单片机数据采集系统
基于C8051f060单片机的数据采集系统
应用设计 Application Design13型值为－70dB THD+Noise。
如果直接利用MAX291的内部时钟振荡器，只需外接一个电容，电容值和3dB截止频率满足：osc,kHz,pF均应为正体 （1）由式(1)可知，截止频率由引脚CLK的外接电容的大小控制。
选用MAX291实现抗混叠滤波器有巨大的优势。
图2是滤波电路的滤波效果对比图。
（a）滤波前信号（b）滤波后信号图2 滤波效果对比图从图中可以看出，信号纹波大大减小，达到了较好的滤波效果。
1.3 A/D转换的设计与实现0 引言随着测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器及仪表的准确度更高，可靠性更强，并具有一定的数据处理能力及自检、自校验、自补偿等功能。
传统测控方式已不能满足这些要求。
近几年来，由微计算机、传感器和通讯等技术结合而产生的功能强大的传感器数据采集系统可以准确、及时地获得并处理信息，提高了收集环境信息的有效性和速度。
智能化、数字化数据采集系统己成为当今科技界研究的热门课题[1]。
１ 总体方案设计该系统是以 C8051f060单片机为核心，对数据进行放大滤波采集，经过单片机内部A/D转换，最后将数据存入FLASH, 同时可以通过串口将数据传送到PC机上显示。
采集系统硬件框图如图1所示。
图1 系统硬件框图1.1 信号放大电路设计本系统所用Ad623是一款性能非常好的仪表放大器，它有以下特点：a.在单电源3~12V下提供满电源幅度输出，使设计更为简单；b.虽为单电源工作方式优化设计，但在±2.5~±6V双电源时，仍有优良性能；c.增益通过一只外接电阻可方便地调节。
无外接电阻时，被设置为单位增益(G=1)，接人电阻时，增益可高达1000；d.共模抑制比随增益的增加而增大，保持最小误差；e.低功耗，宽电源电压，适合电池供电电路，线性度、温度稳定性、可靠性好；f.具有较宽的共模输入范围，可以放大具有低于地电平150 mv的共模电压信号[2]。
基于STM32F103单片机的数据采集系统设计
基于STM32F103单片机的数据采集系统设计本文。
在现代科技快速发展的时代背景下，数据采集系统作为信息获取的重要手段之一，已经成为各行业必备的工具之一。
STM32F103单片机作为一款性能稳定、功能强大的微控制器，被广泛应用于各种数据采集系统中。
本文将以STM32F103单片机为基础，探讨其在数据采集系统中的设计原理、实现方法以及应用案例，旨在为同行业研究者提供参考和借鉴。
一、STM32F103单片机概述STM32F103单片机是意法半导体公司推出的一款32位MCU，采用ARM Cortex-M3内核，工作频率高达72MHz，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。
在各种嵌入式系统中，STM32F103单片机的应用十分广泛，特别适用于需要较高计算性能和功耗要求低的场景。
二、数据采集系统概述数据采集系统是一种用于采集、处理和传输数据的系统，通常由传感器、数据采集设备、数据处理单元和通信模块等组成。
在工业控制、环境监测、医疗诊断等领域，数据采集系统扮演着重要角色，能够实时监测各种参数并进行数据分析，为决策提供数据支持。
三、STM32F103单片机在数据采集系统中的应用1. 数据采集系统设计原理数据采集系统的设计原理包括数据采集、数据处理和数据传输等环节。
在STM32F103单片机中，可以通过外设接口如ADC、UART等模块实现数据的采集和传输，通过中断和定时器等功能实现数据的处理和分析，从而构建完整的数据采集系统。
2. 数据采集系统实现方法基于STM32F103单片机的数据采集系统的实现方法主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
在硬件设计方面，需要根据具体需求选择合适的传感器和外设接口，设计电路连接和布局；在软件编程方面，需要利用STM32CubeMX等工具进行初始化配置，编写相应的驱动程序和应用程序，实现数据的采集、处理和传输。
3. 数据采集系统应用案例以环境监测系统为例，我们可以利用STM32F103单片机搭建一个实时监测空气质量的数据采集系统。
51单片机数据采集系统
课程设计报告书设计任务书一、设计任务1一秒钟采集一次。
2把INO口采集的电压值放入30H单元中。
3做出原理图。
4画出流程图并写出所要运行的程序。
二、设计方案及工作原理方案： 1. 采用8051和ADC0809构成一个8通道数据采集系统。
2. 能够顺序采集各个通道的信号。
3. 采集信号的动态范围：0～5V。
4. 每个通道的采样速率：100 SPS。
5．在面包板上完成电路，将采样数据送入单片机20h～27h存储单元。
