数据采集系统中的信号处理与数据传输技术及应用大学毕设论文.docx
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数据采集系统中的信号处理与数据传输技术及应用大学毕设论文
毕业设计(论文)
题目:
数据采集系统中的信号处理与数据传输技术及应用
目录
摘要1
Abstract1
第一章引言1
1.1研究的目的和意义1
1.2研究现状2
1.3论文设计概述4
第二章系统的硬件构成与分析22
2.1系统描述22
2.2MSP430微控制器特点23
2.3无线数据传输模块29
2.4系统模块介绍29
2.4.1电源电路29
2.4.2复位电路29
2.4.3数据采集电路29
2.4.4无线串口通信电路29
2.4.5显示电路29
2.4.5单片机电路29
第三章系统软件设计29
3.1上位机处理程序39
3.1.1VB串口通信29
3.1.2无线传输接口和协议29
3.1.3通信模块设计29
3.1.4数据处理29
3.1.5数据保存29
3.2下位机处理程序40
3.2.1系统初始化29
3.2.2数据采集处理模块29
3.2.3显示模块29
3.2.4无线串口通信模块29
3.2.5中断子程序29
3.2.5主处理模块29
第四章系统调试及结果分析………………………………………………29
4.1系统硬件调试29
4.2系统软件的调试、分析29
4.2.1上位机软件调试29
4.2.2下位机软件调试29
4.2.3联机调试29
第五章总结29
致谢29
参考文献29
数据采集系统中的信号处理与数据传输技术及应用
摘要:
本文的双级测控系统由单片机构成的下位机完成现场信号的采集工作,并借助串口通信模块将数据传送到上位机(PC机)进行进一步处理。
文中主要包括两部分内容:
一是系统硬件的选用及电路设计。
其中,微处理器MCU选用的是美国TI公司出品的新型16位RISC结构的MSP430微处理器;二是下位机系统软件部分的开发。
程序采用MSP430微处理器的C语言编写。
该语言是一种典型的精简指令集系统。
结合16位的总线结构,大大增加了程序运行总体速度。
关键词:
MSP430单片机,串口通信,
Abstract:
.Ofthisdoublecomputersystem,thenethercomputerwhichconstitutesbythemonolithicintegratedcircuitcompletesthescenesignalthegatheringwork,anddrawssupportfromtheSerialcommunicationconnectionmoduletocarryonthedatatransfertotheuppercomputer(PC)forfurtherprocesses.Inthearticlemainlyincludesthreepartsofcontents:
Oneissystemhardwareselectionandthecircuitdesign.Amongthem,microprocessorMCUselectsnew16RISCMSP430microprocessorwhichisproducedbyAmericanTICorporation.Twoisthenethercomputersystemsoftwarepartdevelopment.TheprocedureusestheMSP430microprocessortheassemblylanguagecompilation.Thislanguageisonekindoftypicalsimplificationsetofinstructionssystem.Unifies16mainlinestructures,increasedtheproceduremovementoverallspeedgreatly.
Keywords:
MSP430microprocessor,Serialcommunication,
第一章引言
1.1.研究的目的和意义
工业测控系统中,用户普遍要求测控系统具有较好人机界面和数据管理功能,但一般情况下,由于下位机的资源有限难以实现,而采用主从模式或上下位机模式的测控系统在数据通信技术的支持下,可以充分的利用下位机的小巧灵活和上位机的资源优势方便的实现监测数据的图形化显示和监控界面设计,因此,数据传输技术在测控系统中起着极为重要的作用,学习和掌握常用的数据传输技术有着相当重要的意义,本次设计的主要任务和目的就是通过该课题的设计熟悉和掌握一些常用的数据通信技术和设计方法,学会利用软件与硬件相结合的方法进行应用系统的设计,实现现场信号与下位机之间以及下位机和上位机之间的信号或数据传输的双向传输。
1.2.当前现状
微电子技术的不断发展极大地推动了计算机和通信设备的普及和迅猛发展,无线数据传输技术也获得了越来越广泛的应用。
该技术省去了布线,具有成本低、可靠性高、易于维护等诸多优点。
随着信息化带动各行业进程的逐步深入,在工业测控领域,有广泛的应用前景。
单片机可以应用到人类生活的各个领域中去,以下是单片机应用比较活跃的领域:
1、工业控制:
单片机的结构特点决定了它特别适合于各种控制系统。
它既可以作为单机控制器,又可以作为多级控制的前沿处理机用于控制系统,应用领域相当广泛。
例如在通用工控中,可用于各种机床控制、电机控制、工业机器人、各种生产线、各种过程控制、各种检测系统等;在汽车工业中,可用于点火控制、变速器控制、防滑刹车、排气控制等;在军事工业中,可用于导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装置、航天导航系统等。
2、智能化的仪表仪器:
