高速数据采集系统

目录

1系统摘要 (2)

2系统设计理论 (2)

3系统设计方案 (4)

3.1AD7891高速数据采集系统 (4)

3.1.1 AD7891结构及功能 (4)

3.1.2工作时序和极限参数 (5)

3.1.3 AD7891的应用 (6)

3.1.4 AD7891与微处理器的接口 (8)

3.2PCI-1714高速数据采集系统……………………………….…,,,.9

3.2.1 PCI- 1714 功能结构和特点 (9)

3.2.2 PCI- 1714的系统构成..............................,.. (10)

3.3基于AT89C51的数据采集通信系统设计 (12)

3.3.1系统硬件设计 (12)

3.3.2系统软件设计 (14)

4各种方案的比较 (16)

5心得体会 (17)

6参考文献 (18)

1.系统简介

随着数字技术的飞速发展，高速数据采集系统也迅速地得到了广泛的应用。在生产过程中，应用这一系统可以对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高生产质量，降低成本提供了信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可以获取大量的动态数据，是研究瞬间物理过程的有力工具，为科学活动提供了重要的手段。而当前我国对高速数据采集系统的研究开发都处于起步阶段，因此，开发出高速数据采集系统就显得尤为重要了。

所谓高速数据采集系统，是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测（其对象包括数字和模拟信号），并且能够对数据实行某些处理（包括存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息），以供显示、记录、打印或描绘的系统。

在数字技术日新月异的今天，数据采集技术的重要性是十分显著的。它是数字世界和外部物理世界连接的桥梁。而随着现代工业和科学技术的发展，对数据采集技术的要求日益提高，在雷达、声纳、图像处理、语音识别、通信、信号测试等科研实践领域中，都需要高精度，高数据率的数据采集系统。它的关键技术为高速高精度的ADC 技术，高数据率的存储和缓存技术以及系统高可靠性保证等。通过数据采集技术，科研人员在实验现场可以根据需要实时记录原始数据，用于实验室后期的分析和处理，对工程实践和理论分析探索具有重大意义。

2.系统设计理论

整个高速数据系统主要分为四个部分：数据采集部分、数据控制部分、数据处理部分、数据传输部分。

在数据采集部分，主要应用的就是采样定理、模数转换器ADC 及A/D 转换技术。采用定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。具体内容是，频带为F 的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值)1(t f ,)1(t t f ?±,)1(t t f ?±,……来表示，只要这些采样点的时间间隔F t 21≤?，便可根据各采样值完全恢复原来的信号)(t f 。模数转换器ADC 用来把连续变化的模拟信号转换为一定格式的数字量。ADC 转换器实际上就是一个编码器，输

入的模拟量经过信号调理电路，抗混滤波电路进入A/D转换电路，A/D转换电路将模拟信号转为数字信号送入数据处理系统。A/D转换部分通常包括采样和保持，量化和编码两部分组成。

在数据控制部分，则是利用单片机、CPLD/FPGA。通常单片机以其控制性能好、数据处理能较好而受到广大电子设计者的青睐，但是其速度较慢，对于高速系统往往感到力不从心，所以单片机在低速要求不高的系统中应用较广。但是可编程逻辑器件FPGA近几年来的发展速度是惊人的，尤其是在高端产品中，可它的速度很快但其它的控制性能差，软件设计性不强，因此对于要求高速而控制简单的系统其使用就较多，而对于控制复杂的系统其就难以胜任。近年来，单片机和可编程逻辑器件经常一起出现在系统的控制器中，单片机充分发挥它的控制性能和数据处理能力，而CPLD/FPGA则充分发挥它的高速性，以弥补单片机的速度慢的缺点。所以在大型系统设中单片机和CPLD/FPGA共同作为控制器是首选，这样可以充分发挥他们各自优点，并且可以弥补对方的不足。

在数据处理部分，常常利用DSP用于完成计算量巨大的实时处理算法，高速总线技术则完成处理结果或者采样数据的快速传输。或者运用FPGA完成及其复杂的时序和组合逻辑电路功能，适用于高速，高密度的高端数字逻辑设计领域。

在数据传输部分，可以采用ISA、PCI、USB等总线技术。目前，使用比较广泛的是PCI总线，虽然其有很多优点，但是存在如下严重缺陷：易受机箱内环境的影响，受计算机插槽数量的地址、中断资源的限制而不可能挂接很多设备等。USB总线由于具有安装方便、传输速率高、易扩展等优点，其中USB2.0标准有着高达4800bps的传输速率，已经逐渐成为计算机接口的主流。

3.系统设计方案

3.1 AD7891高速数据采集系统

3.1.1 AD7891结构及功能

AD7891的内部功能框图如图2.1所示

图3.1 内部功能方框图

线性和积分输入方面的原因使得其多用于非快速处理过程中也可能正是这种原因使在长时间内没有在继电保护领域中得到应用据分析如果考虑到低通滤波和采样保持时间与传统的响应时间相差无几因此笼统地说只适用于低速处理系统是不客观的当然随着采样频率的提高要求芯片有更高的输出频率这将抬高硬件造价因此从装置的抗干扰能力和软件合理安排等因素考虑系统的采样频率以中低档为宜采用本文所介绍的原理设计的继电保护系统可以在极为恶劣的环境下工作而不会影响其测量的准确度压频变换芯片与计数器以及构成的这套模数转换装置以低价位完成了高价多位普通才能完成的功能所以此装置具有较高的性价比。

AD7891的引脚排列如图2.2所示

图3.2 AD7891的引脚排列

3.1.2工作时序和极限参数

在和各种微处理器接口时可采用串行和并行两种接口模式，其相应的并行和串行工作时序如图2.3图2.4所示,表1 所列为AD7891的极限参数。

图3.3 AD7891的并行工作时序

图3.4 AD7891的串行工作时序

表1 AD7891的极限参数

3.1.3 AD7891的应用

3.1.3.1 模拟信号输入

AD7891每个模拟信号通道均有两个可供选择的输入信号范围。AD7891-1

的输入信号范围为+-5v正负和正负10v，当输入端Vinxa和Vinxb 相连时，输入模拟信号的范围为正负5v ，当Vinxb 和模拟地相连时,输入模拟信号范围为正负10v,对于正负5v输入信号范围AD7891的输入阻抗为20 千欧，而对于正负10 v 输入信号范围其输入阻抗为34.3千欧。AD7891-2的输入信号范围为正5v，正2.5v，正负2.5v。当Vinxb 和模拟地相连时输入信号为5v，当Vinxa 和Vinxb 相连时，输入信号范围为正2.5v 。当Vinxb 和2.5v 基准电压相连时输入信号为正负2.5v，2.5v 基准电压应是低阻抗输出的基准源。当使用芯片内部正2.5v 基准源时，应

加缓冲级。对于正5v 和正负2.5v 输入信号, AD7891-2的输入阻抗为3.6千欧；当输入信号为正2.5v 时，输入信号通过多路选择器和并联的两个1.8千欧，电阻流入输入为高阻状态的采样保持放大器。

3.1.3.2 基准电压

AD7891既可以使用片内基准源，也可以使用外部基准源，其片内的标称基准输出电压相对基准地为2.5v。基准输入引脚可以接到基准输出引脚，也可以接到高精度2.5v外部基准电压源，使用外部基准源时，应加缓冲放大器RET OUT/REF IN引脚与RET GND 引脚间应接一个0.1uF的陶瓷去耦电容，REF GND 基准地应和模拟地相连。

