远程数据采集系统设计
远程I-O数据采集控制系统设计
遥程I-O数据采集控制系统设计随着现代科技的快速进步，越来越多的工厂和企业开始接受遥程I/O数据采集控制系统来管理和监测生产过程。
本文针对传统数据采集系统存在的一些问题和缺陷，提出了一种新的基于无线网络和STM32 MCU的遥程I/O数据采集控制系统设计方案。
起首，本文详尽介绍了系统的整体架构，并对其中的各个模块进行了详尽的设计和实现。
接着，通过对系统进行模拟和试验验证，证明了系统的可行性和好用性。
最后，本文对设计方案进行总结和评判，并提出了进一步的完善和优化方向。
关键词：遥程I/O、数据采集、控制系统、无线网络、STM32 MCU一、引言近年来，随着工业生产的不息进步和智能化的加强，越来越多的企业开始接受遥程I/O数据采集控制系统来监测和管理其生产过程。
相较于传统的数据采集系统，遥程I/O数据采集控制系统最大的优势在于其能够在遥程位置对生产过程进行实时监控和控制，从而保证了生产过程的准确性和高效性。
然而，传统的遥程I/O数据采集控制系统在实际应用中依旧存在许多问题和缺陷：1）传输方式单一，无法满足多样化的数据传输需求；2）数据传输不稳定，容易出现断电和丢包等问题；3）系统复杂度高，硬件部分实现难度大。
为了解决传统遥程I/O数据采集控制系统存在的问题，本文探究了一种基于无线网络和STM32 MCU的新型遥程I/O数据采集控制系统设计方案。
本文按照以下内容对系统进行详尽讲解。
二、系统设计2.1系统整体架构设计本文所设计的遥程I/O数据采集控制系统主要由三大模块构成：数据采集模块、数据传输模块和数据控制模块。
其中，数据采集模块主要负责对生产现场数据的采集和储存；数据传输模块主要负责将采集到的数据传输到控制中心；数据控制模块能够实现对生产现场的实时监测和控制。
2.2数据采集模块设计在数据采集模块中，本文主要使用了STM32 MCU作为控制核心，并借助了其自带的I/O口进行数据采集和存储。
详尽来说，数据采集模块分为两部分：采集端和存储端。
煤矿用远程数据采集与传输系统的设计与实现
１ 引 言
随 着 我 国 工业 的 飞速 发 展 以及 与世 界 先 进 工
单片机 ， 经处 理 后输 出与称 重 信号 成 正 比的脉 冲 信 号 。 中 Ａ Ｄ转 换器 采用 Ａ Ｉ 司 的 Ａ ７ ０ ， 其 ／ Ｄ公 Ｄ ７ ５ 它具
有 一 转 换技 术 。 有 ２ ３个 模 拟 通道 ， 置数 字 △ 具 ～ 内 滤 波器 ； 干扰 性强 、 辨率 高 、 定 性好 ， 抗 分 稳 是理 想 的 重量 信 号检 测 Ａ Ｄ转换 器日 图 ｌ为采集 系统硬 件 ／ 。
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一
３一 ０
《 国外 电 子元 器件）０７年 第 ９期 ２０ ２０ ０７年 ９月
●应 用 与 设 计
煤矿 用远程 数据 采集 与 传输 系统 的设计 与实 现
雷张伟 ，李 丽宏 ，李牡 丹
（ 太原 理 工 大学 信 息 工程 学 院 ， 山西 太原 ０ ０ ２ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 绍 了煤矿 用远 程数据 采 集与传 输 系统的 工作 原理 和 软硬件 实现 方法， 出 了改善 数据 远 程 介 提
传 输方 式的措 施 。 场试 验数 据表 明， 现 该远 程数据 采 集 与传输 系统性 能稳 定 ， 抗干扰 能 力 强 。 具有 一
定 的 实用价值
关 键
煤 矿 用 电子 皮 带秤 系统 有 重 量 和 速度 两 大 输
系统 软件 分 为 系统 初始 化 （ 门 狗 、 时 器 、 看 定 中 断 ）Ａ ７０ 、 Ｄ ７ ５初始 化和 主程序 。 中 Ａ ７ ０ 其 Ｄ ７ ５初始 化