6．编写相应的单片机采集程序，到达规定的性能。
工作原理：通过一个A/D转换器循环采样模拟电压，每隔一定时间去采样一次，一次按顺序采样信号。
A/D转换器芯片AD0809将采样到的模拟信号转换为数字信号，转换完成后，CPU读取数据转换结果，并将结果送入外设即CRT/LED显示，显示电压路数和数据值。
目录第一章系统设计要求和解决方案第二章硬件系统第三章软件系统第四章实现的功能第五章缺点及可能的解决方法第六章心得体会附录一参考文献附录二硬件原理图附录三程序流程图第一章系统设计要求和解决方案根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分：●信号调理电路●8路模拟信号的产生与A/D转换器●发送端的数据采集与传输控制器●人机通道的接口电路●数据传输接口电路数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。
系统框图如图1-1所示1.1 信号采集分析被测电压为0～5V 直流电压，可通过电位器调节产生。
1.1.1 信号采集多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的结构形式。
数据采集方式选择程序控制数据采集。
程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。
，据不同的采集需要，在程序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编新的程序，以满足不同采样任务的要求。
如图1-3所示。
程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传输门开启的通道地址码由存储器中读出的指令确定。
单片机控制的数据采集系统
八 ◆ 路 ● Ａ Ｄ ／
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系列单 片机 ， ８３ 是前些年在我 国最流行的单 片机 ， 而 ０１ 所以很多 场合会看到 ８３ ０ １的名称 。
维普资讯
２０ 年（ ３ 卷） ３ ０６ 第 ５ 第 期
弦 是披 求
单 片 机 控 制 的 数 据 采 集 系 统
冯 旭
（ 贵州大学 电气工程学院， 州 贵阳 ５Ｏｏ ） 贵 ５０３
对信息资源的采集是人们获取资源的一种非常必要 和重要 擅耍 ： 随着科学技术的发展 与普及 ， 数字设备 正越 来越 多地 的方式 ， 本设计的重要作用是实现数据采集 ， 这个功能的实现是 取代模拟设备 ， 在生产过程控制和科 学研 究等 广泛领 域 中， 计算 利用了 ＡＤ转换 ， ／ 变成数字信号 ， 由单片机处理 ， 然后根据设定 机控制技 术正发挥着越 来越 主要的作用 ， 然而外部世界 的大部分 达到预定的 目的。整个 过程 主要是利用 信 息是 以连 续 变化 的 物 理 量 形 式 出现 的 ， 如 温 度 、 力 、 移 、 例 压 位 的算法控 制执行装置 ， Ｄ ００ 模数转换器将模拟信号变换成数字信 号 ， 通过 速度等。要将这些信息送入 计算机进行处理 ， 必须先将这 些连 Ａ Ｃ ８９ 就 Ｓ ５１ ８ ３ ） 在数码管上显示 ， 并且 续的物理量 离散化 ， 并进行量化编码 ， 从而 变成数字量 ， 这个过程 ＭＣ 一 （ ０ １单片机编程控制其 转换 ， 将转换后 的数字量通过 Ｄ Ｃ ８ ０ Ａ ０ ３ 转换成模拟量输 出， 实现 了数 就是数据采集。 关■啊 ： 数据采集 ＭＣＳ ５１ 单片机 软件设计 一 据采集 ， 软件和硬件的完美结合 。
单片机数据采集
单片机数据采集数据采集是指通过各种传感器或仪器，将现实世界中的数据转化为计算机可识别的电信号，并进行采集、处理和存储的过程。
单片机作为一种微型计算机，具有体积小、功耗低、成本低等特点，广泛应用于各种数据采集系统中。
本文将重点介绍单片机数据采集的原理、方法和应用。
一、单片机数据采集原理单片机数据采集的基本原理是通过外部传感器或仪器将物理量转化为电信号，并通过单片机的模数转换器（ADC）将模拟信号转化为数字信号，然后将数字信号输入到单片机的输入端口，最终由单片机进行处理和存储。
二、单片机数据采集方法1. 传感器选择在进行单片机数据采集之前，首先需要选择适合的传感器。
常见的传感器有温度传感器、压力传感器、光敏传感器等，选择传感器应根据具体的采集需求和测量对象来确定。
2. 信号调理电路设计由于传感器输出的信号通常是微弱的，需要通过信号调理电路对信号进行放大、滤波和线性化处理，以提高信号的可靠性和精确度。
3. ADC模数转换信号调理电路输出的模拟信号需要经过ADC模数转换才能被单片机识别。
ADC的精度和采样速率是决定数据采集质量的重要指标，应根据实际需求进行选择。
