微机原理与接口技术课程设计-数据采集系统系统设计.doc

数据采集系统 课程设计专用纸 机制专业0704班微机原理与接口技术课程设计任务书一、主要任务与目标任务： 数据采集系统系统设计被采集模拟量共8个，共用一个A/D转换器，约每分钟采集一次。A/D转换器为8位，有一个启动转换控制信号和转换状态输出信号。将8个模拟量对应的A/D转换结果分别存入内存的8个连续单元，循环采集8个模拟量，用新数据更新旧数据。 1.设计查询式数据采集系统结构图。 2.设计完整的数据采集汇编语言程序目标：通过本题目的课程设计，使学生对所学的微机原理与接口技术课程知识有一个全面深刻的认识，熟悉系统设计的基本方法和过程；提高学生的动手能力和实践能力。二、主要内容（1）熟悉设计任务，明确设计及目标。（2）根据设计要求和已学过的设计流程，拟定系统工作原理图。（3）计算各元件的参数并验算。（4）元件选型。（5）编制语言程序。三、工作量要求完成规定的任务，总字数30004000字。四、时间要求本课程设计于2010-6-27前完成目录一、数据采集系统介绍二、A/D转换器原理三、数据采集说明四、数据采集系统所需程序五、设计小结六、参考文献七、感想设计内容设计说明及计算过程备注数据采集系统介绍1.数据采集系统的结构原理数据采集系统一般包括模拟信号的输入输出通道和数字信号的输入输出通道。数据采集系统的输入又称为数据的收集;数据采集系统的输出又称为数据的分配。2.数据采集系统的分类数据采集系统的结构形式多种多样，用途和功能也各不相同，常见的分类方法有以下几种：根据数据采集系统的功能分类：数据收集和数据分配;根据数据采集系统适应环境分类：隔离型和非隔离型,集中式和分布式，高速，中速，低速型；根据数据采集系统的控制功能分类:智能化数据采集系统，非智能化数据采集系统;根据模拟信号的性质分类：电压信号和电流信号，高电平信号和低电平信号，单端输入（SE）和差动输入(DE)，单极性和双极性;根据信号通道的结构方式分类：单通道方式多通道方式。3.数据采集系统的基本功能数据采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据根据。与此同时，将计算得到的数据进行显示和打印，以便实现对某些物理量的监视。4.数据采集系统的结构形式从硬件方向来看，数据采集系统的结构方式主要有两种：一种是微型计算机数据采集系统：另一种是集散型数据采集系统微型计算机数据采集系统是传感器,模拟多路开关,程序放大器,采样/保持器,AD转换器,计算机及外设等部分组成。集散型数据采集系统是计算机网络技术的产物，它有若干个“数据采集站”和一台上位机及通信线路组成。数据采集站一般由单片机数据采集装置组成，位于生产设备附近，可独立完成数据采集处理，还可以数据以数字信号的形式传送上位机。5.数据采集系统设计的基本原则对于不同的采集对象，系统设计的具体要求是不相同的。但是，由于数据采集系统是由硬件和软件两部分组成的，因此，系统设计的基本原则大体是相同的6.数据采集系统的发展趋势微电子技术的一系列成就以及微型计算机的广泛应用，不仅为数据采集系统的应用开拓了广阔的前景，也对数据采集技术的发展产生了深刻的影响。数据采集系统的发展趋势主要表现在以下几个方面。(1)新型快速、高分辨率的数据转换部件不断涌现，大大提高了数据采集系统的性能。(2)高性能单片机的问世和各种数字信号处理器的涌现，进一步推动了数据采集系统的广泛应用。(3)智能化传感器(Smarts nor)的发展，必将对今后数据采集系统的发展产生深远的影响。(4)与微型机配套的数据采集部件的大量问世，大大方便了数据采集系统在各个领域里应用并有利于促进数据采集系统技术的进一步发展。(5)分布式数据采集是数据采集系统发展的一个重要趋势设计内容设计说明及计算过程备注A/D转化器原理A/D 转换器 逐次逼近型 虽然ADC的种类很多，工作原理各异，但是逐次逼近型ADC是应用较多的类型之一。在8FX系列单片机中配置的就是这种ADC。因此，这里我们就以这种ADC为代表，让读者了解其工作原理。 这种ADC以DAC为基础，在加上模拟电压比较器、逐次逼近寄存器、置数控制逻辑以及输出锁存器组成。其结构图如图所示。其实，转换过程中的逐次逼近就是按照对分比较或者对分搜索的原理进行的。其信号转换的工作原理如下：在启动信号控制下，首先置数控制逻辑给逐次逼近寄存器最高位Dn-1置1，其它位都清0。寄存器的这个内容，经过DAC转换成模拟量Vc，约为满量程电压的一半，与输入的模拟量Vx进行比较，由电压比较器输出结果。如果VxVc，则电压比较器输出0，同时说明寄存器中的数字量偏小，应该保留Dn-1=1；相反，如果Vx<Vc，则电压比较器输出为1，同时说明寄存器中的数字量偏大，应该修改为Dn-1=0；然后，再由置数控制逻辑把逐次逼近寄存器的下一位置1，进行同样的转换和比较，并且根据比较结果决定这一位的保留与否。这样的转换和比较过程供进行n次，一直到最低位D0确定是1或是0。最终，逐次逼近寄存器的所有位均以确定，转换过程就算完成了。这时，转换完成(DONE)信号和锁存允许(LE)信号同时送出有效电平，LE信号将转换结果锁存到输出锁存器；DONE信号用于向CPU声明，锁存器中已经准备好了转换后的数字量结果，供CPU读取。