一种基于单片机的数据采集系统的设计

中国高新技术企业

一种基于单片机的数据采集系统的设计

文／高冠新

【摘要】

本文详细介绍了一种基于单片机的高速数据采集系统，在单片机与高速Ａ／Ｄ转换器之间以静态

存储器作缓冲器，采用Ａ／Ｄ转换器直接写存储器的方式提高采样频率，实现高速数据采集。并给出了设计方案。

【关键词】单片机

Ａ／Ｄ转换器

数据采集

１引言

随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，以便提高产品质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬态物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一，它将提高人们对各种瞬态现象进行研究的能力。

２数据采集系统的设计

图２ＭＡＸｌ４２６的每一级结构

２．３高速静态ＲＡＭ

高速静态ＲＡＭ［５］采用ＣＹＰＲＥＳＳ公司的高速静态存储器ＣＹ７Ｃｌ９９２２０，单片容量３２ＫＢ，典型读写时间２０ｎｓ，由两片ＣＹ７Ｃｌ９９２２０构成一个６４ＫＢ的外部存储器。

２．４地址发生器

地址发生器是一可预置数的１６位二进制计数器，电路采用４片

图１硬件电路原理框图

采集系统由单片机、高速Ａ／Ｄ转换器、高速静态ＲＡＭ及ＬＥＤ显示等部分组成，如图１所示。高速静态ＲＡＭ用作单片机与Ａ／Ｄ转换器之间的数据缓冲．ＲＡＭ的数据线和地址线由总线切换电路来控制，选择连接单片机总线或连接到Ａ／Ｄ转换器的数据输出和地址发生器输出地址。高速静态ＲＡＭ的读写由读写控制电路实现。在数据采集期间，存储器的写入地址由可预置的１６位地址发生器产生，其溢出信号作为数据采集结束控制和单片机的结束标志。

２．１单片机

ＭＣＳ－５１系列中的８０３１是８位的单片机［１］，价格便宜，适合大批量的生产。８０３１［２］是标准的４０引脚双列直插式集成电路芯片，使用的是５Ｖ电源，有２个定时器／计数器Ｔ０和Ｔ１，Ｔ０／Ｔ１是１６位的计数器／定时器，通过编程的方式可以用来设定为定时器或者为计数器。在单片机控制系统中，常要求一些外部实时时钟，以实现定时或延时；也常要求有一些外部计数器，以实现对外部事件进行计数。ＭＣＳ５１是指由美国ＩＮＴＥＬ公司生产的一系列单片机的总称，如８０３１，８０５１，８７５１，８０３２，８０５２，８７５２等，其中８０５１是最早最典型的产品，该系列其它单片机都是在８０５１的基础上进行功能的增，减、改变而来的，所以人们习惯于用８０５１来称呼ＭＣＳ５１系列单片机，而８０３１是前些年在我国最流行的单片机，所以很多场合会看到８０３１的名称。

２．２高速Ａ／Ｄ转换器

采用ＭＡＸＩＭ公司的流水线型高速Ａ／Ｄ转换器ＭＡＸｌ４２６，转换精度１０ｂｉｔｓ（在使用过程中仅取高八位）并行输出、最大采集频率ｌ０ＭＨｚ，内置Ｔ／Ｈ，采用循环采集方式。

每ＭＡＸｌ４２６采用了十级流水线结构，每一级结构如图２所示。

一级流水线包括一个采样／保持放大器、一个低分辨率ＡＤＣ和ＤＡＣ［４］

及一个求和电路，其中求和电路还可提供固定的增益。在进行数据采集时，第一级流水线的采样／保持放大器对输入信号取样后先由第一级的ＡＤＣ对输入进行量化，接着用ＤＡＣ产生一个对应于量化结果的模拟电平送至求和电路，求和电路从输入信号中扣除此模拟电平，并将差值精确放大（固定增益）后送至下一级电路处理。

［３］

４位可预置计数７４Ｆｌ６３级联组成。可以预置１６位地址的初值，也就是传输数据块的起始地址。一片７４Ｆｌ６３的典型传输时间是６．５ｎｓ，所以地址发生器的延时时间为２６ｎｓ。

２．５总线切换

总线切换采用７４Ｆ２４５三态总线收发器并联，分别选通单片机系统总线和地址发生器地址输出与Ａ／Ｄ转换器数据输出构成的外部总线，如图３所示。７４Ｆ２４５的典型传输时间为６．５ｎｓ。

图３总线切换电路

３串行数据采集及实现

以一片单片机为核心，加上简单的外围电路，配合相应的系统程序就可实现串行数据采集及控制。

（１）数据采集（２）串行通讯：单片机的串口输入输出电平是ＴＴＬ电平，利用一片ＭＡＸ２３２芯片可实ＲＳ２３２电平转换，接口电路十分简单。（３）系统结构简单，功耗低，系统充分利用了单片机的软硬件资源（Ａ／Ｄ转换器、串行口，定时器等），外围电路简单，所需组件少，且采用ＣＭＯＳ芯片，系统功耗低。

（４）智慧化、可程控。通过系统程序的编写，使之具有计算和判断能力，有一定的信号处理能力，使得数据采集及控制模块具有智能化的特点，优于不含ＣＰＵ的同类模块。易实现有关数据采集的参数控制，一方面，设计时，可按要求通过对单片机编程确定系统参数；另一方面，在使用过程中，单片机通过键盘接受指令，进一步设置系统的功能及参数。

