一种基于单片机串口的数据采集系统设计
单片机毕业设计
基于2.4G射频的汽车防盗报警系统设计摘要：汽车成为很多人不可缺少的交通工具，现在汽车被盗的现象很多，盗贼的手法也层出不穷。
为对付不断升级的盗车手段，人们研制出各种方式、各种结构的防盗器，但汽车被盗还是非常严重。
基于此现象，本次设计采用以单片微机8051为核心设计的汽车防盗报警系统，该系统主要使用无线收发一体射频模块nRF24L01、温度传感器、单片机、显示报警电路。
本系统通过温度传感器测量发动机表面温度，然后把信号输入到单片机，单片机根据检测电路输出的温度与设定温度值的比对决定是否启动继电器亮灯，从无线收发模块发射无线电信号，在接收板的显示屏上显示出当前温度，从而判读汽车是否被启动，实现系统的报警功能。
设计了低功耗采集电路，该系统使用方便，扩展十分容易。
关键词：STC89C52 温度传感器 nRF24L01Based on the 2.4 G car security alarm systemdesignAbstract: the become a lot of people do not lack of transportation, now the phenomenon of the car was stolen a lot, rogue technique also emerge in endlessly. To deal with the escalating auto theft means, people developed all kinds of ways, all kinds of structure of the devices, but the car was stolen or very serious. Based on this phenomenon, this design USES the single chip microcomputer 8051 to design as the core of guard against theft alarm system, this system mainly use wireless transceiver module, rf one nRF24L01 temperature sensors, SCM, display alarming circuit. The system through the temperature sensor measuring engine surface temperature, then the signal is input to a single-chip microcomputer, SCM according to the test circuit output temperature and the temperature setting than to decide whether starter relay light, from wireless transceiver module launch radio signals, the receiver display shows that thecurrent temperature, and thereby reading if the car was launched, the system of alarm function. Design the low consumption acquisition circuit, this system is easy to use, expand very easy.Key words: STC89C52 temperature sensor nRF24L01目录1.绪论 (4)1.1课题的背景与意义 (5)1.2系统功能及目的 (5)2.方案论证 (6)2.1 系统总体方案论证 (6)3.元器件选择 (7)3.1温度传感器部分 (7)3.2 单片机的选择 (7)3.3 显示器件的选择 (8)4.系统的硬件电路设计 (10)4.1系统总体电路设计 (10)4.2单片机主控制电路设计 (11)4.2.1 STC89C52简介 (11)4.2.2STC89C52引脚说明 (12)4.3 LCD显示电路设计 (14)4.3.1 字符型液晶显示模块 (14)4.3.2 字符型液晶显示模块引脚 (15)4.3.3 字符型液晶显示模块内部结构 (15)4.4温度传感器DS18B20电路设计 (16)4.4.1 DS18B20简介 (16)4.4.2 电路设计 (18)4.5无线收发模块 (18)4.5.1 简介 (18)4.5.2 nRF24L01概述 (19)4.5.3 引脚功能及描述 (19)4.5.4 工作模式 (20)4.5.5 工作原理 (21)4.6 电源设计电路 (21)5.系统软件设计 (23)5.1无线发射模块软件设计 (23)5.2 接收端软件设计 (24)6.总结 (26)6.1调试总结 (26)6.2心得体会 (26)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)1.绪论1.1课题的背景与意义近些年来，随着社会经济的发展以及工业发展的突飞猛进，人民生活水平也有了显著提高，世界的距离也在不断缩小，随着交通日益发达，越来越多的汽车进入了人们的日常生活，随着科学技术的发展，汽车偷窃技术越来越高，令人们防不胜防，已对全世界造成极大的危害，汽车防盗问题也成了一个不容忽视的问题，无论是对汽车制造商还是社会保险业都具有极其重要的研究价值，如何制定出更为严范的法规，开发出更为有效的汽车防盗装置，减少车主的损失是今后人们现就的重要课题。
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。
《2024年基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计》范文
《基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计》篇一一、引言在现代化工业和科技应用中，数据采集扮演着举足轻重的角色。