要 对 ８个 寄存 器 进行 初 始化 设 置 ，实现 校 准模 式 ， 增 益 、 波 、 出更 新率 、 入极 性 及 缓 冲模 式 等 的 滤 输 输 设 置｝ ３ ＿ 系统 软件 流程 图如 图 ２所 示 ， 。其 以下给 出 了
无线远程数据采集系统设计
Ｖｏ ． Ｏ Ｎｏ ６ １２ ．
Ｄｅ ２０１ ｅ． ０
无 线远 程 数 据 采 集 系 统设 计
季福 坤 王ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 斌
（ 华航 天 工 业 学 院 ，河 北 廊 坊 ０ ５ ０ ） 北 ６ ０ ０
摘
要 ：本 文设 ｉ 并 实 现 了基 于 三层 网 络 结 构 的远 程 无 线 数 据 采 集 系 统 。该 系 统 集 数 据 采 集 技 术 、嵌 人 式 系 统 、 ｔ －
实 际现 场数 据 的采集 、 理 ， 处 并把 数据 通 过无 线传 输 给 中问 单元 。
基 金 项 目 ： 北 省教 育 厅基 金 项 目 （０ ８ ０ ） 河 ２ ０ ４ ２
收 稿 日期 ： ００—０ ２１ ９—１ ３
由于传 感器 采集 的数 据是 通 过无 线数 据 的形式
进行 发送 和 接 收 ， 因此 选 用 了 高 速 、 功 耗 的 Ｓ Ｃ 低 Ｔ
可通 过程 式进 行 设置 ； Ｃ终 端 中安装 了采用 高级 语 Ｐ 言编 写 的软件 ， 用 数据库 技 术及 网页浏览 技术 ， 应 实 现 了友好 的人 机 交 互 界 面 ， 有 数 据 刷 新 、 示 、 具 显 存
储和 打 印功 能 。嵌 入 式 系 统包 括 控 制 器 、 摸 显 示 触
系统 的工作 过程 定 时采用 轮询点 名数据 传输 方 式 配合实 时点 名方式 保证 了数 据 的实 时性 和整体 延
续性 。
系统 主要涉及 以下 几种交 换协议 ：
（ ） 准 网络 协议 ， 要 是 远 程 计 算 机 查 询 数 １标 主
据 。（ 用 Ｉｔｒｅ） 使 ｎｅｎ ｔ （ ） 线 网关 与基 于 Ａ ２无 ＲＭ 的无 线 网络 节 点 的
远程智能数据采集与处理系统设计
时， 首先向每台数据采集装置输 出同步 信号和读 取的地址码信号 。当数据采集装置接收到同步信 号和地址 信号之后 ， 台数据采集装置都将 自身 每
的地址编码和接收的地址码进行 比较 ， 若不相同， 它还是处于接收状态。只有地址码完全 相同时， 该数据采集装置才转换传送方 向， 将采集的数据 信息和状态信息依次串行输 出。这样 ， 数据处理
给工作站， 工作站将处理 的信息进行管理 ， 产生各 种输出报表 ， 为有关部 门和人员提供生产信息和 工作状态信息； ④将工作站与计算机网络相连接 ， 形成生产管理一体化。
收 稿 日期 ：０ １１ —８ ２ ０ －１１
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第 ２期
苏光奎 等： 远程智能数据采集 与处理系统设计
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第２ ７卷 第 ２ 期
２ ０ 年 ４月 ０２
Ｇｅｍａ武 汉ｄ大 ［ｍ ｍｔ 报 ｃｅ ｃ ｆ 科ｈ ｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｔ ￣ａ ｎｏ 学ｏ ・信 息Ｗ ｕ 学 ｉｅｓｔ ［ ｎ Ｉ 学 ｃ ｌｎＳ ｉ ｅｏ ｎ ａ 版 ｙ
． ７ Ｎｏ ２ ２ ． Ａｐ ０ ２ ｒ２ ０
ｌ 所示 。
— — — —＝ 二 工二 ＝ — — 阿 线