4. 数据传输与存储经过ADC转换后的数字信号可以通过串口、并口或无线模块等方式传输到计算机或存储设备中。
传输过程中要注意数据的完整性和稳定性，可采用校验码和差错检测等方法进行数据校验。
三、单片机数据采集应用单片机数据采集广泛应用于各个领域，如工业自动化、环境监测、医疗仪器等。
以下以环境监测为例，介绍单片机数据采集的应用过程。
1. 硬件设计根据实际需求，选择适合的传感器、信号调理电路和单片机模块，搭建数据采集系统。
通常的设计流程包括电路原理图设计、PCB绘制和电路板制作等步骤。
2. 软件开发使用C语言或汇编语言编写嵌入式程序，实现单片机对传感器信号的采集、处理和存储。
需要根据具体的传感器和硬件连接方式编写相应的驱动程序。
3. 数据采集与分析启动数据采集系统，通过传感器获取环境参数的数据，并使用单片机对数据进行采集、处理和存储。
浅谈基于单片机的数据采集系统
科 技论坛 【Ｉ
浅谈基于单片机 的数据 采集系统
彭 文广 张 秀 红
（ 、 药集 团有 限公 司 ， 龙 江 哈 尔滨 １０ ０ ２ 哈 药 集 团 中药 二 厂， 江 哈 尔滨 １０ １ ） １哈 黑 ５ ００ 、 黑龙 ５０ ０
摘 要： 随着科学技 术的发展， 数据采集技 术被普遍认 为是现代科学研 究和技 术发展的一个重要课题 ， 它在工业测控以及试验 室研究方面的应 用非常广泛。一方面， 数据采集 系统向着高精度、 高速度 、 稳定可靠和集成化的方向发展 ； 另一方面， 数据采集系统也向着实时系统方向发展 ， 特别是 逻 辑 和 时序 要 求 比较 高的 系统 。 文设 计 了一 款 基 于 串 口的数 据 采 集 系统 ， 本 包括 上 位机 软 件 与 下住 机 的 硬 件 电路 。 适 用 于 中小规 模 的 数据 采 集 任 其
务 与后 期 的 数据 处 理 。 关 键 词 ： 据 采 集 系统 ： 通 信 ： 片机 数 串行 单
２ ／ ． Ａ Ｄ转换 电路 ２ 数据采 集系统 中的通 讯方式 一般 采用 串 【的 Ｊ ． 表 １ 串 口线 的信 号 内容 方式， 它也是目前已经应用的最普遍的通信方式． ． 模 数转 换 ＡＤ ０ ０ ，一个 ８ Ｃ８４ 位 １ 数据采集系统中的发展趋势 全 ＭＯ Ｓ中速 ＡＤ 转 换器 、它是 逐次 ／ １ 国外发展趋 势 ． １ 逼近式 ＡＤ 转换 器 ， 以和单 片机直 ／ 可 串行接 口技术在国外已经得到 ｒＪ泛的应 接连接， ‘ 单通道输入。 需要注意的是， 用 ，在 工业 自动化 方面也是 应用最早 的通讯 方式 ， ＡＤ ０ ０ 工作时必须有工作时钟 ， Ｃ８４ １： 串行通信是一种把二进制数据按位传送的通信 方 作 时 钟 可 以直 接 在 Ｃ Ｋ Ｎ 与 Ｃ Ｋ ＬＩ ＬＲ 式 ， 以它所需 要的传 输线 条数 极少 ， 别适 用于 两 支引脚 外接 Ｒ 所 特 Ｃ电路 产生 频率 。 分级、 分层和分布式数据采集系统以及远程通信。 Ａ Ｃ ８４存 Ｃ ＫＩ Ｃ Ｋ Ｄ ００ Ｌ Ｎ和 Ｌ Ｒ两 支引 １ ２国内数 据采 集与 串行 通信 技 术 的发展 趋 脚外 接 Ｒ Ｃ电路产 生频 率时 ，其转 换 ． 势 肘问大约 为 １１ 。 以在本系统 中 ／． １ 所 ＲＣ 随着 串行 接 口的发 展 ，Ｓ （ ｎｖｒ ｌＡ ｒ ｌ 的 Ａ Ｃ ８４的外接 电阻为 １Ｋ、 Ｕ Ｂ Ｕ ｉ ｓ ｅｉ ｅａ ａ Ｄ ００ ０ 电容 Ｂｓ ｕ， 通用串行总线） 以其支持热插拔 、 即插即用、 接 为 １０ｆ 转换频 率就 大约是 ， 换 ５ｐ， 其 转 口体积小巧和低成本等优点受到越来越多的硬件 时 间 约 为 １５ ｓ 这 些 参 数 是 编 写 ． ｕ。 ６ 厂商的支持。随着 Ｕ Ｂ ．版本的发布， Ｓ Ｓ２ ０ Ｕ Ｂ将会 ＡＩ采样 程序 的重要依据 。 ／ ） 温 度显示 电路 越来越流行， 现今已经成为一种新的标准接ｕ。 ２硬 件 电晓 营 十 体 Ｄ １ Ｂ ０与 Ａ ８ Ｓ ２ Ｓ ２ ８ Ｔ ９ ５ 的连接 基 于串 口的数 据采集系 统在硬什 电路 上采用 因为足“ 一线总线”使用方法简单 ， 的一 片 Ａ ８ Ｓ ２ Ｔ ９ ５ 主控 芯片 ，它主要 负责处理 ＡＤ 单 片机的一 个脚来读取 数据和写人 指令 ／ 转换器送来的信号、 实时数据显示和把这些数据通 的是 连接 地线 和电源线就 可以使用 ， ２ 示。 如图 所 ＜＝＝ ＤＳ ８ ２ １Ｂ ０ 过串口送给上位机进行进一步的处理， 并且负责执 ２ Ｓ ２ ２ 口原 理 ，Ｒ 一３ 接 ４ 行上位机的通过串口 传送来的指令， 它是整个系统 串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标 的控制核心， 如图 １ 所示。