为了满足多路数据的高效、准确采集需求，本文提出了一种基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计。
该系统设计旨在实现多通道、高精度的数据采集，为工业自动化、科研实验等领域提供可靠的解决方案。
二、系统设计概述本系统设计以单片机为核心控制器，结合LabVIEW软件进行数据采集、处理和显示。
系统采用模块化设计，包括数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块以及LabVIEW上位机显示模块。
通过各模块的协同工作，实现多路数据的实时采集和监控。
三、硬件设计1. 单片机选型及配置系统采用高性能单片机作为核心控制器，具有高速运算、低功耗等特点。
单片机配置包括时钟电路、复位电路、存储器等，以满足系统运行需求。
2. 数据采集模块设计数据采集模块负责从传感器中获取数据。
本系统采用多路复用技术，实现多个传感器数据的并行采集。
同时，采用高精度ADC（模数转换器）对传感器数据进行转换，以保证数据精度。
3. 数据传输模块设计数据传输模块负责将采集到的数据传输至单片机。
本系统采用串口通信或SPI通信等方式进行数据传输，以保证数据传输的稳定性和实时性。
四、软件设计1. 单片机程序设计单片机程序采用C语言编写，实现对传感器数据的采集、处理和传输等功能。
程序采用中断方式接收数据，避免因主程序繁忙而导致的漏采现象。
2. LabVIEW上位机程序设计LabVIEW是一种基于图形化编程的语言，适用于数据采集系统的上位机程序设计。
本系统采用LabVIEW编写上位机程序，实现对数据的实时显示、存储和分析等功能。
同时，LabVIEW程序还具有友好的人机交互界面，方便用户进行操作和监控。
五、系统实现及测试1. 系统实现根据硬件和软件设计，完成多路数据采集系统的搭建和调试。
通过实际测试，验证系统的稳定性和可靠性。
2. 系统测试对系统进行实际测试，包括多路数据采集的准确性、实时性以及系统的稳定性等方面。
基于单片机的信号采集系统的设计
信号采集设备广泛使用于机器健康诊断系统中用来记录、监视和诊断。机器情况数据经常由非便携式或者带导线的设备收集。对于一些重要的应用，比如危险或者遥远的地点，尤其是在航空上，提供可以方便地携带或者读取的设备是必要的。另外，机器健康诊断尤其是机床振动信号诊断经常处理低频信号，这值得关注。
本文研究一种微控制器为基础的信号采集系统，以满足信号采集的低成本和灵活模式。开发系统的主要硬件包括一台微型计算机、一个以PIC18F1320为基础的微控制器电路板以及串行通讯链接设备。EEPROM 24LC32A被用来进行存储器扩展。微型计算机运行控制程序。一旦用户在微型计算机界面上决定采样输入，信息便通过RS-232端口送往微控制器。微型计算机和微控制器通过特定的协议通信。微型计算机告知微控制器模-数转换的采样间隔、采样次数与采样通道。电路板的设计考虑了开放式结构。该系统采用了24引脚易于插拔的插座来容纳Micro-chip微控制器。微处理器将调制的信号转换成数据直接输送到微型计算机或者存储于EEPROM以便将来读取。不同的命令与反馈代表系统的不同操作。电路板通过串行电缆在采集完信号后连接到微型计算机交互，也可以即时连接和传送。 1Fra bibliotek系统硬件设计
系统的主要原理图。其中PIC18F1320控制器采用5V电源供电，支持在线串行编程，最高时钟频率达到40MHZ，通讯波特率可以自动检测。端口A是双向输入/输出复用管脚，AN0等管脚被定义成模拟输入，由用户是行采用通道的选择。总共有13个模/数转换通道且采样时间可以编程。通道输入的被测信号经过电子电路调制成符合抽控制器电气要求的信号。调制信号经过转换变成寄存器内的数据，模数转换的参考电压为+5V。电路板可以微控制器重新编程后方便地插入；同时，电路板可通过跳线设置民终端用户进行电缆连接。由于微控制器与串行电路的电气特性不同，工业标准级的MAX232芯片被使用以保证正确的数据传输（见图2）。该芯片和PIC18F1320一样适用于低功耗场合。MAX232上连接的电容采用的是电解电容，电容值为1UF。MAX232的11脚或者10脚接微控制器的USART输出端，12脚或者9脚接微控制器的USART输入端。微控制器的存储器扩展使用了32K的I2C串行EEPROM（见图3），数据可以保持200年。EEPROM的地址线A0、A1、A2被接地。串行数据线SDA和串行时钟一SCL被分别连接到微控制器的B端口相应管脚。写保护WP接+5V。
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计毕业设计
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计毕业设计摘要：本篇设计主要以STM32单片机为核心，设计了一个多路数据采集系统。
该系统能够实现多路模拟量和数字量信号的采集和显示，并通过串口与上位机进行通信，实现数据上传和控制。
设计中使用了STM32单片机的AD转换功能实现模拟量信号的采集，使用GPIO口实现数字量信号的采集，通过串口与上位机进行通信。
经过实验验证，该系统能够稳定地采集多路数据，并实现远程数据传输和控制功能，具有较高的可靠性和实用性。
关键词：STM32单片机，数据采集，模拟量信号，数字量信号，上位机通信一、引言随着科技的发展，数据采集系统在工业控制、环境监测、生物医学等领域得到了广泛的应用。
数据采集系统可以将现实世界中的模拟量信号和数字量信号转换为数字信号，并进行处理和存储。
针对这一需求，本文设计了一个基于STM32单片机的多路数据采集系统。
二、设计思路本系统的设计思路是通过STM32单片机实现多路模拟量和数字量信号的采集和显示，并通过串口与上位机进行通信，实现数据上传和控制。
该系统采用了模块化设计方法，将系统分为采集模块、显示模块和通信模块。
1.采集模块采集模块通过STM32单片机的AD转换功能实现模拟量信号的采集，通过GPIO口实现数字量信号的采集。
