【毕业设计】单片机控制的多路数据采集系统

多路数据采集系统通常采用的方法有，用微机控制，微机在工业领域中的个主要应用就是与原有设备相结合，构成新的数字化智能化的测控系统，从而提高原有设备的性能，但微机设备复杂成本较高，使得微机控制的数据采集系统技术难度成本都相应的提高，从而制约了微机在数据采集这方面的应用。

随着单片机技术的飞速发展，应用领域日益扩大，各种型号系列的单片机不断推出，许多新技术新工艺被采用，因而具有更高的性能价格比。

单片机控制的多路数据采集系统使用非常方便性能优越运行可靠广泛地应用于各行各业。

本文利用单片机设计了个多路数据采集系统，着重介绍该系统的特点及实现方法。

本设计采用单片机作为控制来构成多路数据采集系统，并完成了软硬件的设计。

在过程控制及各种仪器表仪表中，由微型计算机进行实时控制及实时数据处理，单片机所加工的信息总是数字量。

被控制或测量对象的有关参量往往是些连续变化的模拟量，如温度湿度压力流量速度等。

系统通过多路模拟开关采集多路数据，使其通过多路模拟转换开关，把采集到的多路模拟信号经过放大采样保持，模数转换器转换电路转换成数字信号，输入单片机进行处理，处理后发出的数字信号经过，数模转换器转换电路转换成模拟信号。

从而达到采集数据，监控，滤波等目的。

本设计的系统实现了种高性能高智能的实用型多路数据采集系统，可达到对收集的数据进行监控，滤波等目的。

本设计的主要任务本设计用单片机控制多路数据采集系统，本文着重介绍该系统的工作原理及硬件与软件设计，本设计的主要组成如下多路数据输入单元。

采样保持电路的转换单元。

硬件和单片机的连接电路。

单片机输出的数据锁存和转换单元。

多路数据采集系统的方案及总体设计，包括主体电路的设计和单片机控制电路的设计要用到单片机的控制整个系统，因此要完成单片机应用系统的硬软件设计并完采样保持成软件调试，以满足整个系统的要求。

整个系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分。

硬件设计主要完成多路数据采集整个硬件电路及接口的设计包括模拟多路开关电路运算放大电路采样保持电路模数转换电路硬件和单片机的连接电路数模转换电路转换开关保护电路等组成软件设计主要完成控制整个系统的应用程序与调试。

包括主程序和转换程序多路开关控制以及接口控制等程序的设计。

系统总框图如图所示。

图系统总框图器数据传感器传感器多多路模拟开关路转换开关前置放大单片机数模转换执行机构模数转换传感器第二章系统硬件设计硬件设计思想多路数据采集系统的正常运行依赖于整个系统硬件设备的科学设计。

根据课题设计任务的要求，结合软件的设计，选择合适的电路元件，设计合理的接口电路以便能够高效率稳定合理方便的实现多路数据采集。

多路数据采集系统的硬件部分分为多路数据输入部分，采样保持部分，转换部分，硬件和单片机的连接电路部分，转换部分。

多路数据输入部分在不要求高速采样的场合，般采用共享的转换通道，分时对各路模拟量进行模数转换，目的是简化电路，降低成本。

用模拟多路开关来轮流切换模拟量与转换器间的通道，使得在个特定的时间内，只允许路模拟信号输入到转换器，从而实现分时转换的目的。

般模拟多路开关有个模拟输入端，个通道选择端，由个选通信号控制选择其中个开关闭合，使对应的模拟输入端与多路开关的输出端接通，让该路模拟信号通过。

有规律地周期性改变个选通信号，可以按固定的序列周期性闭合各个开关，构成个周期性分组的分时复用输出信号，由后面的转换器分时复用对各通道模拟信号进行周期性的转换。

在数据采集时，来自传感器的模拟信号，般都是比较弱的电平信号，因此需要放大电路把输入的模拟信号进行适当的放大。

放大器的作用是将这些微弱的输入信号进行放大，以便充分利用转换器的满量程分辨率。

为了充分利用转换器的分辨率转换器输出的数字位数，就要把模拟输入信号放大到与转换器满量程电压相应得电平值。

采样保持部分模拟信号进行转换时，从启动转换到转换结束输出数字量，需要定的转换时间。

在这个转换时间内，模拟信号要基本保持不变。

否则转换精度没有保证，特别当输入信号频率较高时，会造成很大的转换误差。

要防止这种误差的产生，必须在转换开始时将输入信号的电平保持住，而在转换结束后又要跟踪输入信号的变化。

实现这种功能可以用采样保持器来实现，因而，由于采样保持器的加入，大大提高了数据采集系统的采集频率。

转换部分因为单片机只能处理数字信号，所以需要把模拟信号转换成数字信号，实现这转换功能的器件是转换器。

转换器是采样通道的核心，因此，转换器是影响数据采集系统采样速率序的流程图图为转换程序的流程图，图为转换程序的流程图，程序如附录所示。

图为转换程序的流程图图为转换程序的流程图初始化写的输出缓冲区控制锁存器的锁存延时等待转换满值点和零点的验证的输出准备下次转换初始化启动转换等待转换返回转换结果是否为开始开始返回返回准备下次转换产生系统总图单片机有个并行口。