其中芯片ＡＤ ０ ０ Ｃ ８４主 准接 口 ， 同的 设备可 以方便地 连接起来 进行通 使不 ＶＣＣ ＧＮＤ 要负责把传惑踹 羞 来的溪拟信号 转换成 信号， 讨 。Ｒ 一 ３一 ｔ Ｓ ２ ２ Ｃ接 口（ 又称 ＥＡ Ｒ 一 ３ 一： 目前 Ｉ Ｓ ２ ２ （是 ｌ 图 ２ Ｄ １ Ｂ ０与 ＡＴ ９ ５ Ｓ８２ ８ Ｓ ２的连 接 并送到主窿芯片 Ａ ８ Ｓ ２ Ｔ ９ ５ 中进行处理。进而把数 最常用 的一种 串行通汛 接 。在 Ｒ 一 ３ 一 中任 Ｓ２２Ｃ 据显示在 Ｌ Ｍ显示屏上 ，数据是由 Ａ ８ Ｓ ２的 何 一 言 Ｃ Ｔ９５ 条ｆ号线的电压均为负逻辑关系 即： ， 逻辑“” 这 个继 电器可 以控制某个 电动机 ，让其停 止工 作 ； ｌ Ｐ ２口通过并行的方式传送到 Ｌ Ｍ的。Ｌ Ｍ是作 为 一 到 一 ５ ； 逻 辑 ‘ 为 ＋ 到 ＋ ５ 或是 去控 制某 个加热 设备 ，进而 形成 —个恒 温 系 Ｃ Ｃ ３ １Ｖ ’ ３ ｌＶ。 这 为—个单独的显示硬件， 它之所以能够将外来的数 Ｒ 一 ３ 一 Ｓ ２ ２ Ｃ最常用的 ９条引线的信号内容如下表 统 ， 就矍取 决于使用 者的实际月 途了。 ３结论 据转换成文字显示出来， 是通过写存单片机中的硬 １ 示 、 所 本文提出了一种以单片机为核心的集散型数 件驱动程序和控制程序来实现的。 温度检测模块采 ２ ５液晶 示部分 电路 用了数字式温度传感器 Ｄ ＩＢ ０ Ｓ ８ ２ ，它行只需要一 奉 ｌ系统 的娃示部分 采Ｈ 了一 块液 晶显示模块 据采集系统。下位机以单片机为核Ｊ啦 制芯片， ｊ ０ 完 在总体设 条线 与 单片机 进行通讯 ，节约 了单 片机的 １ １ 米实现， ／ Ｉ。 Ｏ－ 考虑到数码管耗电量大、 显示的字符单一 成了从数据采集到数据显示和通信任务。 而且外部无需再连接任何器件， 就连电源也可以从 而被否定 ｒ。 ： 根据数据采集系统的基本原理进行了模块化 本液晶的型号为ＯＣ Ｊ２ ３ Ｃ ３其 计 ｊ， Ｍ １２ ２ 一 ， 数据信号线上取得 ，转换的精度为０ ： ５ ，量程为 内部 自带 汉字 库 ， 略 了汉字 取模 的过程 ， 与 的设 计思想 ，使 整体 的制作 以及调试 过程 进行 顺 省 实现 利 ５ ％至 ＋ ２ ％ ， 在硬件方 面开销最 小 的温 度 单片机 连接 简 单化 。 ５ １５ 它是 参考文献 采集模块。 ２ 报警 电路硬 件 ． ６ ２ 最 小系统 设计 ｌ 报警 部分的主 要硬件就 是 蜂呜器 ，还有 ｆ阿 ￣． Ｃ ５ ｌ ＭＳ － １系列单片机应用系统设计 北 单片机正 常工作 ， 完成最 小系统 的搭建 ， 两个高亮 的蓝色 发光二极管 。 要注意 的就 是蜂鸣 京 ： 需要 北京舨＿ 空大学 出版社 ，９ ３１－３ 天航 １３ ：２ １． 需 包括了： 芯片供电电源、复位电路和和振荡电路 器的电流需求比较大， 虽然采片 已经是 ５ ｊ Ｖ的小蜂 ［Ｉｔ ｆｃ ｇｔｅｓｒ ｌ Ｓ ３ ｏ［ＢＯ ｌ ｔｄ ２ ｎｅ ａｉ ｈ ｅ ａＲ ２ ２Ｐ ｎＥ ／Ｅ，ｈｔ ／ ］ ｒ ｎ ｉ／ ｌ ｂ ｏ ｇ ｌｇ ｏｇ ｒｉ ｓ ｉ ． ｍ， ０ ６ ＆ ｃ ｓ ｌｅ ａ ｈ Ａｍｅ 公司Ａ ８ Ｓ２单片机 ， ｔ ｌ Ｔ ９５ 一种低功耗、 高性能 鸣器了， 但是单片机的驱动能力还是不能直接的就 ￣ ｗ．ｅｙ ｎ ｄｏ ｉ．ｒ／ｅ ａ／ ｒ １ ｔ ２ ０ ， Ｃ ＯＳ８位微 控制器 ， Ｍ 具有 ８ 的在系统 可编 程闪 ｆ 响起来 。这只需接 个达林顿管 就 可以 ， 鼹个 Ｋ 张友德． 单片微型计算杌原理、 应用与实 验嗍 上 它 朋 海 ： 海复旦 大学 出版社 ，９ ２８ １． 上 １９ ：－２ 存存储器。实现最小系统在 ＭＣ Ｕ上的引脚连接 极 管 可以代 替 为 ：ｃ ４ 脚 臌 ＋ Ｖ电源 。 ｓ ２ 脚 讨 地。 Ｅ Ｖ ｃ（ ｏ ５ Ｖ ｓ（ ０ 妾 Ａ ２ 继 电保护部 分 ． ７ 『王志宏． ４ ｌ 单片机与 Ｐ Ｃ机的 串口通讯 北京： 现 ２０ ：５２ ／ ｐ ３ 脚） ＋ Ｖ电源 ， Ｖ ｐ（１ ： ５ 接 这样才町以使用片内的 设计电路是一个用 ５ Ｖ米控制 ２０ ２ Ｖ的继电 代电子技 术 出版社 ．０ ０２－ ７ ５ Ｉ ＿ ｓ ｌ ａｉ Ｖ ｕ ｃ 北 京： Ｒ Ｍ。 Ｔ Ｌ （ 脚 ） Ｔ Ｌ （ 脚 讨 晶振 再配合 器 ， Ｏ ．Ｘ Ａ Ｉ ９ 、Ｘ Ａ ２１ １ ８ 妾 控制芯片还 是 Ａ ’ Ｓ ２ １ ９ ５ 。一个数据采 集系统 需 Ｉ范￣ ． ｉ ａ Ｂ ｓ 与分布式监 控 系统Ｆ ８ 接两个小电容 ， 电容经典值是 ３ Ｐ ， ０ Ｆ品振的值最大 要直接对数据进行判断进而做出最 ｝的反映， ２ ０． 失 首先 清华大学出版社，０ ２ 可以选择 ３ ＭＨ ， 中要 川到 串 口通 讯 ， 了产 可能要 抛、该是断电保护， ３ Ｚ 系统 为 保障整个系统不至于 生标准的波特率选用 １． ９ ＭＨ ０ ２ Ｚ的晶振较为合 由于过大的冲击而损坏。 １５ 这里需要注意的和蜂呜器 理 。Ｒ ＴＶ Ｄ９脚 ）单片机 复位脚 ， 人离 电平单 样 ， 要两个 极 管来做 电流的放 大。 ！ 序 中 Ｓ ／Ｐ （ ： 输 需 程 片机 复位 ， 应电路起 到了开关作 川。 相 把 与报警 音 同时触发 ，这也 符 合 一般盼 隋况。 ｝ Βιβλιοθήκη ｆ ｊ 一
