基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)A multi-channel data detection system based on MCU 2021 年 6 月 院 系 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械電子工程 年 級 2021 級 姓 名 劉天豪 題 目 基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng) 指導(dǎo)教師評 語 指導(dǎo)教師 (簽章)評 閱 人評 語 評 閱 人 (簽章)成 績 答辯委員會主任 (簽章) 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 發(fā)題日期： 2021 年 3 月 5 日 完成日期： 6 月 10 日題 目 基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng) 1、本論文的目的、意義 溫度

2、壓力液位流量是工業(yè)自動化常見控制參量，實現(xiàn)其監(jiān)測與控制是基礎(chǔ)性工作，也是機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生必須掌握的基礎(chǔ)內(nèi)容。本課題要求學(xué)生綜合利用所學(xué)知識，培養(yǎng)動手能力，在前人工作基礎(chǔ)上，改進(jìn)完善，實現(xiàn)多通道模擬工業(yè)溫度壓力液位信號采集和處理顯示，實現(xiàn)上下限報警和電磁繼電器和開關(guān)通斷控制。該課題對于機(jī)電測控實驗中心完善實驗建設(shè)具備價值。 2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)（1）查閱收集資料、熟悉設(shè)計原始資料、完成相關(guān)不少于 10000 個字符的外文資料 翻譯。 （2）完成畢業(yè)實習(xí)調(diào)研以及實習(xí)報告的撰寫 。 （3）現(xiàn)有溫度壓力液位流量監(jiān)測與控制系統(tǒng)調(diào)研和資料搜集。 （4）多路參量監(jiān)測與控制系統(tǒng)方案設(shè)計。 （5）接口電路板

3、制作和加工 。 （6）實驗程序設(shè)計與調(diào)試。 （7）完整程序和實物一套。 （8）整理完成不少于 24000 字的畢業(yè)論文。 3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：（共 12 周）第一部分 調(diào)研準(zhǔn)備和資料搜集 （2 周） 第二部分 方案設(shè)計和元器件采購 （2 周） 第三部分 硬件制作 （3 周） 第四部分 軟件調(diào)試 （3 周） 第五部分 系統(tǒng)集成，撰寫畢業(yè)論文 （1 周） 評閱及答辯 評閱答辯 （1 周） 備 注 指導(dǎo)教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日 摘摘 要要隨著電子計算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，采用單片機(jī)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用越來越多。采用單片機(jī)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有自動化和無人值守的特

4、點。在許多工業(yè)測控機(jī)械、醫(yī)療儀器以及消費電子產(chǎn)品中，都對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實時性與功耗提出了更高的要求：即在滿足微功耗、微型化的總體設(shè)計原則基礎(chǔ)上，又要能實時反映現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的變化。這就對系統(tǒng)的功耗、采樣速度、數(shù)據(jù)存儲和傳輸速度等提出了更高的要求。然而，隨著半導(dǎo)體與微控制器技術(shù)的飛速發(fā)展，各種微電子器件的性能不斷提高，功耗卻不斷降低。技術(shù)的進(jìn)步使得高速度、低功耗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得以實現(xiàn)。本文設(shè)計的數(shù)據(jù)采集與顯示、處理系統(tǒng)采用 TI 公司研制的 MSP430 系列超低功耗單片機(jī)作為核心控制元件，實現(xiàn)了 8 通道模擬量數(shù)據(jù)的采集、自動循環(huán)顯示、用戶查詢、限位設(shè)定及報警、外圍驅(qū)動能力、時間顯示、以及和上位

5、機(jī)組態(tài)軟件的通信功能。該系統(tǒng)功能齊全，且具有一定的通用性。主要研究內(nèi)容如下： 首先，分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，以及 MSP430 系列低功耗單片機(jī)的特點和應(yīng)用情況。其次，分析了研究數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)實意義，在此基礎(chǔ)上給出了基于 MSP430 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。比較詳細(xì)的介紹了實現(xiàn)該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計，包括電源電路、按鍵電路、復(fù)位電路、點陣 LCD 顯示電路、LED 指示燈和蜂鳴器報警電路、直流電機(jī)驅(qū)動電路和 USART 異步串行通信電路等電路的原理圖設(shè)計。最后詳細(xì)的介紹了基于 C 語言的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)方案。其中，軟件系統(tǒng)的設(shè)計是本設(shè)計的工作重點。設(shè)計過程采用了

