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1、毕 业 设 计（论文）开 题 报 告题 目 基于单片机多路数据采集系统设计 专 业 应用电子技术 班 级 学 号 17 姓 名 指导教师 职 称 副教授 时 间 2013年3月 二一三年一月1.题目背景与选题意义（一）背景近年来，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
2、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。1120世纪70年代后期，随着微型机的发展，诞生了采集器、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。1120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
3、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。1120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
4、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。11（二）意义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
5、心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。（三）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
6、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50HZ、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。11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
7、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通道的大容量的分布式采集系统。2. 毕业设计（论文）的主要内容：（一）设计（选题）目的（包括原始数据）： 掌握基于单片机的多路数据采集系统的工作原理与设计思想，并能够设计具体电路，能够达到一定设计要求，熟悉基本电路设计原理及模拟技术。掌握基于单片机的多路数据采集系统的结构和原理，具体电路设计和功能等。通过设计培养学生综合运用所学知识，独立分析问题和解决问题的能力，培养学生的基本技能与创新能力，为以后从事相关工作打下良好的基础。
8、（二）设计题目的内容：本论文研究的是具有结构简单、性能稳定，利用AT89C51单片机作为主控芯片设计一种用于工业控制系统的多通道数据采集卡。该采集卡具有1个键盘/显示接口，2个16位定时/计数器和1个全双工异步串行通信口。在硬件电路上它主要由单片机、A/D转换器、键盘/显示电路、通讯电路等组成。单片机选用AT89C51，A/D转换器采用美国MAXIM公司的MAX197芯片，键盘采用44的矩阵式按键，显示模块采用数码管显示，通讯模块采用RS232通讯电路，采用MAX232作为PC机和单片机之间电平的转换，此外电路中还要运用复位电路，电源电路等一些辅助电路。3.系统设计方案、技术解决途径分析及预期
9、目标（一） 设计方案： 本设计包括硬件和软件设计。通过选择合适的单片机及其它芯片完成硬件设计，主要包括单片机最小系统模块、电源电路模块、温度采集模块、存储模块、LED显示模块及USB通信模块等； 本文介绍的是基于80C51单片机和TLC2543的多路数据采集系统的设计，这个系统的基础是数据采集系统。本文先对数据采集系统做简单的介绍，然后根据此次毕业设计的要求，使数据采集系统在功能上具体化，细致化，实现多路数据采集系统的设计要求。本系统可以实现对14路模拟信号的采集，然后根据需要将16模拟信号中的任一路或多路信号进行模-数转换，并通过USB接口，在PC机上实时的显示出来。本文采用P89C51RA
10、2作为核心控制部件，它功能比较齐全，可以满足系统设计的需要。单片机控制数据的采集、显示、传输，它是整个系统的核心，而TLC2543则是此数据采集系统的A/D转换芯片，它使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机的I/O资源，且价格适中，分辨率较高。本设计的主要任务是TLC2543和单片机的接口电路设计，输入信号的调理电路设计以及A/D转换程序的编写。键盘的输入来采集数据，并通过单片机的数据处理后，在显示设备上显示出来。 （二）技术解决途径： 利用keil程序编辑软件完成程序的编写，编译，调试，检测的工作。用Proteus7.0软件设计硬件电路部分，完成
11、硬件的检查和调试仿真等工作，也可以完成pcb的设计工作。在设计过程中时遇到问题可以去查找有关数据采集方面的书籍或到网上查找有关的信息，也可以去咨询毕业指导老师。 （三）预期目标：l 部署具体任务，查阅相关资料，了解本课题的相关背景知识及 有关问题 l 总结相关技术资料，完成开题报告 。 l 根据任务要求选择编程语言并构建、熟悉编程环境。 l 对系统进行详细需求 分析、提出设计方案。 l 进行数据操纵模块的编程。 l 完成数据显示模块的编程。 l 对系统进行综合调试以及优化完善。 l 整理资料、写出论文提纲。 4.完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及落实措施（一） 工作条
12、件l 工具书：keil软件的指导书或者keil软件的上机操作技巧，和Proteus7.0软件的使用指导书和常用元件的说明书，有平时有关keil uVsion3软件的实验。l 工具设备：计算机keiluVision3软件，Proteus7.0硬件设计软件。（二） 落实措施l 去图书馆去查找有关 数据采集方面的实验书和数据采集的课程设计方面的书。l 也可以去毕业设计老师那里讨论设计过程中遇到的问题，或者在网上查找有关数据采集的信息。5. 毕业设计（论文）进度计划（工作思路）（一）进度计划2012.12-2013.02：查阅资料、撰写开题报告； 2013.02-2013.03：专业实习；2013.0
13、3-2013.04：查阅资料设计硬件电路图，以及程序的编写。2013.04-2013.05：撰写毕业论文。 （二）工作思路 1）能够理解数据采集系统的工作过程。 2）搭建出系统所需的硬件电路 。3）编写出相应的程序代码。 4）通过系统调试，锻炼分析问题解决问题的能力。 5）能够将课本知识与实际应用结合起来，增强实践操作能力。 报告人：(亲笔签名) 年 月 日6.参考文献、资料：1 徐爱卿，孙涵芳，盛焕鸣. 单片微型计算机应用和开发系统M. 北京： 北京航空航天大学出版社 ，1992.2 邬宽明.单片机外围器件实用手册 数据传输接口器件分册M. 北京：北京航空航天大学出版社 ，1998.3 张毅
14、刚，彭喜元，孟升卫，刘兆庆. MCS-51单片机实用子程序设计（第二版）M. 哈尔滨工业大学出版社， 2003.4 王兆安，黄俊.西安电力电子变流技术（第四版）M.西安：西安交通大学，2003.5 胡汉才.单片机原理及接口技术（第2版）M.北京： 清华大学出版社 2004.6 吴秀清 周荷琴. 微型计算机原理与接口技术M.合肥：中国科技大学出版社,2003.7 阎石. 数字电子技术基础（第四版）M.北京：高等教育出版社，1998.8童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第三版）.北京:高等教育出版社，2001.9李广第，朱月秀，王秀山.单片机基础（修订本）M.北京：北京航天航空大学，2003.10
15、李全利，迟荣强单片机原理及接口技术M北京：高等教育出版社，2004.11 Rao Guthikonda Microprocessors and microcomputer systemMVan Nostrand Reinhold Company，1982.12陈光东单片微型计算机原理和接口技术M. 武汉：华中理工大学出版社，1999.13何立民单片机应用文集M北京：航空航天大学出版，1991.16谢声斌数字电路与逻辑设计教程M北京：清华大学出版社，2005.指导教师意见 （要求亲笔手写）指导教师：(亲笔签名) 年 月 日开题报告应根据教师下发的设计（论文）任务书，在指导教师的指导下由学生独立撰写。