基于单片机的多路数据采集系统设计(3章)
基于单片机的多路数据采集系统设计摘要数据采集是指从带有模拟、数字被测单元的传感器或者其他设备中对非电量或电量信号进行自动采集，再送到上位机中进行分析和处理。
近年来，众人时刻关注着数据采集及其应用的发展和市场形势。
广大人们的关注使得数据采集系统的发展有了质的飞跃，它被广泛用于各种数字市场。
本文介绍了数据采集的相关概念和基本原理，设计了基于STM32F407的多路数据采集系统的硬件和软件的实现方法及实现过程，并经过调试完成其主要功能和主要技术指标。
硬件部分包括：主控电路、信号采集处理电路、TFT液晶显示电路、SD 卡存储电路、串口通讯电路。
实现过程是以STM32F407为控制核心，通过模数转换器，实时对输入信号进行采样，得到一串数据流，通过控制器的处理实现数据的采集和显示。
软件部分包括：信号采集分析算法、嵌入式操作系统移植、UC-GUI人机交互界面设计、文件管理系统移植。
主要实现了对采集数据的存储和分析，频率和幅值的计算，液晶屏的控制和界面显示。
程序是在keil uVision的集成开发环境中用C语言写成的，编程具有模块化的特点，因此可读性比较高，维护成本较低。
最后，用Altium designer（DXP）设计了数据采集系统的原理图，并制作了PCB电路板。
在实验室里制作了数据采集系统并进行了系统调试，经过调试，达到了所应该实现的功能和技术指标。
关键词：多路数据采集，STM32F407，液晶显示MULTI-CHANNEL DATA ACQUISITION SYSTEMBASED ON SINGLE CHIP DESIGNABSTRACTData acquisition is the automatic acquisition of non electric or electric quantity signals from sensors and other devices, such as analog and digital.In recent years, data acquisition and its application has gradually become the focus of attention. Therefore, the data acquisition system has been rapid development, it is widely used in various fields.The software part includes: signal acquisition and the embedded operating system transplant, UC-GUI man-machine interface design. Mainly realizes the storage and analysis of the collected data, calculate the frequency and am plitude of the LCD screen display and control interface. The program is written by C language in the integrated development environment KEIL uVision and modular programming makes the program readable and easy maintenance features Finally, using designer Altium to design and manufacture the digital oscilloscope circuit board PCB. In the laboratory, the digital oscilloscope has been made and the system has been debugged. After debugging, it has achieved the function and technical index that should be realized.KEY WORDS： Multi-channel data acquisition，STM32F407，liquid-crystal