3.1.3.3 控制寄存器

AD7891有一个6位控制寄存器，寄存器各位分别控制芯片模拟信号通道的选择，模数转换的开始。待机工作模式选择和输出数据格式，可以通过并行写操作或串行写操作将控制字写入控制寄存器，在芯片刚接通电源时，控制寄存器各位的初始状态均为0，为了将控制字写入控制寄存器，至少需要6个串行时钟周期格式为：

其中A2，A1，A0为地址输入端,用来选择多路选择器模拟信号输入通道A2为最高有效位。通道数N可由下列公式计算确定

N = 4A2 + 2A1 + 1

SWCONV是软件模数转换开始位,当这一位写入1时,模数转换开始。

SWSTBY为待机模式输入位当这一位写入1时,芯片处于待机模式；写入0时芯片处于正常工作状态。

FORMT为数据格式位，在单极性信号输入时，若该位写入0，则输出的数据格式为直接的二进制码；在双极性信号输入时若该位写入1,则输出的数据格式为二进制补码.

3.1.3.4 接地和电源去耦

适当接地和电源去耦是模数转换器在采样系统使用设计中应十分注意的问题.AD7891有模拟地和数字地.且应在同一点接地在使用中,系统的模拟地和数字地也应在同一点接地,而且系统的主要接地点应尽可能靠近AD7891,另外，

AD7891的两个电源端均应分别接去耦电容，具体接法如图2.5所示。

.

图3.5 AD7891电源去耦电路

3.1.4 AD7891和微处理器的接口

AD7891作为信号采集系统的前端器件,需要和各种微处理器进行接

口,AD7891可与各种微处理器实现并行和串行两种方式的接口.具体微电路接法如图6和图7所示.

图3.6 AD7891与微处理器的并行接口

图3.7 AD7891与微处理器的串行接口

3.2 PCI-1714高速数据采集系统

3.2.1 PCI- 1714 功能结构和特点

PCI- 1714 是一款PCI 接口的高速4 通道同步数据采集卡（功能框图如图 2.6 所示），适用于仪器测试、图像处理、视频数字化处理及声音与振动测试等领域。其主要特性如下：

图3.8 PCI- 1714 功能结构框图

1）板卡采样速率可达30 MS/s，支持32 位PCI总线控制DMA数据传送方式；

2）使用了4 个相同的电路和12 位高速ADC 用于每个模拟量通道，具有同步采样功能；

3）每个通道带有32k 的FIFO 存储区，允许使用者在做极速采样时，有足够的缓冲区可供暂存，确保数据传输具有最佳的速度和数据完整性，便于Win －dows 系统的预处理；

4）PCI- 1714 的A/D 转换和配置支持6 种触发模式（软件触发、定时器触发、后触发、预触发、延时触发和匹配触发)，方便客户依需求自行设定；5）提供多种输入范围，包含±5V、±2.5V、±1V、±0.5V等，通过软件调节增益值选择最适合于被测信号的电压范围，各通道增益可独立编程。6）提供研华专属的板卡装置识别码，当用户同时插入多张板卡时，可做硬件组态设定，轻易辨识每张板卡，便于系统扩展。

3.2.2 PCI- 1714的系统构成

基于PCI- 1714 的通用高速数据采集系统结构如图2.7所示，

图3.9 基于PCI- 1714 的高速数据采集系统结构框图传感器采集的现场信号经滤波器滤波后进入PCI- 1714 板卡，卡上前端衰减放大电路对信号进行信号调理，调理后的信号进入A/D转换器进行高速模数转换。转换数据首先暂存在板卡的32K板载FIFO中，当FIFO半满或全满时，向DMA控制器发送DMA请求，使用直接内存存取方式经PCI 总线将数据

从FIFO输出到内部缓冲区中，由于32 位33M的PCI 总线能达到33×32/8=132MB/s 的传输带宽，因此这个传输过程是相当快的，可以满足30MS/s 采样速率下的 4 通道同步采样，或15MS/s 采样速率下的8 通道同步采样。

内部缓冲区作为高速数据采集系统的海量缓存和用户缓冲区一样都是数据采集程序动态分配给驱动程序使用的两块内存区域。区别在于内部缓冲区存放的是从FIFO中取来的原始值，用户缓冲区存放的是经转换之后的电压值。

在进行长时间高速数据采集时，PCI- 1714 多采用循环方式。在此方式下，启动一次采集过程能进行无数次的A/D转换。此时内部缓冲区分成前后对等的两个半区使用，当前半区填满后就将此半区数据向用户缓冲区传送，同时将新转换的数据放在内部缓冲区的后半部分。当后半区填满后就将此半区的数据向用户缓冲区传送。同时自动将新转换的数据放到早已传输完毕的前半个缓冲区。内部缓冲区和用户缓冲区的数据可以在程序控制下以文件的形式保存到工控机的高速SCSI 硬盘中，实现采集数据的永久性存储，便于后期数据分析处理。

3.3基于AT89C51的数据采集通信系统设计

3.3.1系统硬件设计

3.3.1.1 系统硬件的总体结构

系统硬件以AT89C51单片机为CPU控制单元的核心，同时还包括了数据采集、数据存储、数据通信、断电保护时钟、LCD显示和键盘操作等多种功能单元（如图3.10所示）。

图3.10 硬件总体结构框图

3.3.1.2 CPU控制单元

CPU处理器采用Atmel公司生产的AT89C51单片机,它是一种低功耗、高性能的8位单片机，与MCS-51完全兼容，其片内带有4K字节的Flash存储器,允许在线修改程序，并且在突然掉电的情况下仍能保留一些数据信息；这些功能增加了系统的可靠性，同时也便于进行系统开发。

3.3.1.3 数据采集单元

根据现场电路特点，对模拟量信号进行低通滤波，滤除各种高次谐波的干扰和信号传输通道感应的干扰，得到反映设备电路实际状态的真实信号；本系统采用了新型的高精度模拟信号隔离放大器，得到安全的模拟量信号输入。同时采用12位高速A/D转换器ADS774把模拟量转换为可由微机进行处理的数字量。ADS774是一种具有采样保持功能的12位A/D转换器，可以方便地和MCS-51、AT89等CPU系统连接，模拟量输入范围可以是0-10V、0-20V、±5V或±10V，最大转换时间不超过8.5us，功耗小于120mW。ADS774与AT89C51单片机接口电路如图3.11所示。

图3.11 ADS774与AT89C51的连接由于ADS774片内有时钟，故无需外加时钟信号。该电路采用双极性输入方式，可对+5V或+10V模拟信号进行转换。采用查询方式读取ADS774的转换结果，由于ADS774输出12位数码，所以当单片机读取转换结果时，需分两次进行：先高8位，后低4位。由A0=0或A0=1来分别控制读取高8位或低4位。

3.3.1.4 数据通信单元

数据采集通信系统与上位监控机间的信息交换方式采用串行通信方式。通信的传送方式采用RS485半双工配置。通信工作方式则为主—从式通信，监控机主动查询，每5秒为一个通信周期，周期开始时监控机向总线发出查询指令，0.5 秒后若无响应，说明该系统的通信出现故障，系统则给出相应告警提示；如果系统给出应答，则双方进入数据通信状态。由于PC机的RS-232C电平与单片机的TTL 电平不兼容，系统中配置MAX485进行TTL电平和RS-232电平间的转换。