本设计采用口作为和的数据输入口。

接的用来指示是否转换完成，的和通过与非门接的端，用来使能的数据输出。

的端接两片的作为传送控制信号，的接两块的，。

的片选接的，的片选，两片的片选，用作为四片的片选。

单片机控制的多路数据采集系统硬件电路图如附录所示。

第四章系统性能及误差分析系统可靠性措施低功耗措施尽可能选用低功耗的芯片。

选用液晶显示器，液晶显示器本身就是低功耗器件，并且其在显示数据时不需要连续动态描显示，固定的数据只需执行次显示操作即可，直到要显示另外的数据才要再次执行显示操作否则可以不用理睬它，利用此时进行别的工作或者进入待机状态，从而降低系统的功耗。

键盘采用中断扫描工作方式，即只在键盘有键按下时，才执行键盘扫描并执行该键功能程序如无键按下，就不用理睬键盘，因此提高了工作效率，同时也提高了系统对键盘的速度。

在设计软件时，选用低功耗待机方式，使系统在空闲时处于待机低功耗状态，这样也可降系统的功耗。

抗干扰措施硬件抗干扰措施设计印刷电路板时。

加宽电源线和地线的宽度。

在每个集成芯片的电源附近都增加了滤波电容。

软件容错性和采取的抗干扰措施软件容错性是软件性能的项重要指标。

主要是防止由于操作者的误操作或其它原因使系统发生异常退出或死机情况，避免给操作者造成不便，甚至丢失数据，且直到条件满足时才执行操作。

软件抗干扰措施主要就是采用在测量数据时，进行多次测量求取平均值来作为测量结果的数字滤波方法来低随机噪声。

第五章结论本设计主要完成了基于单片机控制的数据采集系统的硬件电路设计以及相应的软件设计。

本系统的硬件设计主要包括多路转换开关及前置放大电路的设计，采样保持电路的设计，模数转换电路的设计，数模转换电路的设计。

多路转换开关及前置放大电路的设计中重点介绍了多路开关的选择放大倍数的计算以及多路开关和放大器硬件连接电路。

采样保持电路的设计中重点介绍了采样保持电路的原理和主要参数以及采样保持器的选择和连接电路。

模数转换电路的设计中重点介绍了系统通道的选择和转换器的各项误差分析以及转换器的介绍输入方式和连接电路。

数模转换电路的设计中重点介绍了通道的选择，转换器的选择以及转换器的介绍连接电路和的输出方式。

硬件设计中还介绍了单片机的选择，单片机的时钟电路和复位电路。

本系统的软件设计主要包括编译器的选择，各部分的流程图以及程序的设计。

本设计中还分析了系统的性能及误差。

当然，因为时间紧凑以及自己的知识水平有限等原因，本次设计也留下了点遗憾。

比如不能对所设计的整个系统进行调试及仿真，因而也就没能做出实物出来。

毕业设计是对大学阶段所学知识的个总结。

由于本身知识水平以及时间有限，可能有很多问题还没有发现，希望老师和同学给予指出。

致谢大学四年的学习生活晃而过，毕业论文设计是检验我们平时工作学习成绩的个很好的机会。

通过这几个月的精心准备和查阅文献资料熟悉本次设计课题的相关内容，论文终于告段落。

通过此次设计，我从中受益匪浅。

我不仅学到了更多新的专业知识拓宽了知识面，巩固了我所学的知识，而且也锻炼了我的实践动手能力，培养了我思考问题并及时解决问题的好习惯。

更重要的是培养了我勇于钻研和创新的精神。

在论文的设计过程中，我查阅大量的相关资料并作了详细的记录分析和吸收，做到认真细致地去理解领会别人的思维方法，学习别人好的成果和方法。

科研工作是艰苦的，面对各种各样的困难和挑战，需要他们冷静的头脑和敏锐的视角。

我从中品尝到了过程的艰辛和成功后的喜悦，这些都有利于我今后的成长。

最后我要衷心地感谢宋芳老师。

感谢她悉心的指导和莫大的帮助，让我能够顺利的完成此次设计。

同时也非常感谢信息与电气工程学院的各位领导和各位老师四年来给予我的教诲和指导，感谢图书馆老师在我查找资料时给予的理解支持和帮助。

感谢在大学学习期间与我起度过的所有老师和同学们，这段难忘的时光是我生的财富，参考文献付晓光单片机原理与实用技术北京清华大学出版社，马明建数据采集与处理技术西安西安交通大学出版社，杨清亮多路模拟信号的采集与输出控制系统电气自动化王民芯片的数据手册，李西前基于单片微机的多通道数据采集系统计算机自动测量与控制王晓光单片机与转换器的接口设计仪表技术沈国迅数据转换器发展近况微电子学何席德数模转换通道在单片机系统中的应用计算机信息胡伟单片机软件开发的语言实现微计算机信息陈龙三单片机语言控制与应用北京清华大学出版社，赵凯波智能仪器仪表的软件抗干扰技术仪表技术与传感器附录程序多路数据采集程序函数声明，变量定义定时器初始化函数采集函数声明打开系统中断允许关闭系统中断允许定时器为工作模式，定时器为工作模式微秒定时定时器中断函数定时消除抖动程序转换程序使使使转换函数产生启动转换等待转换结束定义的端口地址定义的端口地址延时函数写的输出缓冲区写的输出缓冲区控制所有的锁存器同时锁存，并转换输出延时等待转换满值点验证零值点验证输出锯齿波，附录系统硬件总图湖南科技大学毕业设计论文题目单片机控制的多路数据采集系统作者马玉刚学院信息与电气工程学院专业通信工程学号指导教师宋芳老师二〇年五月二十日湖南科技大学毕业设计论文任务书信息与电气工程学院院通信工程系教研室系教研