散的多点数据采集 ， 通常采用集 中控制 、 分散控 制、 现场总线控制 和远程智 能控制等系统。集中 控制 系统采 取集 中控 制 、 中管理 、 源共享 的基 集 资 本原则 ， 其设计结构简单 ， 易于控制管理 。但它的 应用受到一定 的局限性， 特别 是对于多点远距离 的控制管理就难以实现了。分散控制系统是在集 中控制系统的基础上发展起来 的， 它是集计算机 、
采用计算机技术实现近距离现场单点的数据 采集与处理较为容易 ， 但在实际应用 中， 有些现场 的数据并不是单一 的， 不仅采集的数据点数较多，
单片机控制远程数据采集系统设计
Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅｍｏ ｅ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆ ａ ｒ ｔ ａ ａ
ｃ ｌｃ ｉ ｙ ｔ ｍ ｙ ｓｎ － ｈｐ ｏｌ ｔ ｅ ｏｎ ｓ ｓ ｅ ｂ ｉｇｌ ｃ ｉ ｅ
ｍ Ｉ ＯＣ Ｃｒ Ｏｍ Ｐｕ ｅｒ ｃｏｎ ｒ ｔ ｔＯＩ
Ｓ ＵＮ ｎｇ Ｙｉ
单片机控制远程数据采集系统设计
孙 莹
（ 沈阳建筑大学 信息与控制工程学院，辽宁 沈阳 １０ ６） １ １８
摘要 ：本文提出并设计了基于 Ｇ Ｓ 网络通信的远程数据 采墒系统，主要 ＰＲ 论述 了采用 Ａ ８ Ｃ５ Ｔ ９ ２单片机控制 ＧＰ Ｓ模块 （ ２ ） Ｒ Ｇ ０ 利用短消息传输来实 现远程数据采集系统的方案。 阐述 了系统 的工 作原理 ，硬件软件设计及相关
ｏ ．Ａｌｏ ｅ ｃ ｉ ｓ ｔ ｅ ｗｅ ｋ ｄ ｃｐｌ ｏ ｔ ｅ ｙ ｔ ｎ ｓ ｄ ｓ ｒ ｂｅ ｈ ｒ ｐ ｎ ｉ ｅ ｆ ｈ ｓ ｓｅｍ，ｔ ｅ ａ ｄ ｒ ｈ ｈ ｒ ｗａ ｅ
３ 单片机数据采集系统的组成及原理 【 ２ １
根据 系统的技术要求及经 济方面 的考虑 ，我 们选 用 Ａ ８Ｃ ２ Ｔ ９ ５ 单片机为控 制器 ，组成 远程数据采 集系统 系Ｓ模 块 、 ２６Ｒ ７４ ＯＭ ， ０ ０ Ａ Ｄ 转换 器、光 电隔离 器 、显示 电路 ．传 感器 ．放 大电路 、 ８９ ／ ３ ３锁存器 、 １ ８译码器 、电平转 换 电路 、与非门 、或非 门、反相 ７ ３ 器、 Ｄ 触发器等组成。硬件 系统 组成粗略框架 如图 ２所示。
ｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｈｅ ｌ ｓ ｈ ｉｃ ｓ ｅ ｃ ｉｆ ａ ｃ ｅｍｅｗｈｃ ｕ ｅ ｙ ． ｉ ｈ ｓ ｓ ＡＴ８ Ｃ５ ｍｉ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｔ ９ ２ ｃ ｏ ｏ ｔｏｌ ｏ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌＧ２ ｎｄ ｍａ ｅ ｕ ｅ ｏ ＭＳ ｔ ｏ ｌｔ ｒ ｏ ｔｏ ０ ａ ｋ ｓ ｆ Ｓ ｏ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｅｍｏ ｅ ｄａ ａ ｃ ｌ ｃ ｉ ｔ ｔ ｏ ｌ ｔ ｅ
基于LabView远程数据采集与传输系统的设计与实现
．．．— —
图１ 数据采集程序框 图
图 ２数据发送 流程序框图 ４２客户端的设计 ． 客户端主要完成数据接收 ， 并提供接 口用于数据的相关后续处理。 其流程为： 设置客户端链接地址， 连接参数 ； 检测网络连接情况及状 态； 读取数据 ； 标度变换及将数据存储在 Ｅ ｃｌ ｘｅ 中。图 ３ 是接收端数据和标 度转换程序框图。
２ Ｌ ｂ ｅ 介 绍 、 ａ Ｖｉ ｗ
