基于單片機的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)

-.z西南交通大學本科畢業(yè)設計〔論文〕基于單片機的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)Amulti-channeldatadetectionsystembasedonMCU-.z畢業(yè)設計〔論文〕任務書班級學生**學號發(fā)題日期：2完成日期：題目基于單片機的多通道數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)1、本論文的目的、意義溫度壓力液位流量是工業(yè)自動化常見控制參量，實現(xiàn)其監(jiān)測與控制是根底性工作，也是機械電子工程專業(yè)學生必須掌握的根底內容。本課題要求學生綜合利用所學知識，培養(yǎng)動手能力，在前人工作根底上，改良完善，實現(xiàn)多通道模擬工業(yè)溫度壓力液位信號采集和處理顯示，實現(xiàn)上下限報警和電磁繼電器和開關通斷控制。該課題對于機電測控實驗中心完善實驗建立具備價值。2、學生應完成的任務〔1〕查閱收集資料、熟悉設計原始資料、完成相關不少于10000個字符的外文資料翻譯?！?〕完成畢業(yè)實習調研以及實習報告的撰寫?！?〕現(xiàn)有溫度壓力液位流量監(jiān)測與控制系統(tǒng)調研和資料搜集?！?〕多路參量監(jiān)測與控制系統(tǒng)方案設計?！?〕接口電路板制作和加工?！?〕實驗程序設計與調試。〔7〕完整程序和實物一套。〔8〕整理完成不少于24000字的畢業(yè)論文。3、論文各局部內容及時間分配：〔共12周〕第一局部 調研準備和資料搜集 〔2周〕第二局部 方案設計和元器件采購 〔2周〕第三局部 硬件制作 〔3周〕第四局部 軟件調試 〔3周〕第五局部 系統(tǒng)集成，撰寫畢業(yè)論文 〔1周〕評閱及辯論 評閱辯論 〔1周〕備注指導教師：年月日審批人：年月日摘要隨著電子計算機信息技術的不斷開展和完善，采用單片機實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應用越來越多。采用單片機實現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有自動化和無人值守的特點。在許多工業(yè)測控機械、醫(yī)療儀器以及消費電子產(chǎn)品中，都對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實時性與功耗提出了更高的要求：即在滿足微功耗、微型化的總體設計原則根底上，又要能實時反映現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)的變化。這就對系統(tǒng)的功耗、采樣速度、數(shù)據(jù)存儲和傳輸速度等提出了更高的要求。然而，隨著半導體與微控制器技術的飛速開展，各種微電子器件的性能不斷提高，功耗卻不斷降低。技術的進步使得高速度、低功耗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得以實現(xiàn)。本文設計的數(shù)據(jù)采集與顯示、處理系統(tǒng)采用TI公司研制的MSP430系列超低功耗單片機作為核心控制元件，實現(xiàn)了8通道模擬量數(shù)據(jù)的采集、自動循環(huán)顯示、用戶查詢、限位設定及報警、外圍驅動能力、時間顯示、以及和上位機組態(tài)軟件的通信功能。該系統(tǒng)功能齊全，且具有一定的通用性。主要研究內容如下：首先，分析了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術領域內國內外的研究現(xiàn)狀，以及MSP430系列低功耗單片機的特點和應用情況。其次，分析了研究數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的現(xiàn)實意義，在此根底上給出了基于MSP430單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體設計方案。比擬詳細的介紹了實現(xiàn)該系統(tǒng)的硬件電路設計，包括電源電路、按鍵電路、復位電路、點陣LCD顯示電路、LED指示燈和蜂鳴器報警電路、直流電機驅動電路和USART異步串行通信電路等電路的原理圖設計。最后詳細的介紹了基于C語言的軟件系統(tǒng)實現(xiàn)方案。其中，軟件系統(tǒng)的設計是本設計的工作重點。設計過程采用了模塊化的軟件設計思想。文中第4章前6小節(jié)詳細介紹了系統(tǒng)中各個模塊軟件設計過程。其中和組態(tài)王的串口通信程序設計是最有創(chuàng)新性的內容；第7小節(jié)介紹了這些模塊之間的輸入、輸出等關系，并最終給出了主處理程序的構造框架。本設計的最終實驗結果說明，下位機的數(shù)據(jù)采集及顯示、查詢、報警等功能均能順利實現(xiàn)；與組態(tài)王的串口通信程序設計取得了明顯的成果。