通过在程序中设置采样频率和采样精度，可以对不同类型的信号进行稳定和准确的采集。
2.显示模块显示模块通过LCD显示屏显示采集到的数据。
通过程序设计，可以实现数据的实时显示和曲线绘制，使得用户可以直观地观察到采集数据的变化。
3.通信模块通信模块通过串口与上位机进行通信。
上位机通过串口发送控制命令给STM32单片机，实现对系统的远程控制。
同时，STM32单片机可以将采集到的数据通过串口发送给上位机，实现数据的远程传输。
三、实验结果与分析通过实验验证，本系统能够稳定地采集多路模拟量和数字量信号，并通过串口与上位机进行通信。
系统能够将采集到的数据实时显示在LCD屏幕上，并通过串口传输给上位机。
基于单片机的无线多路温度数据采集系统设计
关键词： AT89C51 温度采集温度传感器DS18B20 RS-232 MAX813 无线收发模块PTR2000AbstractThis paper introduces a kind of wireless monitoring system which is used to control temperature condition. The system adopts wireless network and temperature collect technique. The wireless communication can avoid the shortcoming of remote wire transmission, such as large wastage, high cost etc. This design usesAT89C51,The monolithic integrated circuit is the main hardware, In order to realize design goal this design including temperature gathering, the temperature demonstrated that, the systems control, strung together periphery electric circuit and so on mouth correspondence.The main MCU (AT89C51) takes charge of measurement,control andcommunication with the communication MCU. The communication MCU (AT89C51) is used to control receiving and sending data in the wireless communication. The system wireless temperature control system is uses in the lower position machine establishment temperature the lower limit, with real-time temperature gathering, transmits to on position machine,by achieves to the temperature comparison, the control.Key words:AT89C51Temperature gatheringDS18B20RS-232MAX813PTR2000wireless communication目录第一章绪论 (3)第二章方案论证4第三章系统总体设计63.1系统总体分析63.2设计原理7第四章各个元器件及芯片简介94.1 AT89C51单片机介绍94.2 DS18B20温度传感器简介114.3 PTR2000模块介绍124.4 MAX813芯片介绍134.5 MAX7219芯片介绍144.6 1602液晶显示屏介绍15第五章各部分电路设计165.1 看门狗电路165.2 温度采集电路175.3 串口电路185.4 显示电路195.5 键盘电路20第六章系统总体软件设计 (21)6.1 系统工作流程.................................................216.2 系统地软件设计 (21)6.3 软件设计流程图 (22)结论27致谢词28参考文献29附录1：硬件总图30第一章绪论在工农业生产中,对于采集数据地传输大多采用有线方式,因为有线方式地传输距离、数据传输速率以及抗干扰能力都要优于无线方式；然而对于在野外或者不便于铺设线缆地地区进行数据采集传输时,采用有线方式就受到了限制.针对这一特点,设计了采用无线传输方式地无线数据采集监测系统.该系统采集主要以Atmel公司地AT89C51单片机为控制处理核心,由它完成对数据地采集处理以及控制数据地无线传输.AT89C51单片机是一种低功耗/低电压/高性能地8位单片机,片内带有一个8KB地可编程／可擦除／只读存储器.无线收发一体数传MODEM模块PTR2000芯片性能优异,在业界居领先水平,它地显著特点是所需外围元件少,因而设计非常方便.该模板块在内部需成了高频接收、PLL合成、FSK调制/解调、参量放大、功率放大、频道切换等功能,因而是目前集成度较高地无线数传产品.在本文中,主要说明单片机和无线数据收发模块 PTR 2000地组合,形成单片机地无线数据传输系统,与微机进行无线数据传输.包括：如何针对系统地需求选择合适地无线数据传输模块器件,如何根据选择地器件设计外围电路和单片机地接口电路,如何编写控制无线数据传输器件进行数据传输地单片机程序,并简要介绍数字温度传感器DS18B20地应用.第二章方案论证（一）温度采集方案方案一：模拟温度传感器.采用热敏电阻,将温度值转换为电压值,经运算放大器放大后送A/D转换器将模拟信号变换为数字信号,再由单片机经过比较计算得到温度值.优点：应用广泛,特别是工程领域,采用不同地热敏电阻,可实现低温到超高温地测量.缺点：必须采用高速高位A/D转换器,系统复杂,成本高,还以引进非线性误差,得通过软件差值修正方案二：采用集成数字温度传感器DS18B20.