6、模塊化的軟件設(shè)計思想。文中第 4 章前 6 小節(jié)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)中各個模塊軟件設(shè)計過程。其中和組態(tài)王的串口通信程序設(shè)計是最有創(chuàng)新性的內(nèi)容；第 7 小節(jié)介紹了這些模塊之間的輸入、輸出等鏈接關(guān)系，并最終給出了主處理程序的結(jié)構(gòu)框架。本設(shè)計的最終實驗結(jié)果表明，下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集及顯示、查詢、報警等功能均能順利實現(xiàn)；與組態(tài)王的串口通信程序設(shè)計取得了明顯的成果。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集 MSP430 串行通信 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁AbstractWith development of computer and information technology, using of MCU in a dat

7、a detection system is becoming more and more popular. Data detection system with MCU has character of automated and unattended.Real-time and lower power consumption is demanded in many industrial measurement and control machinery, medical equipment and consumer electronics products: principle of ove

8、rall design is not only meet micro-power consumption and miniaturization but also reflect real-time data changes when the scene changes. This make a higher demand of the systems power consumption, sampling speed, data storage speed and transmission speed. With the rapid development of semiconductor

9、and microcontroller technology, performance of microelectronic devices is improved but the power consumption is reduced. Advances in technology make high-speed, lower-power data detection system can be realized.The data detection and processing system designed in this paper use TIs MSP430 as the cor

10、e element, which achieves the functions such as: 8-channel analog data detection, automatic cycle display, user queries, set the limit and give alarm, to drive the external devices, show time and communicate with PC(through KingView 6.51). The system has enough functions and is commonality. Main con

11、tents are as follows:First, analyses the research status quo of the data detection system at home and abroad. Second, analyses the practical significance of data detection system, on basis of this, we give a data detection system design programme which based on MSP430.We detail the systems structura

12、l design and hardware circuit design, including power circuit, button circuit, reset circuit, dot-matrix LCD display circuit, LED and buzzer alarm circuit, motor-driven circuit and USART communication circuit, Finally, give a detail introduction to design a software system based on C language to rea

13、lize the whole function.The software design is the key work of this design. The whole design processing based on a concept called “modular design”. In Chapter 4 the first six sections detail every modules designing process. Serial communication procedures design between KingView 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第頁a

14、nd MSP430 is believed to be the most innovative content in this paper; in section 7, input and output relations among all the modules is analysed. And finally, I give the main programs structural framework. Final test results show that data detection and display, query and alarm function can runs sm

15、oothly; serial communication design between KingView and MSP430 have achieved remarkable results.keykey wordswords：data detection MSP430 serial communication 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 IV 頁目 錄第 1 章 緒論.11.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述 .11.1.1 嵌入式系統(tǒng)概述 .31.1.2 嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介 .31.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展方向 .31.3 本文研究的主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu) .7第 2 章 基于 MSP430 的

16、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計.62.1 基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)建 .62.1.1 系統(tǒng)功能分析 .62.1.2 系統(tǒng)的硬件原理框圖 .72.1.3 系統(tǒng)的工作過程 .82.2 系統(tǒng)主要功能器件的介紹及選擇 .82.2.1 單片機(jī)的選擇 .82.2.2 傳感器簡介 .112.2.3 AD 轉(zhuǎn)換模塊結(jié)構(gòu)介紹.112.2.4 LCD 顯示模塊的選擇.142.2.5 上位機(jī)處理系統(tǒng)軟件的選擇.15第 3 章 基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計.173.1 電源電路的設(shè)計 .173.2 復(fù)位電路設(shè)計 .183.3 模擬量采集電路的設(shè)計 .183.4 圖形點陣 LCD 顯示電路 .