關鍵詞：數(shù)據(jù)采集MSP430串行通信-.zAbstractWithdevelopmentofputerandinformationtechnology,usingofMCUinadatadetectionsystemisbeingmoreandmorepopular.DatadetectionsystemwithMCUhascharacterofautomatedandunattended.Real-timeandlowerpowerconsumptionisdemandedinmanyindustrialmeasurementandcontrolmachinery,medicalequipmentandconsumerelectronicsproducts:principleofoveralldesignisnotonlymeetmicro-powerconsumptionandminiaturizationbutalsoreflectreal-timedatachangeswhenthescenechanges.Thismakeahigherdemandofthesystem’spowerconsumption,samplingspeed,datastoragespeedandtransmissionspeed.Withtherapiddevelopmentofsemiconductorandmicrocontrollertechnology,performanceofmicroelectronicdevicesisimprovedbutthepowerconsumptionisreduced.Advancesintechnologymakehigh-speed,lower-powerdatadetectionsystemcanberealized.ThedatadetectionandprocessingsystemdesignedinthispaperuseTI’sMSP430asthecoreelement,whichachievesthefunctionssuchas:8-channelanalogdatadetection,automaticcycledisplay,userqueries,setthelimitandgivealarm,todrivethee*ternaldevices,showtimeandmunicatewithPC(throughKingView6.51).Thesystemhasenoughfunctionsandismonality.Maincontentsareasfollows:First,analysestheresearchstatusquoofthedatadetectionsystemathomeandabroad.Second,analysesthepracticalsignificanceofdatadetectionsystem,onbasisofthis,wegiveadatadetectionsystemdesignprogrammewhichbasedonMSP430.Wedetailthesystem’sstructuraldesignandhardwarecircuitdesign,includingpowercircuit,buttoncircuit,resetcircuit,dot-matri*LCDdisplaycircuit,LEDandbuzzeralarmcircuit,motor-drivencircuitandUSARTmunicationcircuit,Finally,giveadetailintroductiontodesignasoftwaresystembasedonClanguagetorealizethewholefunction.Thesoftwaredesignisthekeyworkofthisdesign.Thewholedesignprocessingbasedonaconceptcalled“modulardesign〞.InChapter4thefirstsi*sectionsdetaileverymodule’sdesigningprocess.SerialmunicationproceduresdesignbetweenKingViewandMSP430isbelievedtobethemostinnovativecontentinthispaper;insection7,inputandoutputrelationsamongallthemodulesisanalysed.Andfinally,Igivethemainprogram’sstructuralframework.Finaltestresultsshowthatdatadetectionanddisplay,queryandalarmfunctioncanrunssmoothly;serialmunicationdesignbetweenKingViewandMSP430haveachievedremarkableresults.keywords：datadetectionMSP430serialmunication-.z目錄第1章緒論11.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述11.1.1嵌入式系統(tǒng)概述31.1.2嵌入式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡介31.