display目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1绪论 (1)1.1研究背景及其目的意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3研究的主要内容 (2)2系统总体方案设计 (4)2.1系统总体设计方案 (4)2.2系统总体框图 (4)2.3硬件系统方案设计 (4)2.3.1单片机的选择 (5)2.3.2信号衰减和放大电路 (5)2.3.3A/D模数转换器的选择 (6)2.3.4显示部分 (6)2.4软件系统方案设计 (6)2.5本章小结 (7)3硬件电路设计 (8)3.1电源部分 (8)3.2信号调理部分 (10)3.3信号采样 (12)3.4系统控制部分 (12)3.5本章小结 (14)1绪论1.1研究背景及其目的意义最近几年，众人时刻关注着数据采集及其应用的发展和市场形势。
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计概述：多路数据采集系统是一种用于采集和处理多种传感器信号的系统。
基于STM32单片机的多路数据采集系统具有低功耗、高精度、稳定可靠的特点，广泛应用于工业控制、环境监测和医疗设备等领域。
本文将介绍基于STM32单片机的多路数据采集系统的设计方案及实现方法。
设计方案：1.系统硬件设计：系统硬件由STM32单片机、多路模拟输入通道、数模转换器（ADC）和相关模拟电路组成。
其中，多路模拟输入通道可以通过模拟开关电路实现多通道选通；ADC负责将模拟信号转换为数字信号；STM32单片机负责控制和处理这些数字信号。
2.系统软件设计：系统软件可以采用裸机编程或者使用基于STM32的开发平台来进行开发。
其中，主要包括数据采集控制、数据转换、数据处理和数据存储等功能。
具体实现方法如下：-数据采集控制：配置STM32单片机的ADC模块，设置采集通道和相关参数，启动数据采集。
-数据转换：ADC将模拟信号转换为相应的数字量，并通过DMA等方式将数据传输到内存中。
-数据处理：根据实际需求对采集到的数据进行预处理，包括滤波、放大、校准等操作。
-数据存储：将处理后的数据存储到外部存储器（如SD卡）或者通过通信接口（如UART、USB）发送到上位机进行进一步处理和分析。
实现方法：1.硬件实现：按照设计方案，选择适应的STM32单片机、模拟开关电路和ADC芯片，完成硬件电路的设计和布局。
在设计时要注意信号的良好地线与电源隔离。
2.软件实现：（1）搭建开发环境：选择适合的开发板和开发软件（如Keil MDK），配置开发环境。
（2）编写初始化程序：初始化STM32单片机的GPIO口、ADC和DMA等模块，配置系统时钟和相关中断。
（3）编写数据采集程序：设置采集参数，例如采样频率、触发方式等。
通过ADC的DMA功能，实现数据的连续采集。
（4）编写数据处理程序：根据实际需求，对采集到的数据进行预处理，例如滤波、放大、校准等操作。
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课程设计报告书课程名称：单片机原理及应用课题名称：单片机数据采集系统专业：班级：学号：姓名：成绩：2010 年 6 月13 日设计任务书一、设计任务1一秒钟采集一次。
2把INO口采集的电压值放入30H单元中。
3做出原理图。
4画出流程图并写出所要运行的程序。
二、设计方案及工作原理方案： 1. 采用8051和ADC0809构成一个8通道数据采集系统。
2. 能够顺序采集各个通道的信号。
3. 采集信号的动态范围：0～5V。
4. 每个通道的采样速率：100 SPS。
5．在面包板上完成电路，将采样数据送入单片机20h～27h 存储单元。
6．编写相应的单片机采集程序，到达规定的性能。
工作原理：通过一个A/D转换器循环采样模拟电压，每隔一定时间去采样一次，一次按顺序采样信号。
A/D转换器芯片AD0809将采样到的模拟信号转换为数字信号，转换完成后，CPU读取数据转换结果，并将结果送入外设即CRT/LED显示，显示电压路数和数据值。
目录第一章系统设计要求和解决方案第二章硬件系统第三章软件系统第四章实现的功能第五章缺点及可能的解决方法第六章心得体会附录一硬件原理图附录二程序流程图第一章 系统设计要求和解决方案根据系统基本要求，将本系统划分为如下几个部分： ● 信号调理电路● 8路模拟信号的产生与A/D 转换器 ● 发送端的数据采集与传输控制器 ● 人机通道的接口电路 ● 数据传输接口电路数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D ，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC 或其它设备）组成。
