文档介绍：数据采集及处理系统的设计
1绪论
数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的必不可少的桥梁有着非常重要的作用。本文介绍的重点是数据采集系统。数据采集与通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8051来实现,硬件部分是以单片机为核心,还包括模-数转换模块,显示模块,和串行接口部分,还有一些简单的外围电路。8路被测电压通过通用ADC0809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,由单片机对数据进行处理,用LCD显示模块来显示所采集的结果,并将数据通过串行口传输到PC机上,MCU与 PC机间的电平匹配采用MAX232接口芯片,由PC机完成数据接收和显示,VB程序编写了更加人性化的人机交互界面。
在任何计算机测控系统中,都是从尽量快速,尽量准确,尽量完整的获得数字形式的数据开始的,因此,数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的桥梁起着非常重要的作用。
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。因为由微处理器去完成程序控制,数据处理及大部分逻辑操作,使系统的灵活性和可靠性大大的提高,系统的硬件成本和系统的重建费用大大的降低。

2方案设计
设计原理
数据采集和处理是计算机控制系统的重要组成部分,在工业控制机和生产过程之间,要对生产过程进行实时控制,就要实时的了解生产状态,这就要求采集大量的模拟信号或数字信号进行分析,并输出有一定意义的、更直观和易于理解的模拟量或数字量,以对控制进行指导,调整控制方案。随着自动控制的发展,数据采集及处理将会得到越来越多的应用。
本次设计要求设计一个64路巡回数据采集及处理系统,系统循环周期为1秒,16路模拟信号输入,16路开关信号输入,16路模拟输出,16路数字输出。数据采集及数据处理的过程比较简单,很直观的想象为采集数据,输入到CPU,输出数据。在这一过程中,还要有数据通道选择,为了适应芯片的电压值,还可能需要把传入的模拟电压放大或缩小。转换成模拟信号后,以便驱动相应的执行机构,达到控制的目的。
在输出过程中,芯片输出可能为电流信号,可能为电压信号,按照本题目,需将电流信号转换成电压信号。

(1) 经济合理
系统硬件设计中,一定要注意在满足件能指标的前提下,尽可能地降低价格,以便得到高的性能价格比,这是硬件设计中优先考虑的一个主要因素,也是一个产品争取市场的主要因素之一。
(2) 安全可靠
选购设备要考虑环境的温度、湿度、压力、振动、粉尘等要求,以保认在规定的下作环境下,系统性能稳定、工作可靠。要有超量程和过载保护,保证输入、输出通道正常工作。要注意对交流市电以及电火花等的隔离。要保证连接件的接触可靠。
3) 足够的抗干扰能力
有完善的抗干扰措施,是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。

(1) 结构合理
程序应该采用结构模块化设计。这不仅有利于程序的进一步扩充,而且也有利于程序的修改和维护。在程序编序时,要尽量使得程序的层次分明,易于阅读和理解,同时还可以简化程序,减少程序对于内存的使用量。当程序中有经常需要加以修改或变化的参数时,应该设计成独立的参数传递群序,避免程序的频繁修改。
(2) 操作性能好
操作件能好是指使用方便。这点对数据采集系统来说是很重要的。在开发程序时,应该考虑如何降低对操作人员专业知识的要求。
(3) 系统应设计一定的检测程序,例如状态检测利诊断程序,以便系统发生故障时容易确定故障部位,对于重要的参数要定时存储,以防止因掉电而丢失数据。
(4) 提高程序的执行速度。
(5) 给出必要的程序说明。

数据采集系统主要需要解决的是模拟量输入通道问题,在众多的模拟量输入中,需要确定模拟量输入通道的结构。模拟量通道结构有两种:其一,每路模拟量均有各自独立的A/D转换器、采样/保持器;其二,多路模拟量共用一套采样/保持器、A/D转换器。
在两种结构中,前者电路结构简单,程序设计方便,由于每路模拟量均需各自独立的AD转换器,所以,尽管只有一个处理器,但A/D转换是并行的,具有很快的转换速度。由于使用的A/D转换器数量多,故总体成本高昂,仅在高速数据采集系统中采用;后者具有经济实用等良好特点,在性能指标要求许可的情况下,一般采用该方案。尤其高性能的A/D转换器件不断推出,选择一种A/D转换器满足多路数据采集还是比较容易的。因此,设计中选择了多路选择开关4067。
D/A转换部分主要解决数字到模拟的功能,最常用的数模转换器为DAC0832,将输入的数字量转换