Ｌｂ ｉ ａ Ｖｅ ｗ的程序由前面板 （ ｏｔ ｎ ） ｆ ｎ ａｅ 和流程图 （ｌ ｋ ｉ ｒ ｐ １ ｂ ｃｄ ｇ ｍ） 部 ｏ ａａ 分组成 ， 整个程序是基于多线程 的设计 ， 前面板和流程图各 占 一个线 用 程。前面板是 Ｌ ｂ ｉ ａＶｅ ｗ程序 的图形用户接 口， 此接 口集成了用 户输 入 ， 并显示程序的输出 ， 相当于传统仪器的面板 。 流程图包含虚拟仪器程序 的图形 化源代码 ， 编程控制 和定义在前 面板上的输人和输 出功能。 在虚 拟仪器设计 中， 从控制模板 中选取所需的控制及 显示对象 构建 出仪器 的操作 面板 ；在功能模板 中选取适当的功能模块 并进行必要 的连接与 设置 ， 制作控制流程 图， 完成所设计 仪器 应具有的功能 ， 程序的模块化 与层 次化更为直观。 ３ Ｄ ｔ ｏ ｋ ｔ 、 ａａｓ ｃ ｅ 技术 Ｄ ｔｓｃ ｅ 与 ｗｗＷ 浏 览 器 一 样 通 过 Ｕ Ｌ来 定 义．ａａｏｋｔ ａａ ｏｋｔ Ｒ Ｄ ｔＳｃｅ 数据源和数据 目 的地 ， 这些数据资源可以是 Ｄ Ｔ ，Ｐ ， ｌ ， ｉ 等形 Ｓ Ｐ Ｃ ｇ＇ Ｆ ｅ Ｏ Ｐ ｌ 式。其 中 Ｄ Ｔ ａ Ｓ ｋｔ ｒ ｓ ｒ ｒ ｏ １是 Ｄ ｔ ｏｋｔ Ｓ Ｐｆ ｔ ｏ ｅ Ｔａ ｆ ｏ ｃ ） ａ Ｓ ｅ 专用 于运行 Ｄ ａｃ ｎ ｅ Ｐ ｔ ｏ ａｃ Ｄ ｔ ｏｋｔ ａ Ｓｃ ｅ服务器进行数据读写的协仪 ， Ｄ ｔ ｏｋｔ ａ 在 ａ Ｓ ｅ 传输 中主要 使用 ａｃ Ｄ Ｔ 进行数据源和数据 目的地 的连接。 ＳＰ Ｄ ｔＳｃｅ 由 Ｄ ｔ ｏｋ ａ ｏｋｔ ａ ａａ ｃ ｅ函数 ， ｔ ｏｋｔ ｅｅＭａａｅ，ａ Ｓｃｅ Ｓ Ｄａ Ｓ ｅ Ｓ ｖｒ ｎｇｒ ｔ ｏ ｋｔ ａｃ Ｄａ Ｓｖｒ ｅｅ 组成。其中 Ｄ ｔ ｏｋｔ ｅｅＭａ ａｅ 主要 功能是创建用户组和数 ａ Ｓ ｅ Ｓｖｒ ｎｇ ｒ ａｃ 据项； Ｄ ｔ ｏｋ ｔｅｅ 进行配置； 对 ａ Ｓ ｅ ｖｒ ａｃ Ｓ 设置用户创建数据项和读写数据项 的权 限 ， 增加 网络安 全性； 也可以对多用户读写进行选择 。Ｄ ｔ ｏｋ ｔ ａ Ｓ ｃｅ ａ Ｓ ｖ 主要功能为用户解决 网络通信 问题 ， ｅｅ ｒ 根据 Ｄ ｔ ｏｋｔ ｅｅ ａａｅ ａ Ｓ ｅＳｖｒ ｎｇｒ ａｃ Ｍ 创建的用户组和设定的相应访 问权限同客户程序进行通信 。 Ｄ ｔ ｏｋｔ ａ Ｓ ｃｅ传输 的数据本身包含很小的头文件 。因此， ａ 数据传输 速 度快， 于网络数据动态传输 。 适 本文利用 Ｄ ｔ ｏｋｔ ａ Ｓｃｅ 实现各数据采集点与处 理主机 的连接。 ａ ４ Ｌ ｂ ｉｗ中 Ｄ ｔ ｏ ｋ ｔ 、ａ ｖ ｅ ａａｓ ｃｅ 传输的实现 系统 网络模式一般有两种： ／（ ＣＳ 客户机 ， 服务器式 ） Ｂｓ 浏览器 和 ，（ ／ 服务器） 模式。本文设计上采用 Ｃ 通信模式 ， Ｉ ／ Ｓ Ｖ 程序分成两部分 ： 工 作于客户端模式上的计算机 ， 完成数据接收 ， 并提供接 口用 于数据 的相 关后续处理 ； 于服务器端模式计算机 ， 工作 实现数据采集和发送。 系统的硬件组成 ： 计算机 、 数据采集 卡、 传感器 、 信号调理器等 。论 文中采用数据采集卡是美国国家仪 器公司的 Ｕ Ｂ ６ ０ 采集卡 ，传感 Ｓ 一０９ 器是热 电偶温度传感器和信号调理器是 Ｈ — ＷＢ型温度变送器 。 ＢＳ ４１ ． 服务器端 的设计 服 务器端 主要 是 实现 数据 的采 集和 数据 的传 输 。数 据 采集 是 Ｌｂ ｉ ａ Ｖｅ ｗ的核心技术之一 ， 本文采用的 ＤＡ ｍ Ｐ 来实现数据的采集。 Ｑ ｘＡ Ｉ 系统采用输人方式是单端输 入、 采样频率 ２ Ｈ 。其采集子程序如 图 ｌ Ｋ Ｚ 所示 。 采集 的数据经过全局变量将数据传送 给数据发送端程序 。 其数据
基于MATLAB的远程数据采集系统的设计
到传 感器 的信息 。