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開展方向31.3本文研究的主要內容及組織構造7第2章基于MSP430的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)設計62.1基于MSP430的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)構建62.1.1系統(tǒng)功能分析62.1.2系統(tǒng)的硬件原理框圖72.1.3系統(tǒng)的工作過程82.2系統(tǒng)主要功能器件的介紹及選擇82.2.1單片機的選擇82.2.2傳感器簡介112.2.3AD轉換模塊構造介紹112.2.4LCD顯示模塊的選擇14上位機處理系統(tǒng)軟件的選擇15第3章基于MSP430的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設計173.1電源電路的設計173.2復位電路設計183.3模擬量采集電路的設計183.4圖形點陣LCD顯示電路193.5按鍵處理電路203.6串行通信電路設計213.7報警系統(tǒng)及外圍驅動模塊電路設計233.7.1報警電路設計233.7.1電機驅動電路設計243.8單片機電路設計24第4章基于MSP430的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設計264.1系統(tǒng)時鐘模塊的初始化設置284.2模擬量采集模塊軟件設計284.2.1轉換模塊的初始化設置284.2.2轉換數(shù)據(jù)的讀取284.2.3轉換數(shù)據(jù)的格式化304.2.4ADC12模塊的啟動314.3輸入模塊的軟件設計324.3.1輸入模塊的初始化設置324.3.2中斷處理程序344.4顯示模塊的軟件設計42LCD初始化設計424.4.2LCD顯示設計434.5串行通信模塊的軟件設計454.5.1組態(tài)王與單片機的通信協(xié)議464.5.2單片機通訊程序設計494.6報警系統(tǒng)及外圍驅動電路模塊的軟件設計564.6.1報警系統(tǒng)的軟件設計574.6.2外圍驅動模塊的軟件設計584.7主處理模塊程序設計60第5章系統(tǒng)的調試及運行635.1系統(tǒng)實物電路的搭建635.2下位機設計功能調試635.1和組態(tài)王6.51串口通信的調試63結論68致謝69參考文獻70附錄1：電路原理圖71附錄2：程序72附錄3：實習報告72-.zresult8=(int)(((2.5*result8)/4096-0.986)/0.0000355);for(tmp=0;tmp<4;tmp++){results1[iq1]=result1%10;//溫度一iq1=iq1+1;iq1=iq1%4;result1=result1/10;………………results[iq8]=result8%10;//流量二iq8=iq8+1;iq8=iq8%4;result8=result8/10;}}以上處理程序中，result*是實際要利用的數(shù)據(jù)格式〔兩位整數(shù)局部，兩位小數(shù)局部〕，數(shù)組results[]用來存儲轉換數(shù)據(jù)的各位數(shù)據(jù)。主要是為了在以后的LCD顯示局部能夠方便的取出逐位顯示。4.2.4ADC12模塊的啟動ADC12模塊的啟動函數(shù)，用以在程序適當位置啟動AD轉換。程序如下：voidstart_ADC12(){ADC12CTL0|=ADC12SC;//啟動AD轉換adc_Flag=0;//設置標志，表示正在轉換中}4.3輸入模塊的軟件設計系統(tǒng)的輸入模塊主要是指行列矩陣掃描鍵盤。在第三章中介紹鍵盤電路設計時候，已經(jīng)較詳細的說明了鍵盤的電路設計以及工作原理。這里再詳細說明系統(tǒng)對鍵盤的功能需求以及軟件實現(xiàn)方法。這里采用定時器B以0.125s的循環(huán)速度使行線P1.1和P1.3循環(huán)置0，來檢查是否有按鍵按下，假設檢查到有按鍵按下，則系統(tǒng)進入端口中斷復位程序，根據(jù)按下的鍵值進展對應的中斷處理。程序流程圖如下：圖4-3輸入模塊流程圖圖4-3輸入模塊流程圖該模塊主要包括對定時器B和端口中斷的處理。下面具體分析該模塊的程序設計。4.3.1輸入模塊的初始化設置該局部主要完成端口的初始化和定時器B的初始化。下面為初始化局部的代碼程序。1、端口初始化程序：voidInit_INPUTPort(void){//將管腳在初始化的時候設置為輸入方式P1DIR=0;P1SEL=0;P1SEL|=BIT2//除P1.2外〔另有所用〕，所有的管腳設置為一般I/O口P1DIR&=~(BIT4);………………P1DIR&=~(BIT7);//將P1.4P1.7設置為輸入方向，鍵盤的列線P1DIR|=BIT1;P1DIR|=BIT3;//將P1.1和P1.3設置為輸出方向P1IE|=BIT4; //管腳P1.4使能中斷P1IES|=BIT4; //對應的管腳由高到低電平跳變使相應的標志置位………………P1IE|=BIT7; //管腳P1.7使能中斷P1IES|=BIT7; //對應的管腳由高到低電平跳變使相應的標志置位return;}程序中，鍵盤列線被設置為輸入方向，只能讀該端口的數(shù)據(jù)；行線被設置成輸出方向，該端口可讀可寫，可用定時器B使其循環(huán)輸出上下電平，以監(jiān)測按鍵事件。