系统框图如图1-1所示1.1 信号采集分析被测电压为0～5V 直流电压，可通过电位器调节产生。
1.1.1 信号采集多路数据采集系统多采用共享数据采集通道的结构形式。
数据采集方式选择程序控制数据采集。
程序控制数据采集，由硬件和软件两部分组成。
，据不同的采集需要，在程序存储器中，存放若干种信号采集程序，选择相应的采集程序进行采集工作，还可通过编新的程序，以满足不同采样任务的要求。
如图1-3所示。
程序控制数据采集的采样通道地址可随意选择，控制多路传输门开启的通道地址码由存储器中读出的指令确定。
即改变存储器中的指令内容便可改变通道地址。
由于顺序控制数据采集方式缺乏通用性和灵活性，所以本设计中选用程序控制数据采集方式。
采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回检测的方式，即一种数据采图1-3 程序控制数据采集原理集的方式。
利用多路开关（MUX）让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。
当采集高速信号时，A/D转换器前端还需加采样/保持(S/H)电路。
待测量一般不能直接被转换成数字量，通常要进行放大、特性补偿、滤波等环节的预处理。
被测信号往往因为幅值较小，而且可能还含有多余的高频分量等原因，不能直接送给A/D转换器，需对其进行必要的处理，即信号调理。
如对信号进行放大、衰减、滤波等。
通常希望输入到A/D转换器的信号能接近A/D转换器的满量程以保证转换精度，因此在直流电流电源输出端与A/D转换器之间应接入放大器以满足要求。
本题要求中的被测量为0～5V直流信号，由于输出电压比较大，满足A/D 转换输入的要求，故可省去放大器，而将电源输出直接连接至A/D转换器输入端。
多路数据采集输入通道的结构图1-4所示。
ADC0809是TI公司生产的8位逐次逼近式模数转换器，包括一个8位的逼近型的ADC部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。
用它可直接将8个单端模拟信号输入，分时进行A/D转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛,所以本设计中选用该芯片作为A/D转换电路的核心。
1.2.1 单片机系统分析1.复位电路单片机在开机时都需要复位，以便中央处理器CPU以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。
51的RST引脚是复位信号的输入端。
复位电平是高电平有效，持续时间要有24个时钟周期以上。
本系统中单片机时钟频率为6MHz则复位脉冲至少应为4us。
在MCS-51单片机系列芯片中，用8051或8751芯片可以构成最小系统。
因为8051和8751是片内有ROM/EPROM的单片机，用这种芯片构成的单片及最小系统简单、可靠。
8051构成的最小系统特点：●受集成度所限，只能用于小型控制单元。
●有可供用户使用的大量的I/O口线。
●仅有芯片内部的存储器，故存储器的容量有限。
● 8051的应用软件要依靠半导体掩膜技术植入，适于在大批量生产的应用系统中使用。
第二章 硬件系统2.1 信号调理电路信号调理的任务 将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。
对于多通道数据采集系统的输入通道，设置多路选择开关，可降低硬件开销。
如图2-1所示。
为避免小信号通过模拟开关造成较大的附加误差，在传感器输出信号过小时，每个通道应设前置放大环节（本文可不加以考虑）。
2.2 数据采集电路把连续变化量变成离散量的过程称为量化，也可理解为信号的采样。
把以一定时间间隔T 逐点采集连续的模拟信号，并保持一个时间t ，使被采集的信号变成时间上离散、幅值等于采样时刻该信号瞬时值的一组方波序列信号，即采样信号。
2 ADC0809内部功能与引脚介绍分辨率和精度在第一章中已作了相应的计算和分析。
ADC0809八位逐次逼近式A ／D 转换器是一种单片CMOS 器件，包括8位模拟转换器、8通道转换开关和与微处理器兼容的控制逻辑。
8路转换开关能直接连通8个单端模拟信号中的任何一个。
其内部结构如图2-2所示。
1.ADC0809主要性能◆ 逐次比较型◆ CMOS 工艺制造 ◆ 单电源供电◆ 无需零点和满刻度调整◆ 具有三态锁存输出缓冲器，输出与TTL 兼容 ◆ 易与各种微控制器接口◆ 具有锁存控制的8路模拟开关 ◆ 分辨率：8位 ◆ 功耗：15mW◆最大不可调误差小于±1LSB （最低有效位）◆ 转换时间（500CLK f KHz =）128us ◆ 转换精度：0.4%±◆ ADC0809没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为10～1280kHz 。