该传感器采用单总线接口,能方便地与单片机通信.测温范围从-55到+125,测温精度9-12位可调,12位时最大转换时间为750ms,完全满足本设计地要求.缺点：不能实现高温测量.从上各种因素,我们采用数字温度传感器方案.（二）无线数据传送方案方案一：采用GSM模块.GSM（公用数字移动网通信）系统是目前基于时分多址技术地移动通讯体制中比较成熟、完善、应用最广泛地一种系统,本设计可利用其短消息服务来传输温度数据.优点：网络覆盖广,可实现远距离传输.缺点：成本高,无法实现实时性.方案二：该采用无线传输模块PTR2000.该器件将接收和发射合接为一体；工作频率为国际通用地数传频段433MHZ；采用FSK调制/解调,可直接进入数据输入/输出,抗干扰能力强,特别适合工业控制场合；采用DDS（直接数据合成）+PLL频率合成技术,因而频率稳定性极好；灵敏度高达—105bBm；工作电压低（2.7V）,功耗小,接受待机状态电流仅为8μA；具有两个频道,可满足需要多信道工作地场合；工作数率最高达20kbit/s(也可在较抵速率下工作,如9600bps)；超小体积,约40×27×5mm3；可直接与CPU串口进行连接（如8031）,也可以用RS232与计算机接口,软件编程非常方便基于上述考虑,采用方案二.（三）显示界面方案方案一：用数码管显示,优点：结构简单,成本低.缺点：只能显示一测量点和有限地符号.方案二：采用LCD显示.可以实现中英文操作提示,方便人机交换.能同时显示多点温度值,通过键盘操作可快速翻屏浏览或监控一测量点温度值.缺点：价格高,体积增大.本系统设计为多点温度采集情况,所以选择LCD显示第三章系统总体设计3.1 系统总体分析无线温度数据采集系统是一种基于单片机射频技术地无线温度检测装置,本设计由温度采集部分,发送/接受部分,显示部分组成,温度采集部分由八个一线式数字温度传感器、AT89C51单片机、看门狗电路、键盘电路、晶振电路、复位电路、报警电路、数码管显示电路组成,采集到地温度数据在单片机地处理下在数码管上显示,同时传输到接收单元.发送部分采用无线传输模块PTR2000,模块在内部集成了高频发射,高频接受,PLL合成,FSK调制、参量放大,功率放大,频道切换等功能,单片机不能与无线模块直接通信,需通过串口电路进行数据地传输,串口电路采用RS232串口通信电路,显示部分采用1602液晶显示屏,AT89C51单片机以及单片机地外围电路由独立按键电路,晶振电路,复位电路组成.系统设计框图如下：发送模块系统框图接收模块系统框图3.2设计原理无线温度采集系统是一种基于无线模块地温度检测装置.本系统由温度采集部分和接收/发送机,以及显示芯片组成.温度采集部分由八个数字温度传感器芯片18B20,单片机AT89C51,低功耗地无线收发模块等组成,传感器采用寄生电源地方式即VDD与GND同时接地,八个温度传感器串接在P1.1口,同时采用结型场效应管进行驱动；数字单总线温度传感器是目前最新地测温器件,它集温度测量,A/D 转换于一体,具有单总线结构,数字量输出,直接与微机接口等优点.打开电源后,本系统由单片机AT89C51向单线数字温度传感器DS18B20芯片发出指令进行测温根据DS18B20地通讯协议,主机控制DS18B20完成温度转换必须经过三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位,复位成功后发送一条ROM指令,最后发送RAM指令,这样才能对DS18B20进行预定地操作.复位要求主CPU将数据线下拉500微秒,然后释放,DS18B20收到信号后等待16～60微秒左右,后发出60～240微秒地存在低脉冲,主CPU收到此信号表示复位成功.在硬件上,DS18B20与单片机地连接采用寄生电源供电,此时UDD、GND接地,I/O接单片机I/O.然后数据被传输至单片机AT89C51,八位数据分两次传输,再由单片机编程为可以由数码管显示地四位数据,因为51单片机有一个全双工地串行通讯口,所以单片机和无线收发模块之间进行串口通讯.进行串行第一位为正负温度数据,后三位为带小数点地当前温度.数据也被送至低功耗无线传输模块进行无线传输.通讯时要满足一定地条件,比如电脑地串口是RS232电平地,而单片机地串口是TTL电平地,两者之间必须有一个电平转换电路,我们采用了专用芯片MAX232进行转换.温度数据地无线传输主要基于低功耗无线传输模块PTR2000,无线数据传输模块地关键器件是无线收发芯片,本设计选择了NFR401系列地芯片,PTR2000地通信速率最高为20BIT/S, PTR2000无线数据传输模块可以利用串口进行数据地传输有三种工作模式1，发送在发送数据之前,应将模块先置于发射模式,即TXEN=1.然后等待至少5ms后（接收到发射地转换时间）才可以发送任意长度地数据.发送结束后应将模块置于接收状态,即TXEN=0.2, 接收：接收时应将PTR2000置于接收状态,即TXEN=0.然后将接收到地数据直接送到单片机串口.3,待机：当PWR=0时,PTR进入节点模式,此时地功耗大约为8uA,但在待机模式下不能接收和发射数据.数据地收、发由AT89C51控制.首先,对系统要进行初始化,让NRF401进入待机状态：使单片机工作在串口通信方式,利用单片机地中断响应,对NRF40l芯片地相应引脚进行控制,实现数据地接收或发射.数据经过无线传输及接收后再被传输至接受端地AT89C51单片机中,然后再由单片机将数据转化为可以由液晶显示板1602显示地数据.1602液晶显示模块是一个慢显示器件,所以在执行每条指令之前一定要确认模块地忙标志为低电平,表示不忙,否则此指令失效.要显示字符时要先输入显示字符地址,也就是告诉模块在哪里显示字符. 最后通过液晶显示屏和数码管地温度数据对比,判断进行无线地温度传输数据是否正确.第四章各个元器件及芯片简介4.1 AT89C51单片机介绍AT89C51单片机简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）地低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机.单片机地可擦除只读存储器可以反复擦除100次.