基于单片机的多通道数据监测检测系统 机械设计及其自动化 毕业设计论文

本科毕业设计（论文）

基于单片机的多通道数据监测检测系统

年级:2004级

学号:20041426

姓名:xx

专业:机械电子工程

指导老师:xx

2008 年 6 月

院系机械工程学院专业机械设计制造及其自动化

年级 2004级姓名 xx 题目基于单片机的温度、压力、液位、流量的检测

指导教师

评语

指导教师 (签章)

评阅人

评语

评阅人 (签章)

成绩

答辩委员会主任 (签章)

年月日

毕业设计（论文）任务书

班级茅机学生姓名 xx 学号 20041426

发题日期： 2008 年 3 月 3 日完成日期： 6 月 10 日题目基于单片机的温度、压力、液位、流量的检测

1、本论文的目的、意义

温度压力液位流量是工业自动化常见控制参量，实现其监测与控制是基础性工作，也是机械电子工程专业学生必须掌握的基础内容。本课题要求学生综合利用所学知识，培养动手能力，在前人工作基础上，改进完善，实现多通道模拟工业温度压力液位信号采集和处理显示，实现上下限报警和电磁继电器和开关通断控制。该课题对于机电测控实验中心完善实验建设具备价值。

2、学生应完成的任务

（1）查阅收集资料、熟悉设计原始资料、完成相关不少于10000个字符的外文资料翻译。

（2）完成毕业实习调研以及实习报告的撰写。

（3）现有温度压力液位流量监测与控制系统调研和资料搜集。

（4）多路参量监测与控制系统方案设计。

（5）接口电路板制作和加工。

（6）实验程序设计与调试。

（7）完整程序和实物一套。

（8）整理完成不少于24000字的毕业论文。

3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）

第一部分调研准备和资料搜集（2周）

第二部分方案设计和元器件采购（2周）

第三部分硬件制作（3周）

第四部分软件调试（3周）

第五部分系统集成，撰写毕业论文（1周）

评阅及答辩评阅答辩（1周）备注专业课程设计文档另附

指导教师：年月日

审批人：年月日

摘要

在许多工业测控机械、医疗仪器以及消费电子产品中，都对数据采集系统的实时性与功耗提出了更高的要求：即在满足微功耗、微型化的总体设计原则基础上，又要能实时反映现场采集数据的变化。这就对系统的功耗、采样速度、数据存储和传输速度等提出了更高的要求。然而，随着半导体与微控制器技术的飞速发展，各种微电子器件的性能不断提高，功耗却不断降低。技术的进步使得高速度、低功耗的数据采集系统得以实现。

本文设计的数据采集与显示、处理系统采用TI公司研制的MSP430系列超低功耗单片机作为核心控制元件，实现了8通道模拟量数据的采集、自动循环显示、用户查询、限位设定及报警、外围驱动能力、时间显示、以及和上位机组态软件的通信功能。该系统功能齐全，且具有一定的通用性。主要研究内容如下：

首先，分析了数据采集系统技术领域内国内外的研究现状，以及MSP430系列低功耗单片机的特点和应用情况。其次，分析了研究数据采集系统的现实意义，在此基础上给出了基于MSP430单片机的数据采集系统的总体设计方案。比较详细的介绍了实现该系统的硬件电路设计，包括电源电路、按键电路、复位电路、点阵LCD显示电路、LED指示灯和蜂鸣器报警电路、直流电机驱动电路和USART异步串行通信电路等电路的原理图设计。最后详细的介绍了基于C语言的软件系统实现方案。

关键词：MSP430 数据采集串行通信

Abstract

With the development of computer and information technology, the using of MCU in a data acquisition system is becoming more and more popular. The data collection system with MCU has the 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: the principle of overall design is not only meet the micro-power consumption and miniaturization but also to reflect the real-time data changes when the scene changes. This make a higher demand of system’s power consumption, sampling speed, data storage speed and transmission speed. With the rapid development of the semiconductor and microcontroller technology, the performance of microelectronic devices is improved but the power consumption is reduced. Advances in technology make high-speed, lower-power data acquisition system can be realized.

The data acquisition and processing system designed in this paper use TI’s MSP430 as the core element, which achieves the functions such as: 8-channel analog data collection, 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 contents are as follows:

First, analyses the research status quo of data collection system at home and abroad. Second, analyses the practical significance of the data collection system, on the basis of this, we give a data collection system design programme which based on MSP430.

We detail the system’s structural design and the hardware circuit design, including the power circuit, the 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 of how to design a software system based on C language to realize the whole function.

key words：MSP430 ultra-low-power MCU data acquisition serial communication

目录

第1章绪论 (1)

1.1数据采集系统概述 ................................ 错误！未定义书签。

1.1.1 嵌入式系统概述 .............................. 错误！未定义书签。

1.1.2嵌入式数据采集系统简介 ............................................... 错误！未定义书签。

1.2数据采集系统发展方向 ............................ 错误！未定义书签。

1.3本文研究的主要内容及组织结构 .................... 错误！未定义书签。第2章基于MSP430的数据采集系统的系统设计.. (6)

2.1基于MSP430的数据采集系统的系统构建 (6)

2.1.1 系统功能分析 (6)

2.1.2 系统的硬件原理框图 (7)

2.1.3 系统的工作过程 (8)

2.2系统主要功能器件的介绍及选择 (8)

2.2.1 单片机的选择 (8)

2.2.2 传感器简介 (11)

2.2.3 AD转换模块结构介绍 (11)

2.2.4 LCD显示模块的选择 (14)

2.2.5上位机处理系统软件的选择 (15)

第3章基于MSP430的数据采集系统的硬件设计 (17)

3.1电源电路的设计 (17)

3.2复位电路设计 (18)

3.3模拟量采集电路的设计 (18)

3.4图形点阵LCD显示电路 (19)

3.5按键处理电路 (20)

3.6串行通信电路设计 (21)

3.7报警系统及外围驱动模块电路设计 (23)

3.7.1 报警电路设计 (23)

3.7.1 电机驱动电路设计 (24)

3.8单片机电路设计 (24)

第4章基于MSP430的数据采集系统的软件设计............ 错误！未定义书签。

4.1系统时钟模块的初始化设置 ........................ 错误！未定义书签。

4.2模拟量采集模块软件设计 (28)

4.2.1 转换模块的初始化设置 (28)

4.2.2 转换数据的读取 (28)

4.2.3 转换数据的格式化 (30)

4.2.4 ADC12模块的启动 (31)

4.3输入模块的软件设计 (32)

4.3.1 输入模块的初始化设置 (32)

4.3.2 中断处理程序 (34)

4.4显示模块的软件设计 (42)

4.4.1 LCD初始化设计 (42)

4.4.2 LCD显示设计 (43)

4.5串行通信模块的软件设计 (45)

4.5.1 组态王与单片机的通信协议 (46)

4.5.2 单片机通讯程序设计 (49)

4.6报警系统及外围驱动电路模块的软件设计 (56)

4.6.1 报警系统的软件设计 (57)

4.6.2 外围驱动模块的软件设计 (58)

4.7主处理模块程序设计 (60)

结论 (63)

致谢 (64)

参考文献 (65)

附录1：电路原理图 (67)

附录2：程序 (75)

附录3：实习报告 (75)