安装 了 ＭＡＴＬ ／ ＡＱ 工 具 箱 、 ＡＢ Ｄ ＤＡＱ 板 卡 供
由于 ＭａＬ ｂ是 目前 工 程 （ 其 是 在 信 号 分 析 及 处 ｔａ 尤
理） 领域 内应 用非 常 广 的一 个 软 件 ， 因此 ， 践 中经 实 常利 用 ＭａＬ ｂ进 行 数 据 的采 集 。事 实 上 ， ｔ ａ ｔａ ＭａＬ ｂ 的功 能非 常强 大 ， ＭａＬ ｂ的支 持 下 ， 需要 一 些 在 ｔａ 只
应 商 提供 的 驱 动 程 序 和 附 件 工 具 以 后 ， 使 Ｍａ— 要 ｔ
Ｌ ｂ能够识 别 Ｄ ａ ＡＱ板 卡 ， 还要 进 行所 谓 Ｄ ＡＱ 板 卡 验 证 ， 以利用 ＭａＬ ｂ提供 的 函数 “ ａ ｈ ｉｆ” 可 ｔａ ｄ ｑ ｗ ｎｏ 来 进 行 。在 ＭａＬ ｂ的命 令 窗 口输 入 Ｏｕ — ｄｑ ｗｉ— ｔａ ｔ ａ ｈ ｎ
件 的安 装 ， 用 软 件 这 里 主 要 指 的 是 ： 据 采 集 模 应 数 块、 数据 显示 模 块 、 据处 理模 块 以及 数据 管理 模块 数 等 。准 确完 成这 些安 装后 ， 系统应 该就 能 捕捉 、 录 记
取、 转换 器件 也 能构 成 一 个 完 整 的采 集 系 统 ； 外 ， 另
＞ ＞ ｏｕｔ ｎｓ ａｌ ｄ ｄａ ｏｒ ．Ｉ ｔ ｌｅ Ａ ｐｔ ｓ
ａｎ ｓ
１ 基 于 ＭａＬ ｂ数 据 采 集 系统 的设 计 ｔａ
在 进行 数 据 采 集 系 统设 计 之 前 ， 必 须 搞 清楚 先 系统 采集 的是什 么物 理量 ， 有什 么特性 ， 合 采用 它 适 的传 感器 以及 数 据 采 集硬 件 等 内容 ， 通过 对 这 些 内 容 的了解 ， 设计 者 才 能做到 心 中有数 、 的放 矢 。 有 ＭａＬ ｂ提供 了一 个 功 能 强 大 的数 据 采 集 工 具 ｔａ 箱 ， 是一 个 函数 Ｍ 文件 或 ＭＥ 这 Ｘ动 态链 接 库 文 件 集 ， 实现 模拟 量 的输 入／ 出 ， 可 输 数字 量 的输入 ／ 出 输 及 数模 之 间的转 换 ， 持 多 种 数 据采 集 硬 件 ， 支 同时 ，
基于无线移动网络的远程数据采集系统的设计
Ｋｅ ｒ ｓ ＧＰ ｄ ｌ ： Ｒ￥ ３ ｅ ｉ ｓｉ ｔ ｒａ ｅ； ＡＴ８ Ｃ５ ｃ ｏ ｈ ｐ； ＡＴ ｃ ｍｍａ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ： ＲＳ ｍｏ ｕ ｅ ２ ２ ｓ ｒ ｅ ｎ ｅ ｆ ｃ ９ ２ ｍｉ ｒ ｃ ｉ ｏ ｎ
１ 引 言
随着我 国信 息化进程 的全面推进 ， 各行业 对信息化 的认识也 从单 纯 的数字化提升到数 字化 、网络化 和无线 化 统 一 的 高 度 。原 有 的有 线 系 统 虽 能 完 成 数 字 化 与 网 络 化 ， 复 杂 的 布 线 、高 昂 的 维 护 成 本 使 得 网 络 节 点 的分 布 范 但
Ｆ ｉｎ － ｏ ｇ ＵＱａｇ￣ｎ
（ｎ ｔ ｕｅｏ ｅ ｔｏ ｉ ｎ ｉｅ ｒｎ ， Ｃ ｉａＡ ａ ｅ ｆ ｇｎ ｅｉｇＰ ｙ ｉｓ Ｍｉｎ ａ ｇＳｃ ｕ ｎ６ ０ Ｉｓｉ ｔ ｆ ｃｒｎｃＥ ｇｎ ｅｉｇ ｔ Ｅｌ ｈｎ ｃ ｄ ｍｙｏ ｉｅ ｒｎ ｈ ｓｃ ， ａ ｙ ｎ ｉｈ ａ ２ ９ ０，Ｃｈｎ ） Ｅｎ １ ｉａ
遥 测 遥 控 系统 中。
关 键 词 ：Ｇ Ｒ 模 块 ；Ｒ ２ ２ 口 ；Ａ ８ Ｃ ２ 片机 ；Ａ 命 令 ＰＳ Ｓ３ 串 Ｔ９５单 Ｔ