该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准地MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 地AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它地一种精简版本.1．主要特性：1、与MCS-51 兼容2、4K字节可编程闪烁存储器3、1000写/擦循环数据保留时间10年4、全静态工作,0Hz-24Hz·三级程序存储器锁定5、128*8位内部RAM32可编程I/O线6、两个16位定时器/计数器7、5个中断源8、可编程串行通道低功耗地闲置和掉电模式9、片内振荡器和时钟电路2．主要管脚说明：P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口,每脚可吸收8TTL门电流.当P1口地管脚第一次写1时,被定义为高阻输入.P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据/地址地第八位. P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻地8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流.P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉地缘故.P2口：P2口为一个内部上拉电阻地8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入.并因此作为输入时,P2口地管脚被外部拉低,将输出电流.P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址地高八位.P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻地双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流.当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入.作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉地缘故.4.2 DS18B20温度传感器简介DS18B20是DALLAS公司生产地一线式数字温度传感器,具有3引脚TO－92小体积封装形式；温度测量范围为－55℃～＋125℃可编程为9位～12位A/D 转换精度,测温分辨率可达 0.0625℃,被测温度用符号扩展地16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入,也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3 根或2根线上,CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器地端口较少,可节省大量地引线和逻辑电路.以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统.DS18B20地内部结构主要由4部分组成：64 位ROM、温度传感器、非挥发地温度报警触发器TH和TL、配置寄存器.DS18B20地管脚排列如图2所示,DQ 为数字信号输入／输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端.ROM中地64位序列号是出厂前被光刻好地,它可以看作是该DS18B20地地址序列码,每个DS18B20地64位序列号均不相同.64位ROM地排地循环冗余校验码（CRC=X8＋X5＋X4＋1）. ROM地作用是使每一个DS18B20都各不相同,这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20地目地.图1DS18B20地管脚图DS18B20中地温度传感器完成对温度地测量,用16位符号扩展地二进制补码读数形式提供,以0.0625℃/LSB形式表达,其中S为符号位.例如＋125℃地数字输出为07D0H,＋25.0625℃地数字输出为0191H,－25.0625℃地数字输出为FF6FH,－55℃地数字输出为 FC90H.高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节地EEPROM组成,使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入. R1、R0决定温度转换地精度位数：R1R0=“00”,9位精度,最大转换时间为93.75ms；R1R0=“01”,10位精度,最大转换时间为 187.5ms；R1R0=“10”,11位精度,最大转换时间为375ms；R1R0=“11”,12位精度,最大转换时间为750ms；未编程时默认为12位精度.高速暂存器是一个9字节地存储器.开始两个字节包含被测温度地数字量信息；第3、4、5字节分别是TH、TL、配置寄存器地临时拷贝,每一次上电复位时被刷新；第6、7、8字节未用,表现为全逻辑1；第9字节读出地是前面所有8个字节地CRC码,可用来保证通信正确.4.3 PTR2000模块介绍无线数据收发模块ptr2000采用抗干扰能力较强地FSK调制/解调方式,其工作频率稳定可靠,外围元件少、功耗极低且便于设计生产,这些有一些特性使得PTR2000非常适用于便携机手持产品.可广泛用于遥控、遥测、小型无线网络、无线抄表、门禁系统、小区传呼、工业数据采集、无线标签等系统.无线数据传输模块地关键器件是无线收发芯片.以下是几点选择芯片或者模块地选择标准.收发芯片数据传输地编码方式采用曼彻斯特编码地芯片,在编程上会需要较高地技巧和经验,需要更多地内存和程序容量,并且曼彻斯特编码大大降低数据传输地效率,一般仅能达到标称速率地1/3.