3.3.1.5 其他功能单元

1）LCD显示单元：由显示控制电路、显示内存芯片，显示屏幕等组成。LCD 显示驱动器，产生扫描信号，驱动显示屏工作。LCD显示屏为320*240点矩阵式显示屏，可以以与、或、异或三种方式工作，显示图形或图形方式的字符。显示单元配置夜间照明高压驱动电路（采用EL背光技术，以120V的交流高压激励产生柔和的屏幕背光，适合夜间工作的要求和负电压发生电路）和负电压发生电路（产生20-30V的负电压，满足液晶显示器对比度调节要求）。

2）薄膜键盘操作单元。对操作人员输入的键盘指令产生中断信号，以便控制器响应。

3）断电保护时钟电路。为系统提供准确的日期和时间。当系统断电时，时钟电路内的锂电池自动启动工作，保证计时的连续性。

4）断电保护时钟电路。为系统提供准确的日期和时间。当系统断电时，时钟电路内的锂电池自动启动工作，保证计时的连续性。

3.3.2系统软件设计

系统软件采用汇编语言编写，由主程序模块、数据采集处理模块、通信模块、动态文本显示模块、时钟显示模块、键盘处理模块、小型汉字库、小型计算子程序库等组成。除小型汉字库外，各模块均按结构化程序设计思想进行设计，具有较强的通用性；采用模块化程序结构使得软件易于调试、维护和移植。

3.3.2.1监控主程序

监控主程序的任务包括各可编程器件、堆栈、各项参数等的初始化，键盘显示管理以及实时中断管理和处理等。初始化结束后，立即开放中断，一旦发生中断，则判明中断源后进入相应服务模块，服务结束，均返回监控主程序中的规定入口，等待下一轮循环。另外，由于本系统功能较多，为节省硬件开销，采用一键多义的键盘管理。

3.3.2.2数据采集处理

数据采集处理模块负责数据的采集和处理，处理之后的数据用于形成工作记录、动态显示及上网传输，既方便设备操作员及时观察、调整设备检测状况；又便于管理员在上级监控机的检修数据库中查询、浏览、打印数据及其分析结果。由于现场干扰较多，使得采集数据中存在一定的误差，除了在硬件上加强抗干扰措施外，在软件设计中也采取了相应措施。通过分析误差产生的途径和原因，将检测数据中的误差按粗大误差、系统误差和随机误差进行分类，并根据这三类误差的特点采用相应的处理策略：首先采用去极值平均滤波消除粗大误差和随机误差的影响，其次考虑传感器等元器件所带来的系统误差对检测数据的影响，将根据系统误差得到的修正值形成表格，通过查表消除数据中的系统误差。

3.3.2.3数据通信与动态显示

数据通信由串行口完成，定时器"’作为波特率发生器，通信波特率为$,--。以中断方式接收数据，发送数据采用查询方式。数据采用二进制形式，以提高数据代码传输效率。为确保通信线路通畅，每次发送数据前必须先保证已正确“握手”；为避免混淆，开辟命令字和数据的专用存储区；采用累加和校验，以识别通信线路传输差错，保证数据的正确传输；为防止通信过程中的偶发错误，设置重发数据机制和报警提示机制，为防止通信出错而引起“死锁”，限定重发次数，如超过限定次数，则报警提示。因系统需向操作员提供大量信息，包括各种提示、指导、告警和检索文本以及检测数据，为此在软件中加入了动态显示程序，同时设置了一个小型专用汉字库，以提供系统所用全部汉字和图形符号的点阵代码。因大量采用子程序嵌套调用方法和代码查表技术，尽管系统有多幅不同的文本屏，数百条显示语句，仍保持了程序结构的简洁和有序。

3.3.2.4软件的其它功能

系统软件除具有上述主要功能外，还具有其它功能。如时钟显示，密码防错等。所有这些都为确保系统可靠性和稳定性提供了良好保障。

4.各种方案的比较

AD7891是美国ADI公司推出的一种12位数据采集系统，它具有并行和串行两种工作模式,适合与各种微处理器,控制器以及数字信号处理机接口.AD7891内含输入多路转换器，采样,保持放大器,12位高速ADC,+ 2.5V基准电压源和高速接口电路,并有8个具有过压保护的模拟信号通道,AD7891-1可承受的过压为±17V，AD7891的模数转换时间是1.6us，采样时间为1.4us，当只对一个通道信号采样时，采样率为500KSPS；当对8个通道信号逐个采样时，采样率为，62.5KSPS.AD7891使用硬件或软件方法控制转换开始的数据采样时间分别为0.6us和0.7us，相应的数据采样率分别为454.4ksps和435ksps。AD7891采用单电源工作功耗低可选择输入信号范围,也可并行或串行工作，非常适用于数据采集系统,电机控制,移动通信系统和测试设备等方面的应用。

采用PCI- 1714构建的的数据采集系统，是一款PCI 接口的高速 4 通道同步数据采集卡，此方案结构简单，但是成本较高。

基于AT89C51的数据采集系统利用液晶显示器综合显示设备工作数据以及大量的提示、指导和告警文本，优化了人机交互界面，改善了人机关系采用合适的新型芯片，使系统具有良好的稳定性和可靠性。

5.心得体会

时光飞逝，一转眼，一个学期又进尾声了，本学期的专业课设也在一周内完成了，我这次的课设题目是高速数据采集系统原理分析和设计。

俗话说“好的开始是成功的一半”。说起课程设计，我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，提前做好相关知识的预习工作。其次，老师对课设答辩时的讲解要一丝不苟的去听去想，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的无从开始了，到头来一点收获也没有。这次课程设计的确是很有难度，刚刚拿到手时，我完全不知道该如何下手，在听了老师的答辩后，我知道这个课设我们只是需要多多查阅资料，多看看人家的设计方法和想法，搞明白别人的思路，弄明白高速数据采集系统的原理和基础设计就可以了，不需要自己重新再设计一个新的设计。这样的话，这个题目就简单一些了，不需要写程序，仿真，做实物了，只要找资料就可以了。

这次课程设计，我在中国期刊网找到了很多的高速数据采集的相关资料，不过很多资料下载下来以后，看起来很费劲，很多都不能理解。于是只有继续查阅相关书籍和问同学，发现慢慢的，也一点点的清楚了高速数据采集系统的原理。高速数据采集的难点在于要求速度很快单精度也有要求，这是数据采集的两个瓶颈。

在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和学习能力。通过资料的查询和对这些资料的学习过程中，加强了我思考问题的完整性和对疑难问题的学习和解决能力。在此，我必须感谢沈老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。