17、193.5 按鍵處理電路 .203.6 串行通信電路設(shè)計 .213.7 報警系統(tǒng)及外圍驅(qū)動模塊電路設(shè)計 .233.7.1 報警電路設(shè)計 .233.7.1 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計 .24 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 V 頁3.8 單片機(jī)電路設(shè)計 .24第 4 章 基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計.264.1 系統(tǒng)時鐘模塊的初始化設(shè)置 .284.2 模擬量采集模塊軟件設(shè)計 .284.2.1 轉(zhuǎn)換模塊的初始化設(shè)置 .284.2.2 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取 .284.2.3 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的格式化 .304.2.4 ADC12 模塊的啟動.314.3 輸入模塊的軟件設(shè)計 .324.3.1 輸入模塊的

18、初始化設(shè)置 .324.3.2 中斷處理程序 .344.4 顯示模塊的軟件設(shè)計 .424.4.1 LCD 初始化設(shè)計.424.4.2 LCD 顯示設(shè)計.434.5 串行通信模塊的軟件設(shè)計 .454.5.1 組態(tài)王與單片機(jī)的通信協(xié)議 .464.5.2 單片機(jī)通訊程序設(shè)計 .494.6 報警系統(tǒng)及外圍驅(qū)動電路模塊的軟件設(shè)計 .564.6.1 報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .574.6.2 外圍驅(qū)動模塊的軟件設(shè)計 .584.7 主處理模塊程序設(shè)計 .60第 5 章 系統(tǒng)的調(diào)試及運行.635.1 系統(tǒng)實物電路的搭建 .635.2 下位機(jī)設(shè)計功能調(diào)試 .635.1 和組態(tài)王 6.51 串口通信的調(diào)試 .63結(jié) 論.

19、68致 謝.69參考文獻(xiàn).70 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 第 VI 頁附錄 1：電路原理圖 .71附錄 2：程序 .72附錄 3：實習(xí)報告 .72 第 1 章 緒論1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一種應(yīng)用十分廣泛的模擬量線性測量設(shè)備。隨著計算機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步和智能化測量技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用前景日趨廣闊。許多新型儀器設(shè)備，實際上就是高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)加上相關(guān)的輔助功能而成。例如：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)加上觸發(fā)功能便構(gòu)成了瞬態(tài)波形記錄儀，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)加上信號頻譜分析功能就成了頻譜分析儀；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合，配以信號處理與分析軟件，就構(gòu)成了諸多數(shù)字式智能儀表，如：數(shù)字多用表、數(shù)字存

20、儲示波器、失真度分析儀，動態(tài)信號分析儀，邏輯分析儀等。既使當(dāng)今快速發(fā)展的虛擬儀器系統(tǒng)，也是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)相結(jié)合，配以相應(yīng)的軟件開發(fā)構(gòu)成的。近 20 年來，是 PC 機(jī)領(lǐng)導(dǎo)業(yè)界潮流的時期，從局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)到全球互聯(lián)網(wǎng)，幾乎到了登峰造極的地步，現(xiàn)在是將 PC 機(jī)的成熟技術(shù)向嵌入式產(chǎn)品轉(zhuǎn)化的后 PC 機(jī)時代。嵌入式產(chǎn)品性能更好，功能更完善。1.1.1 嵌入式系統(tǒng)簡介嵌入式系統(tǒng)（Embedded System）根據(jù) IEEE（國際電子電氣工程師協(xié)會）的定義為“Embedded System is devices used to control, monitor or assist the o

21、peration of equipment, machinery or plants.()”這主要是從應(yīng)用上加以定義，從中可以看出嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，還可以涵蓋機(jī)械等附屬裝備。目前國內(nèi)大多數(shù)資料定義嵌入式系統(tǒng)為：嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟、硬件可以剪裁，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)的功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。從上面的定義可以看出，嵌入式系統(tǒng)具有以下的特征：1、 系統(tǒng)的內(nèi)核小。2、 專用性強(qiáng)。3、 系統(tǒng)精簡。4、 嵌入式系統(tǒng)的研發(fā)需要專門的開發(fā)工具和環(huán)境。由于嵌入式系統(tǒng)由硬件和軟件組成，其分類也可以按硬件和軟件來進(jìn)