单片机用于包括温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等各类仪器仪表中,使仪器仪表数字化、智能化、微型化,功能大大提高。
3、日常生活的电器产品:
单片机可用于电子秤、录像机、彩电、洗衣机、高级电子玩具、冰箱、照相机、家用多功能报警器等。
4、计算机网络与通信方面:
单片机可以可用于BITBUS、CAN、以太网等构成分布式网络系统还可用于调制解调器、各种智能通信设备(例如小型背负式通信机、列车无线电通信等)、无线遥控系统等。
5、计算机外部设备:
单片机可用于温氏硬盘驱动器、微型打印机、图形终端、CRT显示器等。
总之,单片机具有体积小、功能强、价格便宜等优点,是微机应用产品化的最佳选择。
单片机的出现也改变了传统的电路设计的方法,过去经常采用模拟电路、脉冲电路、组合逻辑实现的电路系统,现在相当一部分可以用单片机予以取代。
传统的逻辑设计方法正在演变为软件和硬件相结合的方法,许多电路设计问题将转化为程序设计问题。
1.3系统设计概述
双级监控管理系统由上位机和下位机组成,它能够完成对现场的实时监控和数据管理。
下位机采用msp430系列的单片机,它功耗低,外设丰富,易于接外部接口电路,用来监测现场数据。
上位机采用功能强大的微型计算机,由于它具有操作系统和其他软件的支持,可以向用户提供美观的界面和高效的数据管理。
本课题的双级监控管理系统正是结合了上位机和下位机各自的优点,实现了对实时数据的监控和管理。
本设计主要完成一个具有温度和转速测试功能、LED数码显示功能、串行通信等功能的下位机最小系统。
设计中,硬件部分即系统电路的设计是利用电路CAD工具软件Protel设计完成的。
Protel设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计环境。
设计主要分为三大部分:
第一部分,系统硬件的选用及电路设计。
第二部分,下位机系统软件部分的开发。
主要包括数据采集处理程序,数据显示程序,串口通信程序和主处理模块。
程序主要分两部分:
一是数据发送程序,主要是把需要发送的数据转换成发送码并将其发送出去。
二是数据接收程序,主要是接收发送码并将其还原,显示所接收到的数据。
第二章系统的硬件构成与分析
2.1系统描述
本系统采用MSP430单片机及其串行通信模块组成双级测控管理系统,能够实时对现场温度信号和转速信号进行采集。
整个系统的原理框图如图1所示:
图1系统原理图
由图1可以看出,整个系统结构比较简单,主要由数据采集模块、显示模块、串口通信模块、单片机模块和微机(上位机)组成。
下位机主要负责数据的采集和通信,上位机负责接收下位机的数据并对其做进一步处理。
下面分别介绍系统几个主要硬件器件的选择和各模块的实现。
2.2MSP430微控制器特点
MSP系列单片机是美国德州仪器1996年开始推向市场的一种16位超低功耗的混合信号处理器。
称之为混合信号处理器,主要是由于其针对实际应用要求,把许多模拟电路、数字电路和微处理器集成在一个芯片上,以提供单片解决方案。
虽然MSP430系列单片机推出时间不是很长,但由于其卓越的性能,在短短几年之内发展极为迅速,应用也日趋广泛。
MSP430系列单片机针对各种不同应用,包括一系列不同型号的器件。
主要特点有:
1、超低功耗
MSP430系列单片机的电源采用1.8~3.6V低电压,RAM数据保持方式下耗电仅0.1μA,活动耗电250μA/MIPS(每秒百万条指数),I/O输入端口的漏电流最大仅50nA。
MSP430系列单片机有独特的时钟系统设计,包括两个不同的时钟系统:
基本时钟系统和锁频环(FLL和FLL+)时钟系统或数字振荡器时钟系统。
由时钟系统产生CPU和各功能模块所需的时钟,并且这些时钟可以在指令的控制下打开或关闭,从而实现对总体功耗的控制。
由于系统运行时使用的功能模块不同,即采用不同的工作模式,芯片的功耗有明显的差异。
在系统中共有一种活动模式(AM)和五种低功耗模式(LPM0~LPM4)。
另外,MSP430系列单片机采用矢量中断,支持十多个中断源,并可以任意嵌套。
用中断请求将CPU唤醒只需要6μs通过合理编程,既可以降低系统功耗,又可以对外部事件请求做出快速响应。
在这里需要对低功耗问题作一些说明。
首先,对一个处理器而言,活动模式时的功耗必须与其性能一起来考察、衡量,忽略性能看功耗是片面的。
在计算机体系机构中,是用W/MIPS(瓦特/百万指令每秒)来衡量处理器的功耗与性能的关系的,这种标称方法是合理的。
MSP430系列单片机在活动模式时耗电250μA/MIPS,这个指标是很高的(传统MC51单片机约为10~20mA/MIPS)。
其次,作为一个应用系统功耗是整个系统的功耗,而不仅仅是处理器的功耗。
比如,在一个有多个输入信号的应用系统中,处理器输入端口的漏电流对系统的耗电影响就较大了。
MSP430单片机输入端口的漏电流最大为50nA,远低于其他系列单片机(一般为1~10μA)。
另外,处理器的功耗还要看它内部功能模块是否可以关闭,以及模块活动情况下的耗电,比如低电压监测电路的耗电等。
还要注意,有些单片机的某些参数指标中,虽然典型值可能很小,但最大值和典型值相差数十倍,而设计时要考虑到最坏情况,就应该关心参数标称的最大值,而不是典型值。
总体而言,MSP430系列单片机堪称目前世界上功耗最低的单片机,其应用系统可以做到用一枚电池使用十年。
2、强大的处理能力
MSP430系列单片机是16位单片机,采用了目前最流行的、颇受学术界好评的精简指令集(RISC)结构,一个时钟周期可以执行一条指令(传统的MCS51单片机要12个时钟周期),使MSP430在8MHz晶振工作时,指令速度可以达到8MIPS,同样在8MIPS的指令速度,在运算能力上16位处理器比8位处理器高远不止两倍。
同样,MSP43
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