6.参考文献

[1] 幸羿南. 高速并行数据采集系统关键技术的研究：[硕士学位论文].成都：电子科技大学

[2]彭沛夫张桂芳编著.《微机控制技术与实验指导》.北京：清华大学出版社.2005

[3]张清洪.基于两片AD6645高精度数据采集系统研究:〔硕十学位论文].成都:电子科技大学电子程学院，2005:5-45

[4]张雪兰、谭毓安编著.《C语言程序设计(第二版) 》.北京：北京理工大学出版社.2004

[5]林敏编著.《微机控制技术及应用》.北京：高等教育出版社. 2004

导航系统及导航方法与设计方案

本技术适于导航领域，提供一种导航系统及导航方法，包括：导航硬件,用于将采集到得导航数据发送给MCU；MCU，用于将导航硬件发送的导航数据读取、并且暂存，当车载电 脑启动完毕时，将导航数据发送给车载电脑；车载电脑，用于接收MCU发送的导航数据，并且完成导航数据的导航应用。通过在导航系统中加入MCU，在系统上电后，MCU瞬间启动，且MCU读取和缓存导航数据，实现导航系统启动即读取导航数据。并且MCU连接的是车载电脑的CPU，将导航数据直接发送到操作系统的硬件抽象层，实现了读取导航数据不与操作系统内核空间打交道，仅从用户空间即可获取导航数据，扩展了应用。 技术要求 1.一种导航系统，其特征在于，包括： 导航硬件, 用于将采集到的导航数据发送给MCU； MCU，用于将导航硬件发送的导航数据读取、并且暂存，当车载电脑启动完毕时，将导航数据发送给车载电脑； 车载电脑，用于接收MCU发送的导航数据，并且完成导航数据的导航应用；MCU将导航数据传递给车载电脑操作系统的硬件抽象层，硬件抽象层将导航数据上报给框架层，框 架层将导航数据上报给应用层，在应用层完成导航数据的导航应用； 所述车载电脑安装的是Android操作系统； 所述导航硬件与所述MCU之间的数据通讯采用串行通信方式； 所述MCU与所述车载电脑的CPU之间数据通讯采用串行通信方式；

所述车载电脑的存储器采用的是阵列硬盘存储。 2.一种导航方法，其特征在于，该导航方法包括以下步骤： A、导航硬件采集导航数据，并且将采集到的导航数据发送给MCU； B、MCU读取导航数据、且暂存导航数据,并且MCU将导航硬件发送的导航数据发送给车载电脑操作系统的硬件抽象层； C、车载电脑操作系统的硬件抽象层将导航数据上报给车载电脑操作系统的框架层，车载电脑操作系统的框架层将导航数据上报给车载电脑操作系统的应用层； D、在车载电脑操作系统的应用层将导航数据完成导航应用； 所述步骤A包括以下步骤： A1、导航硬件采集导航数据； A2、如果导航硬件采集到导航数据，则执行步骤A3，如果导航硬件没有采集到导航数据，则重复执行步骤A1； A3、导航硬件将采集的导航数据发送给MCU。 3.根据权利要求2所述的导航方法，其特征在于，所述步骤B还包括以下步骤： B1、MCU读取导航数据、且暂存导航数据； B2、如果车载电脑操作系统启动完毕，则执行步骤B3，如果车载电脑操作系统未启动完毕，则等待车载电脑操作系统启动完毕； B3、MCU将导航数据发送给车载电脑操作系统的硬件抽象层。 4.根据权利要求2或3所述的导航方法，其特征在于，所述车载电脑操作系统运行的是Android系统。 技术说明书

高速数据采集系统设计

高速数据采集系统 设计

基于FPGA和SoC单片机的 高速数据采集系统设计 一．选题背景及意义 随着信息技术的飞速发展，各种数据的实时采集和处理在现代工业控制和科学研究中已成为必不可少的部分。高速数据采集系统在自动测试、生产控制、通信、信号处理等领域占有极其重要的地位。随着SoC单片机的快速发展，现在已经能够将采集多路模拟信号的A/D转换子系统和CPU核集成在一片芯片上，使整个数据采集系统几乎能够单芯片实现，从而使数据采集系统体积小，性价比高。FPGA为实现高速数据采集提供了一种理想的实现途径。利用FPGA高速性能和本身集成的几万个逻辑门和嵌入式存储器块，把数据采集系统中的数据缓存和控制电路全部集成在一片FPGA芯片中，大大减小了系统体积，提高了灵活性。FPGA 还具有系统编程功能以及功能强大的EDA软件支持，使得系统具有升级容易、开发周期短等优点。 二．设计要求 设计一高速数据采集系统，系统框图如图1-1所示。输入模拟信号为频率200KHz、Vpp=0.5V的正弦信号。采样频率设定为25MHz。经过按键启动一次数据采集，每次连续采集128点数据，单片机读取128点数据后在LCD模块上回放显示信号波形。

图1-1 高速数据采集原理框图 三．整体方案设计 高速数据采集系统采用如图3-1的设计方案。高速数据采集系统由单片机最小系统、FPGA最小系统和模拟量输入通道三部分组成。输入正弦信号经过调理电路后送高速A/D转换器，高速A/D 转换器以25MHz的频率采样模拟信号，输出的数字量依次存入FPGA内部的FIFO存储器中，并将128字节数据在LCD模块回放显示。 图3-1 高速数据采集系统设计方案 四．硬件电路设计 1.模拟量输入通道的设计 模拟量输入通道由高速A/D转换器和信号调理电路组成。信号调理电路将模拟信号放大、滤波、直流电平位移，以满足A/D转换器对模拟输入信号的要求。

多路数据采集器设计报告

多路数据采集器设计 1.设计要求 所设计的数据采集器，共有16路信号输入，每路信号都是直流0~20mV信号，每秒钟采集一遍，将其数据传给上位PC计算机。本采集器地址为50H。要求多路模拟开关用4067，A/D转换用ADC0809，运算放大器用OP07，单片机用89C51，通信用RS232接口，通信芯片用MAX232。 与PC机的RS232串口进行通信。 设计采集器的电原理图，用C51语言编制采集器的工作程序。 2.方案设计 按要求，设计数据采集器方案如下所示： 数据采集器采用AT89C51单片机作为微控制器，模拟开关4067的地址A、B、C、D分别与P1.0~P1.3连接，通过控制P1口输出来选择输入信号，将直流信号依次输入ADC0809的模拟信号输入端，ADC0809共有8路输入通道，在使用模拟开关时，仅将模拟开关的输出端连接到ADC0809的1路输入通道即可，本方案中使用0通道。ADC0809的转换结果通过P0口传给单片机，单片机将采集结果通过串行通信RS232接口上传给上位PC机，实现数据的采集。 数据采集器方案示意图

3.电路原理图 a)AT89C51单片机电路 本实验中选取8位单片机AT89C51作为微控制器，需要片外11.0592MHz的振荡器，4K字节EPROM，128字节RAM，与51单片机有很好的兼容性。在本此实验中程序及数据不多，故无需另加外部程序存储器。单片机部分的电路如下所示： AT89C51单片机电路 b)数据输入部分

数据输入部分由模拟开关4067实现多路信号的切换。CD4067是单16路（单刀16位）模拟开关，各开关由外部输入二进制的地址码A、B、C、D来切换。其中脚10、11、14和13是地址码A（LSB）、B、C、D（MSB）的输入端；脚2~9和16~23是开关的输入/输出端（开关位）；脚1是开关的输出/输入公共端（开关刀）；脚15为控制端，低电平有效（选通），高电平禁止（开关开路）。 输入脚A、B、C、D分别与单片机P1.0~P1.3相连，改变P1输出即可切换输入通道，控制脚与P2.4相连。输出脚1后接电压放大电路。 c)电压调理放大电路 电压调理电路 由于输入信号均为0~20mV的微弱电压信号，而模数转换器ADC0809的输入量要求为0~5V 直流电压，所以必须后接电压放大电路。放大器选用OP07，将0~20mV电压放大到0~5V，其放大倍数为250倍，一般情况下，放大器的放大倍数最好小于200倍，安全起见，选用两个OP07进行两级放大，前级放大25倍，后级放大10倍，放大电路如上图所示。 d)模数转换部分 ADC0809数模转换电路 模数转换元件选用ADC0809，其主要特性有： 8路8位A/D转换器，即分辨率8位；