22、行劃分。 硬件按照嵌入式處理器來劃分可以分為：嵌入式微控制器（MCU） ；嵌入式數(shù)字信號處理器（DSP） ；嵌入式微處理器（MPU） ；嵌入式片上系統(tǒng)（SOC） 。軟件按照操作系統(tǒng)來劃分，可以分為：實時系統(tǒng)和分時系統(tǒng)。實時系統(tǒng)又可以分為：硬實時系統(tǒng)和軟實時系統(tǒng)。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，設(shè)計嵌入式系統(tǒng)涉及一系列的難題，其中有三個突出的問題：1、產(chǎn)品更新?lián)Q代太快。2、市場競爭日趨激烈。3、如何滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。針對上述問題，國外近年來在電子工業(yè)和嵌入式行業(yè)中推行一種不同于傳統(tǒng)設(shè)計思想的所謂“開放系統(tǒng)”的設(shè)計思想。開放系統(tǒng)是指：向未來的 VLSI 開放，即從當(dāng)前實際出發(fā)又為未來新技

23、術(shù)留下余地；向系統(tǒng)的不同配套檔次開放，在經(jīng)營上兼顧設(shè)計周期和產(chǎn)品設(shè)計，并著眼于社會的公共參與，為發(fā)揮各個方面廠商的積極性和用戶的專用要求。推行開放系統(tǒng)的設(shè)計思想主要是向未來的 VLSI 開放；向不同的用戶層次開放；向用戶的特殊要求開放。開放式系統(tǒng)設(shè)計的具體方法是：系統(tǒng)的設(shè)計者主要精力用于分析設(shè)計目標(biāo)，確定總體結(jié)構(gòu)，選擇系統(tǒng)配件，而不是部件模塊設(shè)計，以及專用軟件的開發(fā)設(shè)計。開放式體系結(jié)構(gòu)和總線系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)致工業(yè)檢測系統(tǒng)采用組合化設(shè)計方法的流行。即針對不同的應(yīng)用系統(tǒng)要求，選用成熟的現(xiàn)代硬件模板和軟件進(jìn)行組合。組合化設(shè)計的基礎(chǔ)是模塊化。硬件軟件產(chǎn)品的模塊化是實現(xiàn)最佳設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵。它的優(yōu)點是：

24、1、 將系統(tǒng)劃分為若干硬、軟件功能模塊，由專門的研究機(jī)構(gòu)根據(jù)積累的經(jīng)驗盡可能設(shè)計完善，并定制其規(guī)格系列，選用這些現(xiàn)成的功能模塊可以迅速配套成各種應(yīng)用系統(tǒng)，簡化設(shè)計并縮短設(shè)計周期。2、 結(jié)構(gòu)靈活便于擴(kuò)展和更新，使得系統(tǒng)的適應(yīng)性增強(qiáng)，在使用中可根據(jù)需要，通過更換一些模塊或進(jìn)行局部的結(jié)構(gòu)改裝以滿足不斷變化的特殊要求。3、 維修方便快捷。模板大量采用 LSI 和 VLSI 芯片，在故障出現(xiàn)時，只需更換 IC 芯片或功能模塊便可修復(fù)，停機(jī)修復(fù)的時間可以降低到最低限度。4、 功能模塊可以進(jìn)行組織批量生產(chǎn)，使質(zhì)量穩(wěn)定，并降低成本。組合化設(shè)計方法中應(yīng)強(qiáng)調(diào)層次化問題。通常分為三種：1、 基礎(chǔ)層：這一層指系統(tǒng)的設(shè)

25、計者組合應(yīng)用系統(tǒng)時可以選用的硬件模塊和有關(guān)軟件。最終系統(tǒng)的先進(jìn)性應(yīng)從基礎(chǔ)層入手。2、 系統(tǒng)層：這一層應(yīng)考慮被選用的硬件和軟件是否兼容，是否完整，即是否能構(gòu)成完善的系統(tǒng)。質(zhì)量認(rèn)證和系統(tǒng)的可靠性應(yīng)重點考慮。3、 應(yīng)用層：這一層解決測量系統(tǒng)與工業(yè)對象接口關(guān)系，如何與工業(yè)對象的工藝相結(jié)合等問題，重點是應(yīng)用軟件問題。1.1.2 嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如下圖 1-1：傳感器輸出的模擬信號，經(jīng)過信號調(diào)理電路進(jìn)行緩沖放大、抗混迭濾波，整形后送入 MPU 內(nèi)置式的 A/D 轉(zhuǎn)換器，將模擬信號進(jìn)行保持、量化、轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在控制信號控制下，或者直接送去顯示和打印，或者送入 FIFO 存儲