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ． Ｎ９ ９ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｏ ｇ ｄ ｓａ ｃ ｌｅ ｔｏ ｎ ｓｇ ｆＬ ｎ － ｉｔ ｎ ｅ Ｃｏ ｌｃ ｉ ｎ ａ ｄ Ｃｏ ｔｏ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｔ ｏ ｉｅ Ｎｅｗｏ ｋ ｎ ｒ ｌＳ ｓｅ Ｂａ ｅ ｈｅＭ ｂ ｌ ｔ ｒ
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中国矿业大学徐海学院专业技能考核培训设计报告姓名：学号：专业：电子科学与技术设计题目：远程数据采集系统设计专题：基于CPLD/FPGA的电压数据采集指导教师：设计地点：时间： 201305062013 年5月CPLD课程设计任务书专业年级学号学生姓名任务下达日期：2013年 5 月6 日设计日期：2013年5月6日至 2013年5月20日设计题目：基于PC、MCU和CPLD/FPGA的远程数据采集系统设计设计专题题目：基于CPLD/FPGA的电压数据采集设计主要内容和要求：利用上位计算机、单片机、可编程逻辑器件和ADC器件构成一个远程数据采集系统，系统具备远程/就地两种控制模式，具有8通道循环采集和指定通道采集两种数据采集方式。
具体要求如下：1.CPLD/FPGA硬件电路和AHDL控制软件设计电路具备控制ADC0809的采集功能，具备6位数码管动态扫描功能，具备8位按键输入功能，具备和单片机信号交换功能。
2.单片机硬件电路和监控软件设计电路具备和CPLD/FPGA交换信息，以及和上位机算计进行RS232的通讯功能，能将上位机发出的控制指令下达到CPLD/FPGA中，并将采集的数据传送到上位计算机中。
3.单片机程序要求用C51编制。
上位机算计软件设计利用VB或VC程序编制上位计算机控制程序，实现远程数据采集功能并实时显示采集的数据和通道号。
指导教师签字：摘要随着科学技术的迅猛发展，新技术革命将把人类由工业化社会推进到信息化社会为主要内容的数据采集测试技术，已形成了一门专门的技术科学。
数据采集系统是计算机、智能仪器与外界物理世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。
数据采集技术是信息科学的重要分支，它不仅应用在智能仪器中，而且在现代工业生产、国防军事及科学研究等方面都得到了广泛应用，无论是过程控制、状态检测，还是故障诊断、质量检测，都离不开数据采集系统。
本文介绍一种基于EP1K30TC144-3的CPLD/FPGA和89S52单片机的一种电压测量电路，基本内容包括单片机最小系统、AD转换电路、键盘和LED 显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。
系统硬件电路由标准电路和自制电路两部分组成。
标准电路包括单片机最小系统、6个LED数码管电路和键盘电路以及CPLD/FPGA系统，这部分电路已制成电路板，自制电路自行设计焊接，包含标准电路不具备的其他电路。
系统软件根据设计任务自行设计独立编制并进行调试，最终实现利用上位机远程控制系统进行数据采集功能并实时显示采集的数据和通道号。
关键词：89S52单片机、EP1K30TC144-3芯片、CPLD/FPGA、上位机、电压采集、AD转换电路目录1 绪论 (1)1.1课程简介 (1)1.1.1课程设计的性质、目的和任务 (1)1.2系统设计思路 (1)1.3方案论证及比较 (2)1.3.1单片机控制方案的选用 (2)1.3.2 FPGA控制方案的选用 (2)1.4 系统设计原理框图 (3)2 硬件电路设计 (4)2.1单片机电路 (4)2.1.1单片机电路板 (4)2.1.2单片机最小系统 (5)2.1.3 显示译码电路 (5)2.2 A/D转换 (7)2.2.1 ADC0809内部结构 (7)2.2.2 ADC0809转换原理 (8)2.2.3 AD转换电路 (9)2.2.4电路设计 (9)2.3 硬件设计流程 (10)2.3.1 硬件设计流程图 (10)2.3.2 CPLD系统流程框图 (11)2.3.3 详细管脚说明 (11)3 软件设计 (13)3.1 设计任务 (13)3.1.1 基本任务 (13)3.1.2 扩展任务 (13)3.2程序设计 (13)3.2.1 软件设计流程 (13)3.2.2 单片机设计流图 (14)3.2.3 BCD码转换电路与显示电路设计程序: (14)3.2.4八位二进制乘法器 (17)3.2.5 用上位机和拨码开关控制8路通道选择： (17)3.2.6单片机与PC机通讯程序 (19)4 系统调试 (21)4.1 硬件部分 (21)4.2 软件部分 (21)5 总结 (23)参考文献： (24)附录二 ADC0809与单片机连接图 (26)附录三元器件清单 (27)附录四程序代码 (28)1 绪论1.1课程简介1.1.1课程设计的性质、目的和任务《单片机系统设计》是在学习《单片机原理及应用》、《CPLD》等相关理论课程之后，所设置的重要的综合性实践教学环节。
此次技能考核的目的是通过课题的设计、安装和调试，使我们全面了解掌握电子技术应用设计的基本技能，巩固已学的理论知识并综合应用，进行电子系统的设计，从而培养工程实践能力、创新能力，培养严肃认真的工作作风和科学态度，具备简单科技论文、技术综述报告的写作能力等。
通过查阅资料、选定方案、设计电路、安装调试、写技术报告等过程，得到一次科学研究工作的启蒙训练，也为以后利用单片机开发电子产品奠定坚实的基础。
在对远程数据采集装置进行设计时，其设计分为硬件设计与软件设计两部分，具体的设计流程如图:比较所选方案设计计算元器件选择硬件制作系统调试编制流程图1-1 设计流程图1.2系统设计思路本次实验要求设计基于单片机的电压数据采集装置，课程设计分设计、制作和调试三个部分。
设计选题以单片机、AD0809为核心，基本内容应包括单片机最小系统、CPLD系统、键盘（拨码开关）和LED显示电路，以及设计系统涉及的其他电路。
系统硬件电路由单片机系统和CPLD系统两部分组成。
其中单片机系统包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，可根据设计需要进行配置选用。
CPLD系统则需自行设计焊接，包含EP1K30TC144芯片。
设计中采用了模数转换器，利用ADC0809型8位MOS型A/D转换器，可实现8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道地址锁存用译码电路，实现模拟信号到数字信号的转换。
显示部分利用LED 数码管显示模块，来显示采集到的电压分量。
1.3方案论证及比较1.3.1单片机控制方案的选用方案一：采用8031为核心，由于其内部没有存储器，所以利用2764扩展8KB的外部存储器，用8031的两组I/O接口。
方案二：采用AT89C52作为核心，对AD转换的数据进行采集并显示。
其内置的8KB字节点擦除可编程EEPROM片内程序存储器和256字节RAM，无需外部扩展。
所以选用方案二，采用AT89C52作为核心，其片内程序存储器空间足够满足本系统程序存储器的需要，可以省去对片外EPROM程序存储器和地址锁存器，使电路结构简捷。
1.3.2 FPGA控制方案的选用方案一:采用EP1K30TC144-3为核心，具备6位数码管动态扫描功能和8位按键输入功能，以及与单片机进行信号交换等功能。
方案二：采用EP1K30TC144-3为核心，同样具备6位数码管动态扫描功能和8位按键输入功能，以及与单片机进行信号交换等功能。
且管脚数目较少，适合本次设计使用。