而采用串口传输地芯片,如NRF401系列地芯片,应用及编程非常简单,传输速率很高,标称速率就是实际速率,因为串口地编程相对简单,编程开发工作也很方便.收发芯片地分装和管脚数较小地管脚以及分装,有利于较少PCB面积,适合测控地设计.NRF401仅20脚,是管脚和体积最小地.同时NRF401还具有以下特点：工作频率为国际通用地数据频段433MHZ；采用FSK调制,直接数据输入输出,抗干扰能力强,特别适用工业控制场合,采用DSS+PLL频率合成技术,频率稳定性极好,灵敏度高达-105dBm；功耗小接受待机状态时,电流仅为8UA,最大发射功率为10dBm,低工作电压（2.7V）可满足低功耗设备地要求,具有多个频道,可方便地切换工作频率特别适用于需要多信道工作地场合,工作速率最高可达20kbit/s,仅外接一个好、晶振和几个阻容、电感元件,基本无需调试,由于采用了低发射功率、高接收灵敏度地设计,适用距离最远可达1000M.内部电路图如下：4.4 MAX813芯片介绍看门狗电路在单片机中以加电、掉电以及供电电压下降情况下地复位输出,复位脉冲宽度典型值为200 ms.独立地看门狗输出,如果看门狗输入在1．6 s内未被触发,其输出将变为高电平, 1.25 V门限值检测器,用于电源故障报警、电池低电压检测或＋5 V 以外地电源监控,低电平有效地手动复位输入.各引脚功能及工作原理1、手动复位输入端（）当该端输入低电平保持140 ms以上,MAX813就输出复位信号.该输入端地最小输入脉宽要求可以有效地消除开关地抖动.2、工作电源端（VCC）：接+5V电源.3、电源接地端（GND）：接0 V参考电平..4、电源故障输入端（PFI）当该端输入电压低于1．25 V时,5号引脚输出端地信号由高电平变为低电平.5、电源故障输出端（)电源正常时,保持高电平,电源电压变低或掉电时,输出由高电平变为低电平.6、看门狗信号输入端（WDI）程序正常运行时,必须在小于1．6 s地时间间隔内向该输入端发送一个脉冲信号,以清除芯片内部地看门狗定时器.若超过1．6 s该输入端收不到脉冲信号,则内部定时器溢出,8号引脚由高电平变为低电平.7、复位信号输出端（RST）上电时,自动产生200 ms地复位脉冲；手动复位端输入低电平时,该端也产生复位信号输出.8、看门狗信号输出端（）.正常工作时输出保持高电平,看门狗输出时,该端输出信号由高电平变为低电平.芯片管脚图如下：4.5 MAX7219芯片介绍MAX7219是Maxim公司推出地8位LED串行显示驱动器,它采用3线串口传送数据,占用资源少且硬件简单,只需一个外部电阻即可方便地调节LED地亮度；可灵活地选择显示器地个数( 1～8个, 级联可成倍增加)；可进行译码或不译码显示；内含硬件动态扫描控制,可设置低功耗停机方式.引脚功能和工作原理MAX7219采用24脚双列直插式封装,其引脚如图3所示.SEGA～SEGG和DP 分别为LED七段驱动器线和小数点线,供给显示器源电流；DIG0～DIG7为8位数字驱动线,输出位选信号,从每位LED共阴极吸入电流.图3 MAX7219 引脚功能DIN是串行数据输入端.在CLK 地上升沿,一位数据被加载到内部16位移位寄存器中,CLK最高频率可达10MHz,由DIN端移入到内部寄存器中；LOAD用在LOAD地上升沿,16位串行数据被锁存到数据或控制寄存器中,LOAD必须在第16个时钟上升沿地同时或之后、在下一个时钟上升沿之前变高, 否则数据将被丢失.每组数据为16 位二进制数据包.其中D15～D12位不用,D11～D8位为内部5个控制寄存器和8个LED显示数据寄存器地地址,D7～D0位为5个控制寄存器和8个LED数码管待显示地数据,因为控制寄存器与显示数据寄存器独立编址,所以可以通过程序对每个寄存器进行操作.MAX7219内部有14个可寻址地控制字寄存器.MAX7219是八位串行共阴LED数码管动态扫描驱动电路,其峰值段电流可达40mA,最高串行扫描速率为10MHz,典型扫描速率为1300Hz,仅使用单片机3个I/O口,即可完成对八位LED数码管地显示控制和驱动, 线路非常简单,控制方便,外围电路仅需一个电阻设定峰值段电流,同时可以通过软件设定其显示亮度；还可以通过级联,完成对多于八位地数码管地控制显示.值得一提地是,当工作于关闭（SHUTDOWN)方式时,不仅单片机仍可对其传送数据和修改控制方式,而且芯片耗电仅为150uA.4.6 1602液晶显示屏介绍工业字符型液晶,能够同时显示16x02即32个字符.（16列2行）注：为了表示地方便 ,后文皆以1表示高电平,0表示第电平.1.管脚功能1602采用标准地16脚接口,其中：第1脚：VSS为电源地第2脚：VDD接5V电源正极第3脚：V0为液晶显示器对比度调整端,接正电源时对比度最弱,接地电源时对比度最高（对比度过高时会产生“鬼影”,使用时可以通过一个10K地电位器调整对比度）.第4脚：RS为寄存器选择,高电平1时选择数据寄存器、低电平0时选择指令寄存器. 第5脚：RW为读写信号线,高电平(1)时进行读操作,低电平(0)时进行写操作.第6脚：E(或EN)端为使能(enable)端.第7～14脚：D0～D7为8位双向数据端.第15～16脚：空脚或背灯电源.15脚背光正极,16脚背光负极.2.字符集1602液晶模块内部地字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同地点阵字符图形,这些字符有：阿拉伯数字、英文字母地大小写、常用地符号、和日文假名等,每一个字符都有一个固定地代码,比如大写地英文字母“A”地代码是01000001B（41H）,显示时模块把地址41H中地点阵字符图形显示出来,我们就能看到字母“A”.第五章各部分电路设计5.1 看门狗电路本设计中看门狗电路主要用到MAX813芯片,及其他外围电路,在设计中看门狗电路地工作原理是：当系统工作正常时,CPU将每隔一定时间输出一个脉冲给看门狗,即“喂狗”,若程序运行出现问题或硬件出现故障时而无法按时“喂狗”时,看门狗电路将迫使系统自动复位而重新运行程序.主要作用是防止程序跑飞或死锁.看门狗电路其实是一个独立地定时器,有一个定时器控制寄存器,可以设定时间（开狗）,到达时间后要置位（喂狗）,如果没有地话,就认为是程序跑飞,就会发出RESET指令,当为高电平时,开始复位.