26、，USB 系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從 FIFO 存儲器中讀出后，送入 PC 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理。1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向1、基于 GPRS 的 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。根據(jù) GPRS 通信技術(shù)在中低速率數(shù)據(jù)傳輸方面的突出優(yōu)勢，使系統(tǒng)具有一定的高可行性和高性價比?？捎糜诠I(yè)控制、金融、圖 1-1 嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 交通等行業(yè)，具有很廣闊的發(fā)展前景。GPRS（General Packet Radio Service）是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，該技術(shù)建立在 GSM 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，被稱為 2.5 代移動通信技術(shù)，它將無線通信與 Internet 緊密結(jié)合。GPRS 作為一種高速、高效、經(jīng)濟(jì)的無線系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)

27、覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)帶寬、適應(yīng)性強(qiáng)、計價按數(shù)據(jù)流量計算、實時在線的優(yōu)點，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大量數(shù)據(jù)傳輸，完全滿足數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控的雙向數(shù)據(jù)信息傳輸。隨著 GPRS 技術(shù)在移動通信領(lǐng)域的發(fā)展,已能夠?qū)嶋H應(yīng)用到許多需要無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)念I(lǐng)域，也為數(shù)據(jù)采集傳輸及監(jiān)控提供了一種新的數(shù)據(jù)傳輸通訊方式。2、自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r收集生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)，并作出相應(yīng)的分析和處理。自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下特點：（1）自治性：每一個 DA（Data Detection）holon 能夠監(jiān)控自己計劃和任務(wù)的執(zhí)行。同時對自己的錯誤或故障采取行動。（2）協(xié)作性：DA

28、Holon 能夠相互之間協(xié)作，以完成共同的計劃和任務(wù)。同時對錯誤或故障采取相互行動。（3）開放性：HAD（Holonic Data Detection）系統(tǒng)可以允許其它新的 DA holon的加入，原有 DA holon 的移除或功能上的更新對整個 HAD 不會產(chǎn)生很大的影響，同時只需要很少的人工參與。而這些 DA holon 可以來自于不同的供應(yīng)商，具有不同的功能。1.3 本論文研究的主要內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)本文主要包含兩大部分的內(nèi)容：第一部分，下位機(jī)數(shù)據(jù)采集及其附屬部件設(shè)計。包括 LCD 顯示，按鍵處理，聲光報警及外驅(qū)動電路；第二部分，MCU 與上位機(jī)組態(tài)軟件的異步串口通信設(shè)計。這個部分的工作主

29、要是根據(jù)組態(tài)王與單片機(jī)的通用通信協(xié)議（HEX）開發(fā)單片機(jī)程序，以實現(xiàn)在組態(tài)王中對下位機(jī)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行所需要的處理。譬如：實時數(shù)據(jù)報表、歷史數(shù)據(jù)報表、趨勢曲線的繪制、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等。針對以上所述，本文結(jié)構(gòu)安排如下：第一章：緒論。簡要介紹文章研究的相關(guān)內(nèi)容在國內(nèi)外的發(fā)展情況，以及本文 所研究的主要內(nèi)容。第二章：介紹系統(tǒng)的功能及工作原理，對該監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行總體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇適合本測量系統(tǒng)總體設(shè)計方案的相關(guān)軟件、硬件平臺。第三章：將整個檢測系統(tǒng)分為幾個模塊，并詳細(xì)介紹各個模塊的硬件電路設(shè)計。第四章：在搭建好的硬件平臺上進(jìn)行軟件開發(fā)，編寫各個模塊的驅(qū)動程序。根據(jù)單片機(jī)通用通信協(xié)議 HEX 編寫串口通信