2、定時器B的初始化程序：voidInit_TimerB(void){TBCTL=TBSSEL0+TBCLR;//選擇ACLK=32768HZ，去除TARTBCCTL0=CCIE;//TBCCR0中斷允許TBCCR0=4096; //時間間隔為0.125sTBCTL|=MC0;//增記數(shù)模式}由以上程序可以看出，通過設置TBCTL可以設置定時器B的時鐘源選擇，設置TBCCR0來確定時間間隔，用戶可以根據(jù)自己的需要調整相應存放器的值以滿足自己的要求。在這里由于選擇的時鐘源頻率為32768KHz，并為增計數(shù)模式，所以定時時間為4096/32768=0.125s。4.3.2中斷處理程序該局部主要是定時器B中斷和端口中斷處理兩個局部。定時器B中斷主要負責設置行線的電平，使系統(tǒng)處于按鍵輸入狀態(tài)。端口中斷主要是負責判斷哪個列線上有按鍵輸入，從而獲得數(shù)據(jù)。下面給出局部的程序代碼。定時器B中斷效勞程序。該局部代碼主要完成循環(huán)將相應的行線設置為低電平和高電平，使系統(tǒng)處于按鍵輸入狀態(tài)。*pragmavector=TIMERB0_VECTOR__interruptvoidTimerB_ISR(void){switch(PORT_count){case0:{PORT_count=1;P1OUT|=BIT3;//p1.3設置為高電平P1OUT&=~(BIT1);//p1.1設置為低電平break;}case1:{PORT_count=0;P1OUT|=BIT1;//p1.1設置為高電平P1OUT&=~(BIT3);//p1.3設置為低電平break;}default:break;}}上面程序中，PORT_count用來標記按鍵所按下的行號，與下面的端口中斷效勞程序配合使用就可以得到按下的鍵的位置。端口中斷效勞程序。該模塊主要用來判斷哪根列線出現(xiàn)了低電平，從而獲得輸入值。下面為局部程序代碼：*pragmavector=PORT1_VECTOR__interruptvoidPORT_ISR(void){Delay_ms(50);//消除延時抖動if(P1IFG&BIT4)//P1.4列線上有按鍵輸入{P1IFG&=~(BIT4); //去除中斷標志位Delay_ms(1);//消除抖動switch(PORT_count)//獲得輸入值{case0:PORT_INPUT=10;//FUN_Key鍵，功能鍵/*所需要的處理動作*/break;case1:PORT_INPUT=11;//T_Key鍵，用以顯示"時間"/*所需要的處理動作*/break;default:break;}}elseif(P1IFG&BIT5)//P1.5列線上有按鍵輸入{}elseif(P1IFG&BIT6)//P1.6列線上有按鍵輸入{}else//P1.7列線上有按鍵輸入{}}//端口中斷效勞程序完畢由以上程序可以看出，鍵值判斷的具體過程是這樣的：進入端口中斷效勞程序之后，首先是用if—else語句判斷是哪個口產(chǎn)生了中斷。判斷出中斷入口之后，去除相應的中斷標志位P1IFG.*，然后再結合在定時器B中斷效勞程序中所記錄的PORT_count值來選擇確定按鍵所處的位置。比方：如果當前的中斷入口是P1.4，同時假設PORT_count==0，則由定時器B中斷效勞程序可以得知，當前P1.3=0，P1.1=1，則用戶按下的鍵是FUN_Key〔參照鍵盤電路圖〕。其它判斷以此類推。限于文章篇幅，以上程序只簡單給出了P1.4口產(chǎn)生中斷時鍵值的判斷過程。其余各口P1.5、P1.6、P1.7都與P1.4口的判斷方法一樣。然而，對于本系統(tǒng)來說，我們的目的不是簡單的判斷是哪個鍵被按下了，然后獲取鍵值，而是要求當有鍵被按下時，系統(tǒng)要根據(jù)被按下的鍵做出相應的反響〔主要是指LCD的顯示動作〕，編寫控制這些反響的程序代碼是編寫端口效勞程序的主要工作。為了比擬清楚的了解本系統(tǒng)輸入中斷效勞程序和主程序之間的構造關系，請先參看下列圖4-4：圖4-4輸入模塊與主程序構造關系圖圖4-4輸入模塊與主程序構造關系圖如上圖所示，主程序是一直處于循環(huán)狀態(tài)的。當有按鍵按下，程序進入“有輸入分支〞并進入中斷承受按鍵輸入信息，接收完畢之后，根據(jù)新信息更新循環(huán)輸出內容；假設無輸入，則程序依據(jù)原有信息不斷循環(huán)。下面將分別說明各個按鍵的功能及其程序設計。FUN_Key鍵：功能鍵。這個鍵主要是用來設置各個檢測通道的上限和下限的。當按下1次時，LCD進入限值設定頁面；這時，再用Up_Key鍵和Down_Key鍵選擇所需要設置的通道號；選定完畢之后，按FUN_Key鍵確認，LCD進入該通道的上下限設置頁面，再用Up_Key鍵和Down_Key鍵選擇所需設置的限位，F(xiàn)UN_Key鍵確認；最后，用Up_Key鍵和Down_Key鍵設置限位數(shù)據(jù)。設置完畢后，進入主程序循環(huán)。這個過程可以用下列圖4-5來描述：圖4-5限值設置流程圖圖4-5限值設置流程圖由上圖可以看出，F(xiàn)UN_Key鍵的功能是通過FUN_Key的值來判別的，所以就可以在FUN_Key鍵動作時，賦以變量FUN_Key不同的值，其它程序則可以根據(jù)變量FUN_Key的值的不同來判別需要什么動作。如上分