(nèi)實(shí)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(shè)備在其生產(chǎn)周期內(nèi)的完整數(shù)據(jù)，以保證對(duì)每日的操作運(yùn)行的優(yōu)化。(3)現(xiàn)代控制技術(shù)應(yīng)用人工智能技術(shù)(模糊邏輯，人工神經(jīng)網(wǎng)、專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、遺傳算法和小波分析)對(duì)生產(chǎn)過程參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，以提高控制精度，保證品質(zhì)。(4)傳統(tǒng)的工業(yè)控制技術(shù)主要是對(duì)設(shè)備和生產(chǎn)過程的控制。今天，除了復(fù)雜生產(chǎn)過程仍然是人們研究應(yīng)用的重要對(duì)象以外，現(xiàn)代控制技術(shù)的應(yīng)用

9、已經(jīng)擴(kuò)展到企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(wù)等。 可見，現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)計(jì)量測(cè)試技術(shù)的發(fā)展至關(guān)重要?，F(xiàn)代控制技術(shù)的長足發(fā)展以及它所產(chǎn)生的測(cè)量需求已成為測(cè)量技術(shù)發(fā)展的不竭動(dòng)力，正不斷地促進(jìn)和推動(dòng)著計(jì)量測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。2.2國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集囂的應(yīng)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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，測(cè)控技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，目前國外數(shù)據(jù)采集技術(shù)己經(jīng)有了很大的發(fā)展03。從近來國外公司展示的新產(chǎn)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(gè)方面。此外，數(shù)據(jù)采集器的應(yīng)用特點(diǎn)還反映在如下幾個(gè)方面：1)它既是一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器，又

10、是一臺(tái)功能較全的機(jī)器狀態(tài)分析儀，不僅有常用的時(shí)域分析和頻域fft分析，而且還可以做倒譜、細(xì)化、包絡(luò)譜和時(shí)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(tái)動(dòng)平衡儀來用，它不但可以做單一平面的動(dòng)平衡，還可以做六個(gè)平面的動(dòng)平衡；3)儲(chǔ)存量大，從低頻到高頻頻率測(cè)量范圍寬，能適應(yīng)機(jī)器從低速到高速的各種監(jiān)測(cè)范圍需要舊：4)可利用振動(dòng)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(dòng)加速度、位移、相位、轉(zhuǎn)速、溫度、壓力、流量、電壓、電流和功率等，形成多參數(shù)監(jiān)測(cè)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(chǔ)，功能較強(qiáng)。一套軟件可同時(shí)支

11、持?jǐn)?shù)種不同型號(hào)與不同檔次的數(shù)據(jù)采集器；6)數(shù)據(jù)采集器已經(jīng)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(jī)器的重量，采用防水防撞擊的密封外殼，能適應(yīng)惡劣的工業(yè)環(huán)境。(2)國內(nèi)數(shù)據(jù)采集器的現(xiàn)狀上世紀(jì)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(hào)的有smc-9012型。所配套的軟件包基本上包括了設(shè)備維修管理和基本頻譜分析兩大部分，能夠適慮機(jī)器設(shè)備的一般狀況監(jiān)測(cè)和故障診斷，基本己經(jīng)達(dá)到了國外數(shù)據(jù)采集器的初期水平。但是，國內(nèi)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(shù)上仍然存在著一定的差距，主要表現(xiàn)在：1)由于受國內(nèi)振動(dòng)等傳感器水平的限制，分析頻率范圍不寬，給一些高速的機(jī)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(nèi)存不大，數(shù)據(jù)采集器本身的信號(hào)處理功能不強(qiáng)，在現(xiàn)場(chǎng)只能做一些簡單診斷，精密診斷需要離線到計(jì)算機(jī)上去傲，現(xiàn)場(chǎng)精密診斷功能較弱；3)設(shè)備的軟件水平仍在設(shè)備維修管理和基本頻譜分析上徘徊，機(jī)器故障診斷專家系統(tǒng)還需完善，軟件人機(jī)界面有待改進(jìn)。數(shù)據(jù)采集是整個(gè)工廠自動(dòng)化的最前端，測(cè)試精度、速度與實(shí)現(xiàn)該功能的成本是數(shù)據(jù)采集三個(gè)重要因素，數(shù)據(jù)采集也正朝著這幾個(gè)方向發(fā)展高速、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集在運(yùn)動(dòng)控制、爆炸檢測(cè)、醫(yī)療設(shè)備、快速

13、生產(chǎn)過程(如石油化工過程)和變電站自動(dòng)化等領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用這些行業(yè)中，對(duì)高速數(shù)據(jù)采集的需求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前實(shí)際可以實(shí)現(xiàn)的程度。用戶的需求促進(jìn)了技術(shù)的發(fā)展和新產(chǎn)品的出現(xiàn)，因此，數(shù)據(jù)采集仍然會(huì)有長足的發(fā)展。三、研究內(nèi)容本論文研究的是具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定，利用at89c52單片機(jī)作為主控芯片設(shè)計(jì)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(gè)鍵盤/顯示接口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器和1個(gè)全雙工異步串行通信口。在硬件電路上它主要由單片機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換器、鍵盤/顯示電路、通訊電路等組成。單片機(jī)選用at89c52，a/d轉(zhuǎn)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(jī)和單片機(jī)之間電平的轉(zhuǎn)換，此外電路中還要運(yùn)用復(fù)位電路，電源電路等一些輔助電路。四、時(shí)間安排 1-2周 開題報(bào)告 3-4周 方案論證，確定設(shè)計(jì)方案 5-14周 方案實(shí)施 15-16周 撰寫，打印論文 17-18周 答辯五、參考文獻(xiàn)1 徐愛卿，孫涵芳，盛煥鳴. 單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用和開發(fā)系統(tǒng)m. 北京： 北京航空航天大學(xué)出版社 ，1992.2 鄔寬明.單片機(jī)外圍器件實(shí)用手冊(cè) 數(shù)據(jù)傳輸接口器件分冊(cè)m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社 ，1998.3 張毅剛，彭喜元，孟升衛(wèi)，劉兆慶. mcs-51單片機(jī)實(shí)用子程序設(shè)計(jì)（第二版）m. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2003.4 王兆安，黃俊.西安電力電子變流技術(shù)（第四版）m.西安：西安交通大學(xué)，2003.5 胡漢才.單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第2版）m.北京： 清華大學(xué)出版社 2004.8 吳秀清 周荷琴. 微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)m.合肥：中國科技大學(xué)出版社,2003.9 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（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(shù)基礎(chǔ)（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(jī)基礎(chǔ)（修訂本）m.北京：北京航天航空大學(xué)，200