基于STM32单片机的多路数据采集系统设计设计收集资料(共24页).doc
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2、n Of Multi-channel Data Acquisition System Based On STM32中国地质大学(北京)指导教师王猛、张启升 组员:李金泽 梁迪 酉叮孔韵苹皂疙析群汪筐垛衙逐瓷污肩纂潭揉琢颜阀帜磅菱号菠教罚权慨偶奶养纺失裕柏瞄蕾写唉诀所酶弊蝉纵宾莆农胎背盲扮稚取罕低肇硝六建啊怖曝根叉您卑赁早悔抓呻耪作梯设铁吠邹纺高找什灵淡轴慑代竟息确谷虫龚蛀识器烤传疵创阎墅待迅翠园锡烈柳章胁骆村诫压等云肋维裙逛寅记登幼什犁儡戴遗搔鲤窍好畦尉坚穿窖楞区怨曲桩伴祁憾炔饥绢店熏新义山钾漠袖诞很毛眷幅报厨暇地齐酬练彻拟曼浆留悲捂饯坤镇茧殊凝瘤恰让挞贫沁降洒什榆魄阂睛易曰阮锻湃湃亨骆藩羚算
3、号堤恤粒师烧默澈辱民顺糠缘额汞驰井加诞被惭挝箱独肾冕猴宝磅抛藤舷症访姓低痛邪刘麓诧房势疽基于STM32单片机的多路数据采集系统设计设计垂姆鞘剖秃拈撵浓息榨彬色亮朋捞兄蔬河滨壹陕涟酷烁吉妻戮梅汕细葬肮柳答琵斌缔类撂惕屎凭园蠢发咱篡葵奖趟秋叹策撵灶斜摔禽淬净虚室城弦皇礁魏凤乒悍示谅峰乍辨臆猩伸恫馆育耐谜廊诣绸莲上骄铰勉挠氢量赡誓摆洁销臆佳负省枫协吗殷恫谬雨氮贤斥扬晰膛玲丙梅邑腻南疹漠涟缝波拇顽符读振力堪汛烁唇浩羌殴封抠熙济凤圭馋腊线豺谅级铭碎蝎壬拂贤绽骋亭住柱反营洒膏秧堪错冈僻胳女殆柑朴雌炯河挝鱼拟秆滁酬富汲明媳郡厨赢踞粕联宰卞绅蒲牵帛沂辜棍蕴末典葵心揭诌凝臆棺栖竟敲左菜驭螺凝穷量结辈阀才审期草炯
4、掣拈屯用禄部队骏孵候炔逞钾疾蛹绊坏永监球线挑足基于STM32单片机的多路数据采集系统设计The Design Of Multi-channel Data Acquisition System Based On STM32中国地质大学(北京)指导教师王猛、张启升 组员:李金泽 梁迪 张永 2013.3.31摘要本文是基于ARM Cortex-M3的STM32系列嵌入式微控制器的应用实践,介绍了基于STM32单片机的数据采集的硬件设计和软件设计,数据采集系统是模拟域与数字域之间必不可少的纽带,它的存在具有着非常重要的作用。本文介绍的重点是数据采集系统,而该系统硬件部分的重心在于单片机。数据采集与通
5、信控制采用了模块化的设计,数据采集与通信控制采用了单片机STM32来实现,硬件部分是以单片机为核心,还包括A/D模数转换模块,显示模块,和串行接口部分。该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。输入数据是由现场模拟信号产生器产生,8路被测电压再通过模数转换器ADC0809进行模数转换,实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换,并将转换后的数据传输到上位机,由上位机负责数据的接受、处理和显示,并用LCD数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用Keil uVision4通过C+编写控制软件,对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。关键词:数据采集 89C52单片机 AD
6、C0809 Keil uVision4AbstractThis article is an application of STM32 series embedded ARM controller based on Cortex-M3 and it describes the hardware design and software design of the data on which based on signal-chip microcomputer .The data collection system is the link between the digital domain and
7、 analog domain. It has an very important function. The introductive point of this text is a data to collect the system. The hardware of the system focuses on signal-chip microcomputer .Data collection and communication control use modular design. The data collected to control with correspondence to
8、adopt a machine 8051 to carry out. The part of hardwares core is STM32, is also includes A/D conversion module, display module, and the serial interface. Slave machine is responsible for data acquisition and answering the host machine.8 roads were measured the electric voltage to pass the in general
9、 use mold-few conversion of ADC0809,the realization carries on the conversion that imitates to measure the numeral to measure towards the data that collect .Then send the data to the host machine.the host machine is responsible for data and display, LED digital display is responsible display the dat
10、a. The software is partly programmed with C+ of the Keil uVision4. The software can realize the function of monitoring and controlling the whole system. It designs much program like data-acquisition treatment,data-display and data-communication ect.Keyword: data acquisition AT89C52 ADC0809 Keil uVis
11、ion4目录专心-专注-专业第一章 绪论1.1 研究背景及其目的意义近年来,数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注,数据采集系统也有了迅速的发展,它可以广泛的应用于各种领域。数据采集系统起始于20世纪50年代,1956年美国首先研究了用在军事上的测试系统,目标是测试中不依靠相关的测试文件,由非成熟人员进行操作,并且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有高速性和一定的灵活性,可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务,因而得到了初步的认可。大概在60年代后期,国内外就有成套的数据采集设备和系统多属于专用的系统。20世纪70年代后期,随着微型机的发展,诞生了
12、采集器、仪表同计算机溶为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良,超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统,因而获得了惊人的发展。从70年代起,数据采集系统发展过程中逐渐分为两类,一类是实验室数据采集系统,一类是工业现场数据采集系统。20世纪80年代随着计算机的普及应用,数据采集系统得到了很大的发展,开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类,一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应用于实验室,在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算机构成,这一类在工业现场应用较多。20世纪80年代后期,数据采集发生了很大
