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单片机数据采集系统设计(全文)

数据采集技术是一种有用的电子技术,它广泛应用于信号检

测、信号处理、仪器仪表等领域。近年来,随着数字化技术的不

断进展,数据采集技术也呈现出速度更快、通道更多、数据量更

大的进展趋势。数据采集是为了对温度、压力、流量、速度、位

移、光强度、声音等物理量进行在线测量和操纵,通过传感器把

上述物理量转换成模拟物理量的电信号,然后将模拟电信号经过

处理并转换成计算机能识别的数字量,送进计算机处理、存储、

传输和显示。

一、系统分析与总体设计

通用数据采集系统由硬件和软件两部分组成。硬件由单片机、

A/D转换器和显示驱动电路等组成,软件包括主程序、系统监控、

定时/中断等子程序组成。硬件和软件只有紧密配合、协调一致,

才能组成一个高性能的数据采集系统。在系统开发过程中,硬件

和软件的设计是相互关联的,不能截然分开,硬件设计时应考虑系

统资源及软件的实现方法,而软件设计时又要了解硬件的工作原

理。本系统是采纳AT89S52单片机、串行A/D转换器、LED显

示驱动芯片、非易失存储器、监控芯片(WATCHDOG)和LED数

码管等器件设计的一套多路通用数据采集系统。该系统可将各种

标准变送器送来的模拟电信号(4～20mA或0～5V)经过A/D转

换和程序运算处理转换成相应非电量的数值并实时显示和存储,

利用VC++设计的数据接收处理软件,上位机PC通过RS232串

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口可以接收来自数据采集系统的各项数据,并作进一步处理。该

系统以单片机为核心,结合监控电路、A/D转换器、键盘操纵电

路、非易失存储器、日历/时钟电路、串行通讯接口、显示驱动

芯片,加上匹配电源构成了一个小型数据采集系统。

二、系统的硬件抗干扰设计

系统的硬件抗干扰设计是整个系统抗干扰设计的主体。它是

软件抗干扰设计的基础,因为抗干扰软件及其重要数据都是以固

件形式存放在ROM中的,没有硬件电路的可靠工作,就谈不上软

件抗干扰了。系统的硬件抗干扰问题可分为供电系统的抗干扰设

计、长线传输的抗干扰设计、印刷电路板的抗干扰设计和地线系

统的抗干扰设计。由于木次设计没有经过现场调试,只用了

PROTEL软件设计了印刷电路,因此木次设计重点考虑了印刷电

路板和地线系统的抗干扰设计。

1、印刷电路板的抗干扰设计。在单片机应用系统中,印刷电

路是电源线、信号线和元器件的高度集合体,它们在电气上相互

影响。因此,印刷电路板的设计必须符合抗干扰原则,以抑制大部

分干扰,对软硬件的调试都及其重要。木系统的印刷电路板设计

主要是遵循以卜几个抗干扰原则进行设计的。(l)电源线布置原则。

在印刷电路板上,电源线的布置应注意三点:一是要根据电流大小,

尽量加宽导线;二是电源线和地线的走向应同数据线的传递方向

一致;三是印刷电路板的电源输入端应接去祸电容。稳压电源单

独做在一块电路板上。(2)地线布置原则。通常,印刷电路板上的

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地线有数字地和模拟地两类。数字地是高速数字电路的地线,模

拟地是模拟电路的地线。数字地和模拟地的布置应遵循三条原则:

一是数字地和模拟地要分开走线,并分别和各自的电源地线相连;

二是地线要加粗,至少要加粗到同意通过电流三倍以上;三是接地

线应注意构成闭合回路,以减小地线上的电位差,提高系统的抗干

扰能力。(3)信号线的分类走线。通常,印刷电路板上的走线类型

较多,为了减小各类线间的相互干扰,功率线要同信号线分开布置;

驱动线也要同信号线分开走线。(4)去藕电容的配置。为了提高

系统的综合抗干扰能力,印刷电路板上各关键部位都应配置去祸

电容。需要配置的部位有:电路板的电源进线端;每块集成电路芯

片的电源引脚到地;中一片机的复位端到地。(5)印刷电路板尺寸

和元器件布置。印刷电路板尺寸要适中。器件布置时应考虑器件

类型和功能,应尽量使高频器件同低频器件分开集中布置,小电流

电路和大电流电路都要远离逻辑电路。