CPU可以送来一个输出使能(OE)脉冲，将数字量从输出锁存器中取走。设计内容设计说明及计算过程备注数据采集说明1.程序中模拟量输出说明程序设计中采集了由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8路开关树型D/A转换、逐次逼近型寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。因此，ADC0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与TTL兼容。2. 数据采集系统流程图3.数据采样结构图图中多路开关可选8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，公用一个A/D转换器进行转换。地址锁存与译码电路完成对A,B,C3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放和输出。 设计内容设计说明及计算过程备注数据采集系统所需程序DATA SEGMENT（定义数据段·） ORG 2000HAREA DB 200 DUP （？） （ 设置DB最大存贮单位 ）DATA ENDSSTACK SEGMENT DB 50 DUP（？）STACK ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,SS:STACK,CS:CODELOP：MOV AL，8H（255A初始化，方式0，A口输入，B口输出） MOV DX，FFH （255A控制字端口地址）OUT DX，L （送8255A方式字） MOV AL，BH （选IN3输入端和地址锁存信号） MOV DL，0FDH (8255A的B口地址) OUT DX，L (送IN3通道地址) MOV DL，0FDH (8255A的B口地址)OUT DX，L (送IN3通道地址) MOV AL，1BH (START PB4=1) OUT DX，AL (启动A/D转换)START:MOV DL，0F8H (设置启动A/D转换信号)LEA DI，DSTOR (存放输入数据缓冲区的地址偏移量)AGAIN:MOV，MOV AL，DL AND AL，0EFH (使D4=0)OUT 4，A (停止A/D转换) CALL RELAY (等待停止A/D操作的完成) MOV AL，DL(F8)OUT 4，A (启动A/D，且选择模拟量A0)POLL: N AL，2 (输入状态信息) SHR AL，1 JNC POLL (若未READY，程序循环等待)IN AL，3(否则，输入数据) STOSB (存至内存) INC DL (修改多路开关控制信号，指向下一个模拟量) JNE AGAIN (8个模拟量未输入完，循环)CALL DELAY (延迟子程序) DELAY:PROC NEAR (延时子程序) PUSH CX (保护现场) PUSH BXMOV DEL，100DEL1MS: MOV CX，60 （推迟一分钟采集模拟数据）DEL1: PUSHF POPE LOOP DEL1 DEC BL（BLBL+1） JNZ DEL1MS POP BX（出栈） POP CX RET ( 返回指令)DELAY ENDPCODE ENDS END START 设计内容设计说明及计算过程备注设计小结数据采集系统的主要内容是实现A/D和D/A转换，ADC0809是常用的逐次比较型模数转换芯片，可以分时将8路模拟量转换成数字量。数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。    数据采集系统一般由数据输入通道，数据存储与管理，数据处理，数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号转换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除有关干扰噪声，无关信息和必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来物理量的形式，以可输出的形态在输出设备上输出，例如打印，显示，绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。这个设计基本按照此原理设计，基本达到要求。 参考文献【1】周明德，微机原理与接口技术，人民邮电出版社，2007年【2】康华光主编，电子技术基础数字部分，高教出版社，2004 年【3】李念强，数据采集技术与系统设计，机械工业出版社，2009年感想 通过本次数据采集系统设计，我对数据采集系统有了更深入的了解和认识，在设计过程中，有很多困难处，程序繁多复杂，并且需要查找多方面资料，涉及到的实用应用知识很多。通过这次设计让我认识到自己的动手能力与实际差距很大，让我懂得以后多动手实践，与理论结合，才能很好的学习和掌握课件的基本制作方法和步骤，并且通过本次设计，我们把以前在课本中学习到的理论知识在此次设计中加以综合运用，并参考多种有关资料论文，是我对微机这门可有了跟多的认识，所以总的来说本次设计让我收获颇多。11