30、程序。第五章：總結(jié)了該系統(tǒng)的研發(fā)工作，并對以后的工作提出了建議。 第 2 章 基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計2.1 基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)建2.1.1 系統(tǒng)功能分析該系統(tǒng)主要是一個主要用于結(jié)合溫度、壓力、液位、流量等模擬量輸出類型的傳感器進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測和處理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。具有一定的通用性，除了以上所列的幾個傳感器類型，其實對于兩線制，輸出為電壓或者電流類型的傳感器，都可利用本系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。本系統(tǒng)可以實時監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)，同時如果需要，用戶可以設(shè)定所監(jiān)測量的上限和下限，在對應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)超限時發(fā)出聲光報警；具有外部驅(qū)動電路，在必要的時候，可以根據(jù)檢測值驅(qū)動外部

31、大功率器件運作（如直流電機(jī)） ；也可以通過 RS232 與 PC 機(jī)進(jìn)行異步串口通信，實現(xiàn)與上位機(jī)組態(tài)軟件的交互，在“組態(tài)王 6.51”中進(jìn)行更進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理（如：實時報表、歷史報表、趨勢圖繪制等） 。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖 2-1 所示： 圖 2-1 基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)以上分析，我們得出基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要需要完成的功能有：（1） 、借助于溫度、壓力、液位等傳感器及 MSP430 自身集成的 ADC12 模塊實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集；（2） 、采集數(shù)據(jù)以及其它量的點陣 LCD 顯示： 檢測值。無查詢時，系統(tǒng)自動循環(huán)顯示各監(jiān)測通道的采集值，用戶需要

32、快速查時，可以通過指定按鍵快速查詢。 設(shè)置門限值。如用戶需要，可以設(shè)定某個量所需保持的上限以及下限。該設(shè)置過程通過按鍵及 LCD 顯示共同模塊實現(xiàn)。 實時時鐘。用戶可以通過指定按鍵查詢當(dāng)前時間。包括年、月、日、星期及時間。 （3） 、超限報警。如果用戶對某個檢測量進(jìn)行了限位設(shè)定，并且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)檢測到的實際值超限，系統(tǒng)即發(fā)出聲光報警：蜂鳴器蜂鳴，同時處于超限通道的 LED 燈閃爍，使用戶可以快速找到發(fā)生超限的通道； （4） 、外負(fù)載驅(qū)動能力。主要是指，根據(jù)所檢測到的傳感器信號通過放大和隔離電路驅(qū)動直流電動機(jī)轉(zhuǎn)動； （5） 、和上位機(jī)的異步串口通信功能。上位機(jī)軟件系統(tǒng)基于“組態(tài)王 6.51”平臺

33、，根據(jù)單片機(jī)通用通信協(xié)議（HEX）開發(fā)通信程序。組態(tài)王接收到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) MCU 傳回的數(shù)據(jù)之可對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時報表顯示、歷史報表顯示、進(jìn)行趨勢圖的繪制等。2.1.2 系統(tǒng)的硬件原理框圖 本系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖 2-2 所示： 硬件系統(tǒng)可分為以下幾個模塊：模塊 I： A/D 轉(zhuǎn)換模塊模塊 II：點陣 LCD 顯示模塊模塊 III：按鍵處理模塊模塊 IV：USART 異步串行通信模塊模塊 V： 外圍驅(qū)動電路模塊2.1.3 系統(tǒng)的工作過程本數(shù)據(jù)采集模塊初始設(shè)置有 8 個模擬量采集通道。通道 1 和 2 位溫度數(shù)據(jù)采集；通道 3 和 4 為壓力數(shù)據(jù)采集；通道 5 和 6 為液位數(shù)據(jù)采集；通道 7 和

34、 8 為流量數(shù)據(jù)采集。所用傳感器既可以是電壓輸出，也可以是電流輸出，只需在采集模塊上以指定方法稍作改動即可。傳感器連接完畢之后，給模塊上電。系統(tǒng)的供電模式可以有兩種，第一種為外部電源供電，第二種為自帶電池供電。系統(tǒng)供電之后，即進(jìn)入基本工作狀態(tài)。開始各個通道的數(shù)據(jù)采集工作。在無人干預(yù)的情況下，LCD 循環(huán)輸出各個采集通道所采集到的數(shù)據(jù)值。如果用戶需要其它要求，可附加其它設(shè)置。主要包括三個方面：1、 監(jiān)測量的門限要求。即如果用戶需要控制某個量的檢測值在一定的范圍之內(nèi)，超出這個范圍需要系統(tǒng)報警告知用戶。這時，用戶可以按下功能鍵，選擇需要設(shè)置門限的監(jiān)測量，設(shè)置所需控制的上限和下限。設(shè)置之后，系統(tǒng)自動保