典型时钟频率为640kHz2.引脚排列及各引脚的功能，引脚排列如图2-3所示。
各引脚的功能如下：IN0～IN7：8个通道的模拟量输入端。
可输入0～5V 待转换的模拟电压。
D0～D7：8位转换结果输出端。
三态输出，D7是最高位，D0是最低位。
A 、B 、C ：通道选择端。
当CBA=000时，IN0输入；当CBA=111时，IN7输入。
ALE ：地址锁存信号输入端。
该信号在上升沿处把A 、B 、C 的状态锁存到内部的多路开关的地址锁存器中，从而选通8路模拟信号中的某一路。
START ：启动转换信号输入端。
从START 端输入一个正脉冲，其下降沿启动ADC0809开始转换。
脉冲宽度应不小于100～200ns 。
EOC ：转换结束信号输出端。
启动A/D 转换时它自动变为低电平。
OE ：输出允许端。
CLK ：时钟输入端。
ADC0809的典型时钟频率为640kHz ，转换时间约为100μs 。
REF(-)、REF(+)：参考电压输入端。
ADC0809的参考电压为＋5V 。
VCC 、GND ：供电电源端。
ADC0809使用＋5V 单一电源供电。
当ALE 为高电平时，通道地址输入到地址锁存器中，下降沿将地址锁存，并译码。
在START 上升沿时，所有的内部寄存器清零，在下降沿时，开始进行A/D 转换，此期间START 应保持低电平。
在START 下降沿后10us 左右，转换结束信号变为低电平，EOC 为低电平时，表示正在转换，为高电平时，表示转换结束。
OE 为低电平时，D0～D7为高阻状态，OE 为高电平时，允许转换结果输出。
2.2.3 ADC0809与MCS-51系列单片机的接口方法ADC0809与8051单片机的硬件接口有3种形式，分别是查询方式、中断方式和延时等待方式，本题中选用中断接口方式。
由于ADC0809无片内时钟，时钟信号可由单片机的ALE 信号经D 触发器二分频后获得。
ALE 引脚得脉冲频率是8051时钟频率的1/6。
该题目中单片机时钟频率采用6MHz,则ALE 输出的频率是1MHz ，二分频后为500Hz,符合ADC0809对频率的要求。
ADC0809时序图由于ADC0809内部设有地址锁存器，所以通道地址由P0口的低3位直接与ADC0809的A 、2-1所示。
表2-1 0809输入通道地址控制信号：将P2.7作为片选信号，在启动A/D 转换时，由单片机的写信号和P2.7控制ADC 的地址锁存和启动转换。
由于ALE 和START 连在一起，因此ADC0809在锁存通道地址的同时也启动转换。
在读取转换结果时，用单片机的读信号RD 和P2.7引脚经或非门后，产生正脉冲作为OE 信号，用一打开三态输出锁存器。
START 信号和OE 信号的逻辑表达式为当8051通过对0000H （基本地址）中的某个口地址进行一次写操作，即可启动相应通道的A ／,ADC0809的EOC 端向8051发出中断申请信号；8051通过对0000H ～0007H 中的某个口地址进行一次读操作，即可得到转换结果。
第3章软件系统ORG 0000hMOV r1,#20h ；取数20h送 r1中MOV r2,#8h ; channel number! ；取数8h送r2中MOV TL0,#0h ；启动 TL0MOV TH0,#0b8h ；设置定时初值THO;MOV tmod,#1h ；选择工作方式1clr et0 ；清零setb tr0 ；启动T0工作MOV scon,#40h ；设置串口工作方式1MOV dptr,#78ffh ；取源数据地址送dptrloop: MOV a,r2 ；将r2中的数据送累加器a中SUBB a,r1 ；将r1中的数据与a中数据进位减法运算jnz loop2 ；结果不为零则转loop2MOV r1,#0h ；对r1清零MOV dptr,#78ffh ；取源数据地址送dptrMOV r1,#0h ；对r1清零MOV dptr,#78ffh ；取源数据地址送dptrloop1: jnb tf0,loop1 ；定时器无溢出则转入loop1 clr tf0 ；对tf0清零MOV TL0,#0h ；对tlo清零MOV TH0,#0b8h ；设置定时初值TH0loop2: MOVx @dptr,a ;start A/D ；启动模数转换器loop3: jb p1.0,loop3 ；p1.0为1则转loop3loop4: jnb p1.0,loop4 ;check flag ；p1.0为0则转loop4MOVx a,@dptr ；读取结果MOV @r1,a ；保存结果inc dph ; ；选取下一个inc r1 ；计数器减1ljmp loop ；返回到loopend整个系统软件设计分为两个部分，作为主控的PC端的软件设计及作为数据采集器的单片机终端节点的软件设计。