激光雷达高速数据采集系统解决方案

激光雷达高速数据采集系统解决方案 0、引言 1、 当雷达探测到目标后, 可从回波中提取有关信息，如实现对目标的距离和空间角度定位,并由其距离和角度随时间变化的规律中得到目标位置的变化率，由此对目标实现跟踪; 雷达的测量如果能在一维或多维上有足够的分辨力, 则可得到目标尺寸和形状的信息; 采用不同的极化方法，可测量目标形状的对称性。雷达还可测定目标的表面粗糙度及介电特性等。接下来坤驰科技将为您具体介绍一下激光雷达在数据采集方面的研究。 1、雷达原理 目标标记： 目标在空间、陆地或海面上的位置, 可以用多种坐标系来表示。在雷达应用中, 测定目标坐标常采用极(球)坐标系统, 如图1.1所示。图中, 空间任一目标P所在位置可用下列三个坐标确定: 1、目标的斜距R； 2、方位角α；仰角β。 如需要知道目标的高度和水平距离, 那么利用圆柱坐标系统就比较方便。在这种系统中, 目标的位置由以下三个坐标来确定: 水平距离D，方位角α，高度H。 图1.1 用极(球)坐标系统表示目标位置

系统原理： 由雷达发射机产生的电磁能, 经收发开关后传输给天线, 再由天线将此电磁能定向辐射于大气中。电磁能在大气中以光速传播, 如果目标恰好位于定向天线的波束内, 则它将要截取一部分电磁能。目标将被截取的电磁能向各方向散射, 其中部分散射的能量朝向雷达接收方向。雷达天线搜集到这部分散射的电磁波后, 就经传输线和收发开关馈给接收机。接收机将这微弱信号放大并经信号处理后即可获取所需信息, 并将结果送至终端显示。 图1.2 雷达系统原理图 测量方法 1）.目标斜距的测量 雷达工作时, 发射机经天线向空间发射一串重复周期一定的高频脉冲。如果在电磁波传播的途径上有目标存在, 那么雷达就可以接收到由目标反射回来的回波。由于回波信号往返于雷达与目标之间, 它将滞后于发射脉冲一个时间tr, 如图1.3所示。 我们知道电磁波的能量是以光速传播的, 设目标的距离为 R, 则传播的距离等于光速乘上时间间隔, 即2R=ct r 或 2 r ct R

基于单片机的温度数据采集系统实验报告

基于单片机的温度数据采集系统实验报告 班级：电技10—1班 姓名：田波平 学号：1012020108 指导老师：仲老师

题目：基于单片机的温度数据采集系统 一．设计要求 1．被测量温度范围：0~120℃，温度分辨率为0.5℃。 2．被测温度点：2个，每5秒测量一次。 3．显示器要求：通道号2位，温度4位（精度到小数点后一位）。 显示方式为定点显示和轮流显示。 4．键盘要求： （1）定点显示设定；（2）轮流显示设定；（3）其他功能键。 二．设计内容 1．单片机及电源模块设计 单片机可选用AT89S51及其兼容系列，电源模块可以选用7805等稳压组件，本机输入电压范围9-12v。 2．存储器设计 扩展串行I2C存储器AT24C02。 要求： AT24C02的SCK接P3.2 AT24C02的SDA接P3.4 2．传感器及信号转换电路 温度传感器可以选用PTC热敏电阻，信号转换电路将PTC输出阻值转换为0-5V。 3．A/D转换器设计 A/D选用ADC0832。 要求： ADC0832的CS端接P3.5 ADC0832的DI端接P3.6 ADC0832的DO端接P3.7 ADC0832的CLK端接P2.1 4．显示器设计。 6位共阳极LED显示器，段选（a-h）由P0口控制，位选由P2.2-P2.7控制。数码管由2N5401驱动。 5．键盘电路设计。 6个按键，P2.2-P2.7接6个按键，P3.4接公共端，采用动态扫描方式检测键盘。 6．系统软件设计。 系统初始化模块，键盘扫描模块，数据采集模块，标度变换模块、显示模块等。 三．设计报告要求 设计报告应按以下格式书写： （1）封面； （2）设计任务书； （3）目录； （4）正文；

多路数据采集系统设计毕业论文

多路数据采集系统设计毕业论文 第1章绪论 1.1 多路数据采集系统介绍 随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。 此外，计算机的发展对通信起了巨大的推动作用。算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。数据通信是计算机广泛应用的必然产物[2]。 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。 由于RS-232在微机通信接口中广泛采用，技术已相当成熟。在近端与远端通信过程中，采用串行RS-232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。在本毕业设计中对多路数据采集系统作了初步的研究。本系统主要解决的是怎样进行数据采集以及怎样进行多路的数据采集，并将数据上传至计算机[2]。 1.2 设计思路 多路数据采集系统采用ADC0809模数转换器作为数据采集单元和AT89C51单片机来对它们进行控制,不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高采集数据的灵敏度及指标。通过MAX232电平转换芯片实现单片机与PC 机的异步串行通信，设计中的HD7279实现了键盘控制与LED显示显示功能。本文设计了一种以AT89C51和ADC0809及RS232为核心的多路数据采集系统。 多路数据采集系统就是通过键盘控制选择通路，将采集到的电压模拟两转换成数字量实时的送到单片机里处理从而显示出采集电压和地址值，最终控制执行单片机与PC机的异步串行通信。 连接好硬件后，给ADC0809的三条输入通路通入直流电压。4-F键为功能键，4-E键为复位键，F键为确认键。1－3键为通道选择键，分别采集三个通道的数据值并实时显示出数值和地址值。结合单片机RS232串口功能还实现了与PC机的异

数据采集系统实验报告

学院名称： 电气信息工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 09测控1W 姓 名： 胡建兵 学 号： 09314111 指导教师姓名： 朱 雷 2012 年 11 月 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 数据采集系统实验报告

实验2——A/D采集模块设计 一．实验目的 学习用状态机实现对ADC0809，AD574A等A/D转换器的采样控制。 二．实验原理 图1和图2分别为ADC0809的引脚图，转换时序图和采样控制状态图。时序图中，START为转换启动控制信号，高电平有效；ALE为模拟信号输入选通端口地址锁存信号，上升沿有效；一旦START有效后，状态信号变EOC变为低电平，表示进入状态转换，转换时间约为100us。转换结束后，EOC将变为高电平。此外外部控制可使OE由低电平变为高电平（输出有效），此时，ADC0809的输出数据总线D【7...0】从原来的高阻态变为输出数据有效。由状态图也可以看到，状态st2中需要对ADC0809工作状态信号EOC进行测试，如果为低电平，表示转换没有结束，仍需要停留在st2状态中等待，直到变成高电平后才说明转换结束，在下一时钟脉冲到来时转向状态st3。在状态st3，由状态机向ADC0809发出转换好的8位数据输出允许命令，这一状态周期同时可作为数据输出稳定周期，以便能在下一状态中向锁存器锁入可靠的数据。在状态st4，由状态机向FPGA中的锁存器发出锁存信号（LOCK的上升沿），将ADC0809的输出数据进行锁存。 图2.1 ADC0809工作时序