35、存設(shè)置值。當(dāng)系統(tǒng)檢測值超限時，蜂鳴器鳴響，同時處于超限通圖 2-2 基于 MSP430 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件框圖 道的 LED 燈閃爍；2、 外負(fù)載的驅(qū)動要求。即當(dāng)所檢測值到達(dá)某個量，或超出某個范圍之后，與該監(jiān)測量相關(guān)的繼電器動作，驅(qū)動電路驅(qū)動相關(guān)設(shè)備，如電機(jī)運轉(zhuǎn)；3、 與上位機(jī)通信要求。上位機(jī)軟件系統(tǒng)基于“組態(tài)王 6.51”平臺開發(fā)。主要用于滿足用戶需要的更高要求。如：歷史數(shù)據(jù)的方便查詢、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布、遠(yuǎn)程控制等。這些功能都可以在組態(tài)軟件中很方便的得以實現(xiàn)。2.2 系統(tǒng)主要功能器件的介紹及選擇2.2.1 單片機(jī)的選擇嵌入式系統(tǒng)的核心是微控制器（MCU） ，MCU 的性能如何將直接影響整個測試系統(tǒng)的

36、性能。在測試系統(tǒng)中 MCU 的選擇主要需要考慮以下幾個方面：1、 MCU 的字長和處理的速度。MCU 的字長直接影響系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度和能力。字長越長，對數(shù)據(jù)的處理能力越強(qiáng)，處理的速度就越高。但需要根據(jù)測量的實際工作情況和性價比綜合考慮。2、 芯片內(nèi)存儲器的容量。大多數(shù)的 MCU 的片內(nèi)存儲器的容量都不是很大，需要用戶在設(shè)計系統(tǒng)時外擴(kuò)存儲器，但有些芯片廠家的產(chǎn)品具有相對較大的存儲空間。用戶在設(shè)計時可以考慮使用片內(nèi)存儲器比較大的 MCU 以簡化系統(tǒng)設(shè)計。3、 片內(nèi)外圍電路。目前，很多芯片廠商根據(jù)自己生產(chǎn)的芯片使用的不同領(lǐng)域，在芯片內(nèi)擴(kuò)展了相關(guān)的功能模塊，我們稱之為片內(nèi)外圍電路。如 USB 接口電

37、路、LCD 控制器、ADC 和 DAC 等。因此，設(shè)計者應(yīng)該盡可能的選用片內(nèi)外圍電路來完成所需的功能，這樣既可以簡化電路設(shè)計，同時又提高了系統(tǒng)的可靠性。我們在選用芯片時應(yīng)盡量選擇片內(nèi)外圍模塊豐富的 MCU。4、 系統(tǒng)工作環(huán)境的影響。對于不同的工作環(huán)境應(yīng)選用不同的 MCU。本測試系統(tǒng)既可以采用外部電源供電，又同時具有自帶電池供電的功能。因此，應(yīng)選擇低功耗的 MCU。綜合上述 MCU 的選擇原則，我們在本系統(tǒng)中選用 TI 公司的 MSP430 系列單片機(jī)。TI 公司的 MSP430 系列單片機(jī)是一種具有超低功耗特性的功能強(qiáng)大的單片機(jī)。 本監(jiān)測系統(tǒng)選用了 MSP430F44X 系列中的 F449 作