所以选用方案二，采用EP1K30TC144-3为核心，其功能已经满足设计需要，且应用简单，管脚分配方便，使电路结构简洁。
1.4 系统设计原理框图图1-2系统设计原理框图2 硬件电路设计系统硬件电路由单片机系统和CPLD系统两部分组成。
其中单片机系统包括单片机最小系统、8个LED数码管电路和键盘电路，可根据设计需要进行配置选用。
CPLD系统则需自行设计焊接，包含EP1K30TC144芯片。
2.1单片机电路2.1.1单片机电路板单片机电路板电路框图如图2；图2-1 电路框图2.1.2单片机最小系统图2-2单片机最小系统图该原理图包含单片机以及外部连接译码，锁存电路端口，其中的ALE,REST为高电平时用来启动ADC0809.P0、P2口控制数码输出显示，P3口的P3.3、P3.4、P3.5控制按键，P1.1~P1.3控制通道选择。
晶振采用12MHZ，该频率有利于提高串口的通信可靠性，同时又保证单片机有较高的运行速度。
2.1.3 显示译码电路LED显示电路可提供8位LED显示；可显示P1（P3）口状态；也可显示输入按键状态。
图2-3 LED显示电路显示电路采用6位共阳极LED动态扫描显示，CD4511输出所需字形，74LS138选择字位。
在动态方式中，逐个地循环地点亮各位显示器。
图2-4 数码管显示电路显示译码电路部分由P0口或P2口输出显示。
显示译码器采用CD4511芯片：输入：BCD 输出：七段码74LS138芯片是用来控制显示时候的字位的，由于单片机的管脚是有限的通过使用138芯片可以避免少使用些单片机的管脚，当输入001时，译码可得10111111:输入：0~7 输出：低电平2.2 A/D转换2.2.1 ADC0809内部结构ADC0809由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、256电阻阶梯、树状开关、逐次逼近式寄存器SAR、控制电路和三态输出锁存器等组成。
图2-5ADC0809结构图2.2.2 ADC0809转换原理图2-6 ADC0809转换工作时序工作原理：当单片机端的P3.3接低电平时，可以使两个非门打开（1）当模拟量送至某一输入通道后，CPU将标识该通道编码的三位地址信号经数据线或地址线输入到ADDC、ADDB、ADDA引脚上。
（2）地址锁存允许ALE锁存地址信号，启动命令START启动A/D转换。
（3）转换开始,EOC变低电平，转换结束，EOC变为高电平。
EOC可作为中断请求信号。
（4）转换结束后，可通过执行IN指令，设法在输出允许OE脚上形成一个正脉冲，打开三态缓冲器把转换的结果输入到DB，一次A/D转换便完成。
2.2.3 AD转换电路转换结束：EOC＝1图2-7 AD转换电路原理图2.2.4电路设计硬件资源分配数码管显示电路：用 P2 口：bcd 码输出－－P2.3~P2.0；字位选择－－ cba=P2.6~P2.4 ；小数点－－ P2.7键盘电路： P3口低四位1号按键P3.0---模式切换2号按键P3.1---通道、报警限加3号按键P3.2--通道、报警限减4号按键P3.3--查询法，接收ad转换状态（不作为按键使用）中断法，收ad结束中断信号ADC0809电压转换电路控制信号：/wr==p3.6 /rd==p3.7eoc== p3.3 Cs== p3.5转换通道选择地址线：CBA ==P1(6-4)2.3 硬件设计流程2.3.1 硬件设计流程图图2-8硬件设计框图2.3.2 CPLD系统流程框图图2-9 CPLD系统功能模块框图2.3.3 详细管脚说明（1）时钟源图2-10 时钟源与CPLD对应管脚连接图（2）输入开关图2-11 16个数据开关与CPLD对应管脚连接图（3）数码管显示实验箱有１0个数码管（SEG1——SEG10），采用共阴极８段LED显示。