图2.2 控制ADC0809采样状态图程序如图实例1所示，其结构框图如图3所示。 图2.3 采样状态机结构框图

温度采集实验报告

课程设计任务书 题目基于AD590的温度测控系统设计 系(部) 信息科学与电气工程学院 专业电气工程及其自动化 班级电气092 学生姓名刘玉兴 学号090819210 月日至月日共周 指导教师(签字) 系主任(签字) 年月日

摘要 温度是工业生产和自动控制中最常见的工艺参数之一。过去温度检测系统设计中,大多采用模拟技术进行设计,这样就不可避免地遇到诸如传感器外围电路复杂及抗干扰能力差等问题;而其中任何一环节处理不当,就会造成整个系统性能的下降。随着半导体技术的高速发展,特别是大规模集成电路设计技术的发展, 数字化、微型化、集成化成为了传感器发展的主要方向。 以单片机为核心的控制系统．利用汇编语言程序设计实现整个系统的控制过程。在软件方面，结合ADC0809并行8位A／D转换器的工作时序，给出80C51单片机与ADC0908并行A ／D转换器件的接口电路图，提出基于器件工作时序进行汇编程序设计的基本技巧。本系统包括温度传感器，数据传输模块，温度显示模块和温度调节驱动电路，其中温度传感器为数字温度传感器AD590，包括了单总线数据输出电路部分。文中对每个部分功能、实现过程作了详细介绍。 关键词：单片机、汇编语言、ADC0809、温度传感器AD590

Abstract Temperature is the most common one of process parameters in automatic control and industrial production. In the traditional temperature measurement system design, often using simulation technology to design, and this will inevitably encounter error compensation, such as lead,complex outside circuit,poor anti-jamming and other issues, and part of a deal with them Improperly, could cause the entire system of the decline. With modern science and technology of semiconductor development, especially large-scale integrated circuit design technologies, digital, miniaturization, integration sensors are becoming an important direction of development. In the control systems with the core of SCM，assembly language programming is used to achieve the control of the whole system．Combining with the operation sequence of ADC0809，the interface circuit diagrams of 80C51 SCM and ADC0809 parallel A／D conveger ale given．The basic skills of assembly language programming based on the operation se—quenee of the chip ale put forward．This system include temperature sensor and data transmission, the moduledisplays

高速数据采集系统

目录 1系统摘要 (2) 2系统设计理论 (2) 3系统设计方案 (4) 3.1AD7891高速数据采集系统 (4) 3.1.1 AD7891结构及功能 (4) 3.1.2工作时序和极限参数 (5) 3.1.3 AD7891的应用 (6) 3.1.4 AD7891与微处理器的接口 (8) 3.2PCI-1714高速数据采集系统……………………………….…,,,.9 3.2.1 PCI- 1714 功能结构和特点 (9) 3.2.2 PCI- 1714的系统构成..............................,.. (10) 3.3基于AT89C51的数据采集通信系统设计 (12) 3.3.1系统硬件设计 (12) 3.3.2系统软件设计 (14) 4各种方案的比较 (16) 5心得体会 (17) 6参考文献 (18)

1.系统简介 随着数字技术的飞速发展，高速数据采集系统也迅速地得到了广泛的应用。在生产过程中，应用这一系统可以对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高生产质量，降低成本提供了信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可以获取大量的动态数据，是研究瞬间物理过程的有力工具，为科学活动提供了重要的手段。而当前我国对高速数据采集系统的研究开发都处于起步阶段，因此，开发出高速数据采集系统就显得尤为重要了。 所谓高速数据采集系统，是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测（其对象包括数字和模拟信号），并且能够对数据实行某些处理（包括存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息），以供显示、记录、打印或描绘的系统。 在数字技术日新月异的今天，数据采集技术的重要性是十分显著的。它是数字世界和外部物理世界连接的桥梁。而随着现代工业和科学技术的发展，对数据采集技术的要求日益提高，在雷达、声纳、图像处理、语音识别、通信、信号测试等科研实践领域中，都需要高精度，高数据率的数据采集系统。它的关键技术为高速高精度的ADC 技术，高数据率的存储和缓存技术以及系统高可靠性保证等。通过数据采集技术，科研人员在实验现场可以根据需要实时记录原始数据，用于实验室后期的分析和处理，对工程实践和理论分析探索具有重大意义。 2.系统设计理论 整个高速数据系统主要分为四个部分：数据采集部分、数据控制部分、数据处理部分、数据传输部分。 在数据采集部分，主要应用的就是采样定理、模数转换器ADC 及A/D 转换技术。采用定理说明采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基本依据。具体内容是，频带为F 的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值)1(t f ,)1(t t f ?±,)1(t t f ?±,……来表示，只要这些采样点的时间间隔F t 21≤?，便可根据各采样值完全恢复原来的信号)(t f 。模数转换器ADC 用来把连续变化的模拟信号转换为一定格式的数字量。ADC 转换器实际上就是一个编码器，输

嵌入式系统开发课程-多路数据采集系统设计

嵌入式系统开发课程-多路数据采集系统设计 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

多路数据采集系统设计

1题目要求 所设计的数据采集系统，共有16路信号输入，每路信号都是0~10mV，每秒钟采集一遍，将其数据传给上位PC计算机，本采集地址为50H。要求多路模拟开关用4067，A/D转换用ADC0809，运算放大器用OP07，单片机用89C51，芯片用 MAX232。 设计其电路原理图，用C51语言编制工作程序。 2总体方案设计 根据题目要求，传感器首先采集16路信号，然后被多路模拟开关4067选通某一路信号，接着通过信号调理电路，由A/D转换器进行模/数转换后发送给单片机，之后通过MAX232由RS232串口进行通讯，最终将数据传递到上位PC计算机。因此，数据采集系统主要包括以下几个主要环节： 2.1信号选通环节 由于题目要求采集的信号路数达到了16路，每一路信号的流通路线均相同。如果为每路信号都设置相应的放大、A/D转换单元，成本将大幅度提升。因此可以接入一个多路模拟开关4076，轮流选通每一路信号，实现多路信号共用一个运算放大器和A/D转换单元，即降低了成本，又简化了电路。 4067为16路模拟开关，其内部包括一个16选1的译码器和被译码输出所控制的16个双向模拟开关。当禁止端INH置0时，在I/N0－I/N15中被选中的某个输入端与输出公共端X接通，外部地址输入端A、B、C、D决定了被选通端；当INH置1时，所有模拟开关均处于断路状态。 2.2信号调理电路 为了方便信号的进一步传输和处理，一般均要在传感器的输出端接入信号调理电路，对传感器输出的信号进行变换、隔离、放大、滤波等处理。此处的信号波动范围只有0～10mV，属于微弱信号，需要进行放大处理。按照题目要求，本文设计的系统选用运算放大器OP07。OP07是一种高精的度单片运算放大器，其输入失调电压和漂移值均很低，适合用作前级放大器。 2.3A/D转换器 由于单片机只能处理数字信号，所以需要接入A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。本文采用题目提供的ADC0809，它可以和单片机直接通讯。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 此处采用中断的方式使数据在单片机与ADC0809之间进行交换，端口地址为 FF50H；P0口和WR信号共同生成单片机的启动转换信号；为了在启动转换的同时选通通道，将通道地址锁存信号ALE与START相连；把P0口和RD同时处在有效位的组

