数据采集及处理系统的设计

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1、武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：孙程源专业班级：自动化0804班指导教师：张素文工作单位：自动化学院题目:数据采集及处理系统的设计初始条件：设计一个64路巡回数据采集及处理系统，系统循环周期为1秒，16路模拟信号输入，16路开关信号输入，16路模拟输出，16路数字输出。要求完成的主要任务:1.输入通道及输出通道设计（0~20mV输入），（0~10V输出）2.每周期内各通道采样10次；3.对模拟信号采用一种数字滤波算法；4.完成系统硬件电路设计，软件流程及各程序模块设计；5.完成符合要求的设计

2、说明书时间安排：2011年6月20日~2010年6月30日指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日26武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书摘要数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。随着计算机技术的发展，数据采集系统可以通过A/D转换把模拟信号转换成数字信号，并且可以方便的实现数字信号存储、处理及再现,因此该系统得以越来越广泛的应用。数据采集和处理是计算机控制系统的重

3、要组成部分，在工业控制机和生产过程之间，要对生产过程进行实时控制，就要实时的了解生产状态，这就要求采集大量的模拟信号或数字信号进行分析，并输出有一定意义的、更直观和易于理解的模拟量或数字量，以对控制进行指导，调整控制方案。针对目前实时存盘采集系统存在体积大、设计复杂、成本较高等不足之处，本课题设计了一种基于高速串行总线和数字信号处理器的多路数据采集系统,具有成本较低、集成度较高等特点，同时具有一定数字处理能力。关键词：数据采集和处理，A/D转换，D/A转换，采样保持26武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书目录1设计任务

4、及要求的分析51.1设计任务及要求51.2要求分析52方案比较及认证63硬件电路原理73.1多路模拟开关73.2模拟输入输出通道及处理73.2.1模拟输入通道73.2.2算数平均值数字滤波算法83.2.3模拟输出通道93.3数字输入输出通道及处理103.3.1数字输入通道104.3.4数字量的输出电路135软件设计及程序145.1软件思想145.2流程图145.2.1模拟通道系统框图145.2.2数字通道系统框图156总结167参考资料17附录一芯片资料18附录二硬件电路图22附件三程序清单2326武汉理工大学《计算机控制技术

5、》课程设计说明书1设计任务及要求的分析1.1设计任务及要求本课题要求设计一个64路巡回数据采集及处理系统，系统循环周期为1秒，16路模拟信号输入，16路开关信号输入，16路模拟输出，16路数字输出。输入0~20mV，输出0~10V；每周期内各通道采样10次，并对模拟信号采用一种数字滤波算法。设计系统硬件电路、软件流程及各程序模块。1.2要求分析　　数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进行显

6、示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。　　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。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，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的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，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

7、式进行输出和显示。数据采集及数据处理的过程，可以理解为先采集数据，然后将数据输入到CPU，最后输出数据。在这一过程中，还要选择数据通道。为了适应芯片的电压值，还可能需要把传入的模拟电压放大或缩小，转换成模拟信号后，驱动相应的执行机构，达到控制的目的。在输出过程中，芯片输出可能为电流信号，也可能为电压信号。根据本题目的要求，需将电流信号转换成电压信号。26武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书2方案比较及认证数据采集系统主要需要解决的是模拟量输入通道问题，在众多的模拟量输入中，需要确定模拟量输入通道的结构。模拟量通道结构有

8、两种，一种是每路模拟量均有各自独立的A/D转换器、采样/保持器，另一种是多路模拟量共用一套采样/保持器、A/D转换器。在两种结构中，前者电路结构简单，程序设计方便。由于每路模拟量均需各自独立的A/D转换器，因此尽管只有一个处理器，但A/D转换是并行的，具有很快的转换速度。由于