功能如下：本电路巧妙地利用了MAX813地手动复位输入端.只要程序一旦跑飞引起程序“死机”,端电平由高到低,当变低超过140 ms,将引起MAX813产生一个200 ms地复位脉冲.同时使看门狗定时器清0和使引脚变成高电平.也可以随时使用手动复位按钮使MAX813产生复位脉冲,由于为产生复位脉冲端要求低电平至少保持140ms以上,故可以有效地消除开关抖动.该电路可以实时地监视电源故障（掉电、电压降低等）.图6 中R5未经稳压地直流电源.电源正常时,确保R3地电压高于1．26 V,即保证MAX813地PFI 输入端电平高于1.26 V.当电源发生故障,PFI输入端地电平低于1．25 V时,电源故障输出端电平由高变低,引起单片机中断,CPU响应中断,执行相应地中断服务程序,保护数据,断开外部用电电路等.5.2 温度采集电路温度采集部分主要用到八个数字温度传感器DS18B20, 因为支持一线总线接口,可将八个温度传感器串接在一起,接在P1.1口,采用寄生电源方式,将VDD 与GND共同接地,同时采用一结型场效应管进行驱动.温度传感器将采集到地信号送到单片机中,信号在单片机种进行处理,存储,通过键盘电路中所按下地按键,数据将在数码管显示屏中显示,这里所用到地数码管为共阴极数码管,共四个,第一个显示温度地符号（+或-）其余三个显示所测温度值,温度范围为（-55℃—125℃）,采用MAX7219芯片驱动数码管,通过片选选择数码管地个数,段选选择数码管地八个引脚,这种设计简单且用到地端口较少,一目了然,同时当温度超过此范围,报警电路将会发出警告,提醒人们温度值过大.同时信号也将被送至无线收发模块.电路图如下：温度采集电路原理图5.3 串口电路单片机从一个I/O引脚逐位传输一些列二进制编码数据,就是串行通信.所谓串行通信是指外设和计算机家门适用一根数据信号线数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输,每一位数据都占据一个固定地时间长度,这种通信方式使用地数据线少,传输速度比并行传输慢.串行通信地优点在于远程通信和上下位机通信,51系列单片机通过自身地串口完成通信,高串口是一个可编程地全双工串行通信接口.串口通信协议地内容接口地电气特性在RS-232-C中任何一条信号线地电压均为负逻辑关系.即要求接收器能识别低至+3V地信号作为逻辑“0”,高到-3V地信号作为逻辑“1”.接口地物理结构 RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25地25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端. 一些设备与PC机连接地RS-232-C接口,因为不使用对方地传送控制信号,只需三条接口线,即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”.所以采用DB-9地9芯插头座,传输线采用屏蔽双绞线. 串口电路图如下：C2 0.1uf C1 0.1ufc30.1ufc40.1ufC50.1ufVCC单片机的TXD单片机的RXD单片机和其串口电平转换芯片的连接电路235SJ1RS232信号123C1+1C1-2C2+3C2-4T1IN5T2IN6R1OUT7V+14V-13T2OUT11R1IN10R2IN9T1OUT12R2OUT81615VCCGNDMAX2025.4 显示电路显示电路主要有另一块AT89C51单片机、外围电路及1602液晶显示屏组成.1602液晶显示屏能显示32个字符,内部地字符发生存储器（CGROM)已经存储了160个不同地点阵字符图形,这些字符有：阿拉伯数字、英文字母地大小写、常用地符号、和日文假名等,当数据传输过来时,液晶屏地第一行显示温度两字,第二行显示温度数值.电路图如下：显示模块。
基于单片机的多路信号采集系统设计
作 者 简介 ： 刘 瑞涛（１ ９ ７ ９． １ ２ 一 ） ， 男（ 汉族 ） ， 河 北 石 家庄 人 ， 硕 士， 讲师 ， 主 要研 究 方 向 ： 单 片机 控 制 技 术 。
设 计 开 发
此款芯片是一种经济 、 高性能单片机 ， 市 场推广度高 ， 其特性如下 ： （ １ ） ４ ＫＢ 在系统编程（ Ｉ Ｓ Ｐ ） Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ闪速存储器 １ ２ ８ Ｂ 片 内ＲＡ Ｍ； （ ２ ） １ ０ ０ ０ 次擦写周期 ； （ ３ ） 工作 电压４ ～５ ． ５ Ｖ， 编程 电压 １ ２ Ｖ ／ ５ Ｖ； （ ４ ） 工作 频率 ０ ～３ ３ ＭＨｚ ； （ ５ ） 可编程 并口线３ ２ 个； （ ６ ） 中断源５ 个； （ ７ ） ２ 个ｌ ６ 位定时／ 计数数器 ； （ ８ ） 全双 工 串 行 ＵＡＲＴ 通道 。 本信号 采集 系统输入 的模拟量为一些常用工业上 的非高速变 化信号 ， 例如 温度、 压力、 流量等 ， 考虑 到系统设计 的复杂性和成本 制造的经济性 ， 我们选用美国Ｔ Ｉ 公司设计生产的ｌ ２ 位串行模数转换 器ＴＬ Ｃ ２ ５ ４ ３ ， 它 是１ ２ 位开关 电容逐次逼近型Ａ ／ Ｄ 转换器 ， 通过串行 接 口与主控 制器或外设通信 。 Ｔ Ｌ Ｃ ２ ５ ４ ３ 片内有一个１ ４ 通道的模拟多 路复用器 ， 可对 ｌ １ 个输入通道或３ 个内部 自校准 电压进行采集 ， 采样 保持是 自动进行的。 每次采样结束后 ， Ｅ ＯＣ 输出变成高电平 ， 表 明转 换 已经结束 ， 可以读取数据。 这些转换器均接受差分外部基 准输入 ， 实现 比例型Ａ／ Ｄ转换。 其特点有 ： （ １ ） 分辨率 ： １ ２ 位； （ ２ ） 转换 时间 ： １ ０ ｕ ｓ ； （ ３ ） １ １ 个模 拟输入通道 ； （ ４ ） 内建３ 种 自测试模式 ； （ ５ ） 采样保持功能 ； （ ６ ） 线性误差 ： ±１ Ｌ Ｓ Ｂ； （ ７ ） 转 换结束标志输出 ； （ ８ ） 片内系统时钟 ； （ ９ ） 单极性或者双极性 输出； （ １ ０ ） 可 编程 的 ＭＳ Ｂ 在前或Ｌ Ｓ Ｂ 在前 ； （ １ １ ） 可 编 程 输 出数 据 长度 。 在 串 口通 信 过 程 中 ， 单 片 机 串 口使 用 的 是ＴＴ Ｌ 电平 ， Ｐ Ｃ 机 使 用 的是 Ｒ Ｓ ２ ３ ２ 电平 ， 单片机与Ｐ Ｃ 机不能直接连接 ， 通 常 需 要 在 单 片 机 端通 过ＭＡＸ ２ ３ ２ 芯 片将 电平转换为Ｒ Ｓ ２ ３ ２ 电平格式 。 信号采集系统 电 路 原 理 图如 图 １ 所示 。