一种高速数据采集系统的研究

第31卷第5期 唐山师范学院学报 2009年9月 Vol. 31 No. 5 Journal of Tangshan Teachers College Sep. 2009 ────────── 收稿日期：2008-12-12 作者简介：李洋（1982-），男，河北衡水人，唐山师范学院基础教育部教师。 -66- 一种高速数据采集系统的研究 李 洋，郭小松 （唐山师范学院 基础教育部，河北 唐山 063000） 摘 要：由于高速数据采集对信号完整性、信号干扰、高速布线及数据处理和高速实时存储要求极高，而其应用环境又往往非常复杂，所以在目前的实际应用中，很难实现一种既能进行长时间高速数据采集、又能进行大容量存储的数据采集系统。在此背景下，提出了一种高速数据采集及存储的解决方案，采用高速FPGA 加嵌入式微处理器作为中央处理器来进行高速数据传输和磁盘阵列数据存储，实现高速数据采集及大容量实时存储。 关键词：数据采集；模数转换；海量存储；RAID0 中图分类号： T N919.5 文献标识码：A 文章编号：1009-9115(2009)05-0066-03 Study of High-Speed Data Acquisition and Storage System LI Yang, GUO Xiao-song (Department of Foundation Education, Tangshan Teachers College, Tangshan Hebei 063000, China) Abstract: Because of the extreme requirements of signal integrity, noise jamming, high-speed layout, high-speed real-time storage and the complex application environments, it is very difficult to realize a high-speed data acquisition system which is suitable for long-time data acquisition and mass storage. Against this background, a solution of high-speed data acquisition and storage system is introduced in this thesis, which is using of high-speed FPGA and embedded microprocessors as the central processing device for high-speed data transfer and data storage of redundant array of inexpensive disks , realized on-time data acquisition and mass storage. Key words: data acquisition; A/D convert; mass storage; RAID 现代工业生产和科学研究对数据采集的要求日益提高，在雷达、声纳、软件无线电、瞬态信号测量等一些高速、高精度的测量中，需要进行高速数据采集。目前，数据采集系统在高速A/D 、D/A 器件发展的带动下，采集带宽在稳步提高，具有100MSPS 采集能力以上的高速数据采集系统产品己较成熟。然而国外厂商的高速采集系统往往都价格不菲，而且由于高速数据采集对信号完整性、信号干扰、高速布线及数据处理和高速实时存储要求极高，国内完全掌握这个技术的厂商并不多，所以在实际应用中，很难找到一种满足需要的高速采集系统。这种情况长期限制了高速数据采集技术在我国工业生产和科学研究中的应用。 在这样的背景下，本文提出一种高速数据采集与实时存储系统的解决方案，解决以往在高速技术、数据存储与传输技术等方面的几个技术难点，采用FPGA 作为核心器件，集成中央逻辑控制及硬盘接口，直接将高速数据存入有多块硬 盘组成的实时RAID 存储系统中，实现了高速采集和实时存储，并可脱机运行。这种方案成本低廉，能提高采集速度，增加系统可靠性，并大大提高可持续采集时间，具有较大的灵活性。 1 总体系统方案硬件设计 高速数据采集系统的主要目的是把采集到的模拟信号转化为数字信号，所以模拟信号进入数据采集系统的第一步就是通过AD 采集电路进行模数转换；采集到的数据为了以后研究调用，就需要存储到存储器中，所以系统的最后一步是使用高速海量存储器对数据进行存储；系统的启动、停止和数据传输的方式还需要使用中央逻辑控制电路，所以在AD 采集电路与高速海量存储器之间增加中央逻辑控制电路来作为AD 采集电路与高速海量存储器之间的桥梁；系统通过人机接口与PC 机连接，可以对数据采集系统进行调试，还方便调用存储数据进行研究测试，并实现

数据采集与传输系统实验报告

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！) 数据采集与传输系统 摘要 该数据采集与传输系统以89C51及89C2051为核心，由数据采集模块、调制解调模块、模拟信道、测试码发生器、噪声模拟器、结果显示模块等构成。在本方案中仅使用通用元器件就较好的实现了题目要求的各项指标。其中调制解调模块、噪声模拟器分别采用单片机和可编程逻辑器件实现。本数据采集与传输系统既可对8路数据进行轮检，也可设置为对一路数据单独监控。本系统硬件设计应用了EDA 工具，软件设计采用了模块化的编程方法。传输码元速率为16kHz～48kHz的二进制数据流。另外，还使用了“1”：“01”、“0”：“10”的Manchester编码方法使数据流的数据位减少,从而提高传输速率。

一、方案设计与论证 首先，我们分析一下信道与信噪比情况。本题中码元传输速率为16k波特，而信号被限定在30k～50kHz的范围内，属于典型的窄带高速率数字通信。而信噪比情况相对较好。这是因为信号带宽仅为20kHz，而噪声近似为0～43kHz（）的窄带白噪声，这样即使在信号和噪声幅度比值为1：1的情况下，带内的噪声功率仍然比较小，所以系统具有较高的信噪比。 方案一： 常用的数字调制系统有：ASK、FSK、PSK等。其中FSK具有较强的抗干扰能力，但其要求的的带宽最宽，频带利用率最低，所以首先排除。ASK理论上虽然可行，但在本题目中，由于一个码元内只包括约两个周期的载波，所以采用包络检波法难以解调，也不可行。另外，对于本题目，还可以考虑采用基带编码的方法进行传输，如HDB3码，但这种编码方法其抗干扰能力较差，因此也不太适合。 方案二： PSK调制方式具有较强的抗干扰能力，同时其调制带宽相对也比较窄，因此我们考虑采用这种调制方式。为了简化系统，在实际实现时，我们采用了方波作为载波的PSK调制方式。当要求的数据传输速率较低（≤24kbps）时，对原始数据处理的方法如下：

51单片机数据采集系统[1]

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

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。 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。即改变存储器中的指令内容便可改变通道地址。 由于顺序控制数据采集方式 缺乏通用性和灵活性，所以本设计中选用程序控制数据采集方式。 采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回检测的方式，即一种数据采集的方式。利用多路开关（MUX ）让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是 图1-3 程序控制数据采集原理 图1-1 一般系统框图

数据采集AD转换实验报告

学生实验报告册 课程名称：___________________________________ 学院：______________________________________ 专业班级：___________________________________ 姓名：______________________________________ 学号：______________________________________ 指导教师：___________________________________ 成绩：______________________________________ 学年学期：2017-2018学年秋学期 重庆邮电大学教务处制

STAB! CUt OK ⑵ ADC0809引脚结构 ADC0809各脚功能如下： D7 ~ D0 : 8位数字量输出引脚。IN0 ~ IN7 : 8位模拟量输入引脚。 VCC +5V工作电压。GND地。 REF( +):参考电压正端。REF(-):参考电压负端。 START A/D转换启动信号输入端。 ALE地址锁存允许信号输入端。(以上两种信号用于启动A/D转换). EOC转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。 OE输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK时钟信号输入端(一般为500KHZ。 A B、C:地址输入线。 ⑶ADC0809对输入模拟量要求： 信号单极性，电压范围是0- 5V,若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 地址输入和控制线：4条 ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B, C三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。A，B和C为地址输入线，用于选通IN0 —IN7上的一路模拟量输入。通道选择表如下表所示。