38、為核心處理器?，F(xiàn)將 MSP430F44X 系列單片機(jī)簡單情況介紹如下：（1） 特點低工作電壓：1.83.6V。超低功耗：活動模式 280A 1MHz，2.2V； 待機(jī)模式 1.1A； 掉電模式（RAM 數(shù)據(jù)保持） 0.1A。有 5 種節(jié)電模式。從待機(jī)到喚醒的響應(yīng)時間不超過 6s。12 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器帶有內(nèi)部參考源、采樣保持、自動掃描特性。16 位精簡指令結(jié)構(gòu)(RISC)，125ns 指令周期。具有 3 個捕獲/比較寄存器 16 位定時器：定時器 A 和定時 B。串行通信可軟件選擇 UART/SPI 模式。片內(nèi)比較器配合其它器件可以構(gòu)成斜邊 A/D 轉(zhuǎn)換器。可編程電壓檢測器掉電檢測器。可在

39、線串行編程，不需要外部編程電壓。驅(qū)動液晶的能力可達(dá) 160 段?？删幊痰谋Ｃ苋劢z保護(hù)設(shè)計者代碼。FLASH 存儲器多達(dá) 60KB，RAM 多達(dá) 2KB。該系列常見的的有 3 個器件：MSP430F447，MSP430F448，MSP430F449。http:/ 結(jié)構(gòu)MSP430F44X 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示： 圖 2-3 MSP430F44X 系列單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖圖 2-4 MSP430F44X 系列單片機(jī)引腳 教師見習(xí)報告總結(jié)期待已久的見習(xí)已經(jīng)結(jié)束了，在龍巖三中高中部見習(xí)聽課，雖然只是短短的兩個星期，但感觸還是蠻深的，以前作為一名學(xué)生坐在課室聽課，和現(xiàn)在作為一名準(zhǔn)教師坐在課室聽課

40、是完全不同的感受，感覺自己學(xué)到了一些在平時課堂上學(xué)不到的東西。在這里，我獲得的不僅是經(jīng)驗上的收獲，更多是教學(xué)管理，課堂教學(xué)等的理念，以及他們帶給我的種種思考。教育見習(xí)實踐過程：聽課。教育見習(xí)的主要目的是讓學(xué)生在指導(dǎo)教師的引導(dǎo)下，觀摩教師上課方法、技巧等。聽課是教育見習(xí)的主要內(nèi)容。我院規(guī)定在一周的見習(xí)中需完成至少 6 課的見習(xí)任務(wù)。我在教師的安排指導(dǎo)下，分別對高一、高二物理專業(yè)課型為主，其他課型齊頭的方式，積極主動的完成了聽課任務(wù)，收到良好的效果。我聽的第一節(jié)課是高二（8）班，這是一個平衡班，水平不如實驗班高。在上課前?？迫卫蠋熞呀?jīng)跟我說了這個班的紀(jì)律是比較差的，而且成績也不是很好。在我聽課期間

41、，確實有幾個學(xué)生在課堂上說話，但是我發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，這個現(xiàn)象我在往后的幾個班都發(fā)現(xiàn)了，就是絕大部分的學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情都好高漲，積極舉手發(fā)言，積極參與課堂活動。我跟老師們提起這個現(xiàn)象的時候，科任老師就跟我說，一個班里不可能所有的學(xué)生都能全神貫注地聽完一節(jié)課，所以作為一名教師，應(yīng)該想辦法吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動的積極性，比如可以以小組為單位，以搶答計分的形式調(diào)動學(xué)生的積極性，這樣課堂氣氛就會活躍起來了。在為期兩周的見習(xí)工作中，我真的有很大的感觸，我第一次感受到自己已經(jīng)從一名學(xué)生向一名教師靠近，走在校園里，每當(dāng)有學(xué)生叫我一聲老師，我在感到無比自豪的同時，還感受到了自己的責(zé)任。見習(xí)工作結(jié)束了，我要回到學(xué)校繼續(xù)我的學(xué)習(xí)了，但是我會好好記住我從*中學(xué)學(xué)到的一切，并應(yīng)用于我的專業(yè)學(xué)習(xí)中去。一、教學(xué)管理理念 在龍巖三中，從領(lǐng)導(dǎo)階層到一位普通的科任老師，都秉承以學(xué)生為主體的宗旨進(jìn)行學(xué)校的管理，進(jìn)行教學(xué)工作的開展。作為一個課程改革的示范學(xué)校，一個教育實驗基地。這所學(xué)校鼓勵著老師做各種研究，各種改革。每個班主任都有著自己的管理經(jīng)驗與管理宗旨。有了這