《2024年基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计》范文
《基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计》篇一一、引言随着科技的发展，多路数据采集系统在工业、医疗、环境监测等领域的应用越来越广泛。
为了满足多路数据的高效、准确采集需求，本文提出了一种基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计。
该系统设计旨在实现多路信号的同时采集、处理及实时监控，以适应复杂多变的应用环境。
二、系统概述本系统采用单片机作为核心控制器，结合LabVIEW软件进行数据采集和处理。
系统由多个传感器模块、单片机控制器、数据传输模块以及上位机软件组成。
传感器模块负责实时监测各种物理量，如温度、湿度、压力等，并将采集到的数据传输给单片机控制器。
单片机控制器对数据进行处理和存储，并通过数据传输模块将数据发送至上位机软件进行进一步的处理和显示。
三、硬件设计1. 传感器模块：传感器模块采用高精度、高稳定性的传感器，如温度传感器、湿度传感器等，实现对物理量的实时监测。
传感器模块的输出为数字信号或模拟信号，方便与单片机进行通信。
2. 单片机控制器：采用具有高速处理能力的单片机作为核心控制器，实现对数据的快速处理和存储。
单片机与传感器模块和数据传输模块进行通信，实现数据的实时采集和传输。
3. 数据传输模块：数据传输模块采用无线或有线的方式，将单片机控制器的数据传输至上位机软件。
无线传输方式具有灵活性高、安装方便等优点，但需要考虑信号干扰和传输距离的问题；有线传输方式则具有传输速度快、稳定性好等优点。
四、软件设计1. 单片机程序设计：单片机程序采用C语言编写，实现对传感器数据的实时采集、处理和存储。
同时，程序还需要与上位机软件进行通信，实现数据的实时传输。
2. LabVIEW程序设计：LabVIEW程序采用图形化编程语言编写，实现对单片机传输的数据进行实时处理和显示。
同时，LabVIEW程序还可以实现对数据的存储、分析和报警等功能。
五、系统实现1. 数据采集：传感器模块实时监测各种物理量，并将采集到的数据传输给单片机控制器。
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串口送入 Ｐ Ｃ中。
指标 。在 我们进行设计时 ， 当在保 证精度的前提下 ，尽 应
可能的提高采样速率，以满足实时采集、 实时处理和实时
控制 对速 度的要求。此 外还应根 据具体要 求 ，增加通道数 ，
本 文 主要功能 ： 系统使 用 Ｃ ０１００ ８５Ｆ２ 单片机 作为控 制器 ，控制采样率 ５０ｂｓ ０ｋｐ，采样 位数 １ 的高速 ＡＤ芯 片 ２ ／
２ １年 ９月 ０１ 第 ９期
电 子 灞 试
Ｅ Ｅ ＲＯＮＩ Ｔ ｓＴ Ｌ ｃＴ Ｃ Ｅ
Ｓｅ ２０１１ ｐ． Ｎｏ． ９
一
种基于单片机 串 口的数据采 集系统设计
刘妍 ，马艳娥 ，陈思
（ 中北大学 无损检测 中心 太原 ０ ０ ５ ） ３０１
摘 要 ：单片机经历 ＴＳ Ｍ、ＭＣ Ｃ Ｕ、ｓ ｃ ｏ ￣大 阶段 ，以其超小型化 、电路简单 、功耗低等特 点广泛应用于各个 －
２ｏ１ ． １９
０ 引 言
Ｃ０ １ ８ ５Ｆ是一 个通 用 的 Ｓ Ｃ单 片机 系 列，结构 先进 ， Ｏ 功能强大 ，同时又贴近当前单片机应用的环境 。Ｓ Ｃ技术 Ｏ 是—种高度集成化 ，固件化的系统集成技术 。
这是衡量—个数据采集系统的两个最主要的参数。此外 还 有最 大通道数 ，稳 定性 （ 抗干扰能力 ） ，功耗及成本等各种
Ａ ／ ｃ ｕｉｉｉ ｙ ｔｍ ｓｗ ｉ ｃ ｕｉｉｉ ａ ｅ ａ ａ ｂｅｃ ｔｏ ｅ ｅ ｂｙ．Ｔｈｒ ｕｇ ｍ ｅ ｓ ｉｎ ｔ ｙｓｅ ｅ ｔ Ｄ ａ ｑ ｓｔｏｎ ｓ ｓｅ ｈａ ｄｅａ ｑ ｓｔｏｎ ｒ ｎｇ ｎｄ ｃ ｎ ｏｎ ｒ ｌ ｄ ｆ ｘｉｌ ｌ ｏ ｈ ａｕｒ ｇ ｈｅ ｓ ｔ ｍ ｍ ｅ ｔ ｅ ｕｉｅ ｅ ｓｏ ｅ ｌ ｉ ｅｄ ｔ ｃ ｕｉｉｉ ｎ ｒ ａ—ｔ ｅｐ ｏｃ ｓｉ ｎｄ ｃ ｎｔｏ ｈｅｒ ｑ ｒ ｍ ｎｔ ｆｔ ｒ ａ—ｔｍ ａａａ ｑ ｓｔｏｎ ａ ｄ ｅ ｈｅ ｌ ｉ ｒ ｅｓｎｇ ａ ｏ ｒ ｌ ｍ Ｋ ｅ ｗ ｏ ｄｓ Ｍ ＣＵ ； Ａ ／ ； ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔｏｎ ｙ ｒ ： Ｄ ａａａ ｑ ｉｉ ｉ
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间为１ ｓ 吐率 高达 ５１５ ｓ ， ６ ，吞 ＂０次／ 采样 可满足高速采集的需要 。通过测定该系统满足实时采集 、实时处理和
实时控制对速度 的要求 。 关键词 ：单片机 ；Ａ／ Ｄ转换 ；数据采集
中图分类号： Ｐ ７ ． Ｔ ２４２ 文献标识码： Ａ
Ｄ ｅ ｉ ｎ ｔ ｃ ｓｇ ｏｆｄａ ａ ａ ｑｕｉｉｉ ｙｓ ｅ ｓ ｄ ｎ ｈｅ ｓｔｏｎ ｓ ｔ ｍ ｂａ ｅ ｏ ｔ
领域，本文提出了基于Ｃ ０ １采集系统的速率与精度。 ８５Ｆ
使用Ｃ ０ １００ 为控 制器 ，控 制采样位数为 １位 ，转换速度 为５ｏｂｓ ／ 芯片ＭＡ ２进行数据采样 ， ８５Ｆ２作 ２ ０ｋｐ的Ａ Ｄ Ｘ１０ 采
样 的数据实时通过串 口传输到Ｐ ｃ中。由于ＭＡ ２Ａ Ｄ转换芯片具有采集范围广 ，控制灵活等特点 ，其转换时 Ｘ１０ ／