基于GPS的汽车导航系统的设计与实现

邮局订阅号：82-946360元/年技术 创新 汽车电子 《PLC 技术应用200例》 您的论文得到两院院士关注 基于GPS 的汽车导航系统的设计与实现 Realization and design of automobile guidance system based on GPS （吉林工程技术师范学院）张丹彤 ZHANG Dan-tong 摘要:设计并实现了一种以单片机为主要控制器件、基于GSP 模块的新型智能电动汽车底盘的导航系统。GPS 定位系统主 要采用技术非常成熟的GPS 模块进行与单片机的接口通信完成，使用更方便，定位也更准确。所设计的电动导航系统具有全球定位、自动控制、实时性好等多方面优点为一体，应用在当今的汽车上有较好的发展前景。关键词:GPS;导航;数据采集中图分类号:U49文献标识码:A Abstract:The present paper introduced one kind take the monolithic integrated circuit as the primary control component,based on GSP module new intelligent electric automobile chassis guidance system design.The GPS localization mainly uses the technical ex -tremely mature GPS module to carry on with the monolithic integrated circuit connection correspondence completes,use more conve -nient,the localization is also more accurate.This chassis collection whole world localization,the automatic control,timeliness good and so on the various merit is a body,applies has the good prospects for development on the now automobile.Keywords:GPS;navigation;data acquisition 文章编号:1008-0570(2008)11-2-0255-02 近年来，我国私人小轿车拥有量呈上升趋势，单位用轿车拥有量也在快速发展，对于这一类车辆，GPS 领航系统侧重于电子地图领航，对运行路线不固定的车辆，可预先设置到达目的地，在运行中告知运行路线，起到领航的重要作用。本论文介绍了一种以单片机为主要控制器件，基于GSP 模块的新型智能电动汽车底盘的导航系统设计。 1主体控制方案 本系统是以单片机为主要控制器件，基于GSP 模块的新型智 能电动汽车底盘的导航系统设计。该车底盘具有智能避障、 寻迹、测距、报警、寻光、行驶路程显示、行驶时间显示、车体所在环境温度显示、车体所在环境湿度显示、人工定位等功能。可以使用无线遥控器控制，并可以在上位机显示出它所在的位置等数据信息。本系统设计主要包括硬件电路的设计、实时操作系统程序设计、多机通信设计与总线接口的设计。系统框图如图1所示。 图1系统框图 本系统硬件电路主要包括控制模块、GPS 定位模块、电机 驱动模块、传感器数据采集模块、网络节点接口模块、光报警模 块、 显示驱动模块、时间模块、键盘模块与无线通信模块组成。传感器数据采集模块由光电传感器进行对光线的跟踪，红外传 感器进行对近距离的数据采集，声纳传感器进行对远距离的数 据采集，温度传感器对车体周围的环境温度采集，湿度传感器 对周围环境的相对湿度采集等。网络接口采用串行通信方式。 显示驱动模块由LED 数码管与液晶共同显示。无线通信模块采用FSK 方式进行无线传输。 2GPS 定位系统设计 GPS 定位主要采用技术非常成熟的GPS 模块进行与单片机的接口通信完成。电机驱动电路模块主要采用H 型电路构建而成。GPS 模块的电源接口供电有15v 、12v 、5v 、3.3v 不等，本系统为了设计简单采用全新台湾HOLUX 公司推出的SIRF 第三代高灵敏度超小型GPS 接收模块这是最新推出的产品，采用 SiRF 第三代芯片， 主要是定位灵敏度大大提高，例如在汽车上应用时，只要靠近车窗就能较好工作，使用更方便，定位也更准确。本模块主要是提供给从事GPS 模块二次开发的客户使用的，GPS 模块使用3.3伏 （70毫安）直流工作电压，默认每秒输出一次TTL 的NMEA-0183信号。 此模块接口定义如表1所示。GPS 控制模块口控制模块方框图如图2所示。为了使车具 有导航系统，所以在车体上安装了GPS 模块，本设计采用全新台湾HOLUX 公司推出的SIRF 第三代高灵敏度超小型GPS 接 收模块，该模块由6个控制脚组成。为了减轻主控CPU 的负担，并且为了模块化硬件，所以该GPS 模块由一块STC12C2052单 片机进行单独的控制，并且通过74HS573与主单片机进行总线通信。STC12C2052单片机与GPS 通过串行口连接，并且以4800bps 的波特率进行通信。单片机的P1口与74HC573的数据输入口相连接，作为并行的8为数据总线使用，而LE 端口通过一个反响器与STC12C2052单片机的P3.7连接，并且P3.7口 通过一个74HC14与主控单片机的INT0相连。这样当P3.7为张丹彤:副教授 255--

高速数据采集技术发展综述

高速数据采集技术发展综述 摘要：高速数据采集系统广泛应用于军事、航天、航空、铁路、机械等诸多行业。区别于中速及低速数据采集系统，高速数据采集系统内部包含高速电路，电路系统1/3以上数字逻辑电路的时钟频率>=50MHz；对于并行采样系统，采样频率达到50MHz，并行8bit以上；对于串行采样系统，采样频率达到200MHz，目前广泛使用的高速数据采集系统采样频率一般在200KS/s~100MS/s，分辨率16bit~24bit。本篇文章主要简单介绍高速数据采集技术的发展，高速数据采集系统的结构、功能、原理、实现形式以及一些主要的应用。 关键词：高数数据采集系统、系统结构、系统原理、系统功能、实现形式、应用举例。 引言：高速数据采集技术在通信、航天、雷达等多个领域中广泛应用。随着软件无线电、通信技术、图像采集等技术的发展，对数据采集系统的要求越来越高，不仅要求较高的采集精度和采样速率，还要求采集设备便携化、网络化与智能化，并且需要将采集信息稳定的传输到计算机，进行显示与数据处理。同时，以太网协议已经成为当今局域网采用的最通用的通信协议标准。在嵌入式领域中，将以太网协议与数据采集系统相结合，形成局域网，实现方便可靠的数据传输与控制，是当前的研究热点。 1. 高速数据采集的发展 数据采集系统起始于20世纪50年代，由于数据采集测试系统具有高速性和～定的灵活性，可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务，因而得到了初步的认可。到了70年代中后期，在数据采集系统发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集系统，另一类是工业现场数据采集系统。就使用的总线而言，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。随着微型机的发展，诞生了采集器、仪表等同计算机融为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良，超过了传统的自动检测仪表和专用数据采集系统，因此获得了惊人的发展他3。随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，基于标准总线并带有高速DSP的高速数据采集板卡产品也越来越多，技术先进、市场主流的厂商主要有Spectrum Signal Processing，SPEC，Signatec，Acquisition Logic，Blue Wave等公司 2001年Acquisition logic公司推出了基于PCI总线，采样率为500MS／s，1GS／s的8bit数据采集板卡AL500和AL51G，它的存储深度分别为64MB，256MB和1000MB三种。PCI 总线为主模式，数据宽度32bit，时钟频率33MHz，在突发模式下传输速率可达到133MB ／s。两种板卡还同时具有数字信号处理功能：通过板卡上的现场可编程门阵列FPGA来实