（５）多功能：单片机具有多个输入输出口，外接简单的电路，可输出多道信号用于控制前端的检测，如程控放大器的增益、滤波器的

（下转１１６页）

－１０８－工程建设与管理

中国高新技术企业

加工程保险，努力降低工程的经济损失。

当前，随着国民经济的发展，围垦项目越来越多，但深海海堤施工总体成熟时间还不很长，本文简单介绍了海堤施工中必须引起注意的相关问题，仅供参考。

报，２００７（１４）．

［２］陈士强，罗春燕，苏珠琨，钟志能．ＨＥＣ海砂混凝土性能及其在康熙岭海堤建设中的应用［Ｊ］．广西水利水电，２００４（３）．

［３］朱邦贤，王亦林．顶管技术在老海堤新闸建设中的应用［Ｊ］．浙江水利科技，２００２（２）．［４］李明义．滩海油田海堤及平台建设技术研究与实践［Ｊ］．中国海洋平台，２０００（３）．

（作者单位系浙江省第一水电建设集团有限公司）

参考文献

［１］王世杰，常见海堤工程的结构型式分析及应用［Ｊ］．科技咨询导

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带宽等。利用脉冲调制输出ＰＷＭ可产生脉冲信号，单片机输出的时钟信号也可供系统使用。通过灵活配置和使用单片机的资源，可设计出多功能的数据采集及控制系统。配备液晶显示器，可构成一个相对的数据采集系统，采集数据可暂存于ＥＥＰＲＯＭ中，供单片机读取。

４程序设计

软件由主程序、子程序组成。子程序主要有显示刷新子程序、定量计算子程序、键命令处理子程序、显示状态计算子程序、

Ａ／Ｄ转出错处理子程序、

换子程序，数字滤波子程序、数据通信子程序、时钟定时子程序等。其中，主程序框图如图４所示：

图４主程序框图

５结束语

数据采集系统是计算机与外部世界联系的桥梁。数据采集技术是信息科学的主要组成部分，它是以传感器技术、信号检测与处理、电子学、计算机技术等方面技术为基础而形成的一个综合应用技术学科，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术有广阔的发展前景。

参考文献

［１］陆坤，奚大顺．电子设计技术［Ｍ］．成都：电子科技大学出版社，ｌ９９７．［２］刘先昆，潘红兵，纪圣谋等．基于单片机系统采用ＤＭＡ块传输方式［Ｊ］．电子技用，２０００（７）：１８．

［３］何立民．单片机应用系统设计［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，ｌ９９０．

［４］先锋工作室．单片机程序设计实例．清华大学出版社．

［５］肖金球．单片机原理及接口技术．电子工业出版社．

（作者单位系深圳市建筑工务署）

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定义这些规则必须满足最小信任度阈值。

通过以上的算法和步骤，当安全事件的数量积累足够多的时候，可以有效挖掘出事件之间的关联特性。例如通过挖掘可以得到对网络的正常访问和非正常访问状况，为及时分析处理网络非正常访问提供有力帮助。

四、结束语

数据挖掘技术在信息安全领域还是一个新的应用，本文利用Ａｐｒｉｏｒｉ算法对安全事件的挖掘进行了探讨。当然数据挖掘还有很多其它算法能够被应用到信息安全领域，随着安全管理水平的提高，数据挖掘在安全领域必将得到更多的应用，为安全管理员解决更多的问题。

（作者单位系张家口市人才交流中心）

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和苗木经营等活动。可以预期，通过改革开放定会进发出巨大活力，

３、要面向社会需要加大人才培养的力度定会使园林城市蓬勃发展。创建园林城市，即建成适合人们高质量园林城市的成败得失，从根本上说取决于人才的有无和多少，生活、工作、游憩的生态环境，也称为绿色城市。这是社会发展的要因此要把人才培养工作当作一项根本大事来抓，根据全社会的需求，也是满足群众需求的唯一途径。只有这样才能达到发达国家的

水平、走进世界先进行列。

参考文献

过学校的培养，也要注重通过实践自学培养和继续教育的培养。在［１］罗蒙深圳城市园林绿化的发展策略中国园林２０００／４培养过程中，除了进行知识性、业务性教育外，更要重视品德教育，［２］杜桂祥大力推进绿化建设实施可持续发展园林２００１／１没有为人民服务的思想，没有强烈的事业心，纵有知识懂业务，也成［３］杨文悦城市发展规划在前环保为先园林２００１／４不了对人民有用的优秀人才。［４］马海鹰欧阳东以创建园林城市为突破口推进城市现代化建设

４、搞好园林事业的改革开放城乡建设１９９９／４多年来，园林系统都是按事业单位加以管理，这种局面、这种［５］张宏强化生态观念建设生态城市城乡建设１９９９／２管法很不适应大园林的需要，应该根据政事分离、政企分离、重心下［６］陈为邦张希奔向２１世纪的中国城市山西经济出版社１９９１移的原则进行改革，从上、机制上实现根本性的转变。应该［７］世行城市规划新概念新方法商务印书馆１９９３从上鼓励社会、单位和个人兴办园林事业，从事园林设计施工（作者单位系广州市普邦园林配套工程有限公司）

要，采取多渠道多方设法加大培养力度。园林绿化事业所需人才是多类型、多档次的，要按所需类型、档次分别加以培养。既要注重通

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