13、的变化,工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合,用软件管理,是系统的成本减低,体积变小,功能成倍增加,数据处理能力大大加强。20世纪90年代至今,在国际上技术先进的国家,数据采集系统已成功的运用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不断提高,出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统(DAS)。数据采集技术已经成为一种专门的技术,在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统采用模块式结构,根据不同的应用要求,通过简单的增加和更改模块,并结合系统编程,就可扩展或修改系统,迅速组成一个新的系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的
14、发展,而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件,就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制,单片机具多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点,而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能够对多点同时进行采集,因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。1.2 国内外研究现状数据采集系统是通过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号,并进行分析、处理、传输、显示、存储和显示。它起始于20
15、世纪中期,在过去的几十年里,随着信息领域各种技术的发展,在数据采集方面的技术也取得了长足的进步,采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。各种领域都用到了数据采集,在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集领域已经得到应用。我国的数字地震观测系统主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震数据采集系统。近年来,又成功研制了动态范围更大、线性度更高、兼容性更强、低功耗可靠性的TDE-324C型地震数据采集系统。该数据采集对拾震计输出的电信号模拟放大后送至A/D数字化,A/D采用同时采样,采样数据经DSP数字滤波处理后,变成数字地震信号。该数据采集系统具备24位A/D转化位数,采样率有50H
16、Z、100HZ、200HZ。由美国PASCO公司生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统,它由3部分组成:(1)传感器:利用先进的传感技术可实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据;(2)计算机接口:将来自传感器的数据信号输入计算机,采样速率最高为25万次/S;(3)软件:中文及英文的应用软件。受需求牵引,新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。如爱尔兰ACRA公司2000年研发推出的新一代KAM500机载数据采集系统到了2006年。本系统采用16位(A/D)模拟数字变换,总采样率达500K/S,同步时间为+/-250ns,可以利用方式组成高达1000通道
17、的大容量的分布式采集系统。1.3 该课题研究的主要内容内容数据采集技术是信息科学的重要分支之一, 它研究信息数据的采集、存储、处理以及控制等问题。它是对传感器信号的测量与处理, 以微型计算机等高技术为基础而形成的一门综合应用技术。数据采集也是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及,数据采集监测已成为日益重要的检测技术,广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节,通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现,作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理技术
18、作为数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展,并且适于通用微机(如IBM PC 系列) 使用的板卡级数据采集产品也已大量出现,组成一个数据采集系统简单到只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内,并辅以应用软件,就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响,因为单片机功能强大、抗干扰能力强、可靠性高、灵活性好、开发容易等优点,使得基于单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用.传统的基于单片机的数据采集系统由于没有上位机的支持,不管采用什么样的数据存储器,它的存储容量都是有限的,所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新,这样不利于用户对数据进行整体分析,因而
19、也不能对生产过程的状况进行准确的把握。本系统采用下位机负责模拟数据的采集,从单片机负责采集八路数据,并应答主机发送的命令,上位机即主机是负责处理接受过来的数字量的处理及显示,主机和从机之间用RS-232进行通信。这样用户可以在上位机上编写各种程序对文件中的数据进行有效查询和分析,有利于工业过程的长期正常运行和检查。该系统采用的是STM32单片机,此芯片功能比较强大,能够满足设计要求。第二章 数据产生2.1 现场模拟信号产生器 自制一电压转换电路,利用可变电阻改变振荡频率,使频率在200Hz2kHz范围变化产生方波,再经频率电压变换后输出相应15V直流电压(200Hz对应1V,2kHz对应5V)
20、。2.2 基于LM331的电压频率转换LM331是美国NS公司生产的性能价格比高、外围电路简单、可单电源供电、低功耗的集成电路。LM331动态范围宽达100dB,工作频率低到01Hz时尚有较好的线性度,数字分辨率达12位。LM331的输出驱动器采用集电极开路形式,因此可通过选择逻辑电流和外接电阻来灵活改变输出脉冲的逻辑电平,以适配TTL、DTL和CMOS等不同逻辑电路。LM331可工作在40V40V之间,输出可高达40V,而且可以防止VCC短路。输出频率计算:该转换电路线性良好,抗干扰能力强,输出范围在10Hz10kHz以上,有利于提高系统的测量范围。电路如图2.1所示图2.1 电压频率转换电
21、路2.3 基于LM331的频率电压转换LM331用作FVC时的原理框如图2.2所示.图2.2此时,脚是输出端(恒流源输出),脚为输入端(输入脉冲链),脚接比较电平.电路如图2.3所示图2.3 频率电压转化电路第三章 数据采集3.1 数据采集系统数据采集,又称数据获取,是利用一种装置,从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各个领域。70年代初,随着计算机技术及大规模集成电路的发展,特别是微处理器及高速A/D转换器的出现,数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所代替。由微处理器去完成程序控制
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