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多通道数据采集系统的设计与实现

作　者: 孙文
导　师: 全惠敏
学　校: 湖南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 数据采集 C8051F060 信号处理 STM32F207 以太网通信
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


在工业生产、国防建设、科技研究等各个领域当中，现代智能化的设备应用得越来越多，其自身功能也越来越完善，自动化程度越来越高，信息监控系统的应用也越来越广泛，而信号数据采集则是信息监控系统至关重要的基础前提。为了提高信息监控系统的准确性和实时性，本文以C8051F060和STM32F207为核心，设计了一款便携式、通用型、高精度的多通道数据采集系统，通过系统软件的配置，主要实现了对模拟量和数字量等信号进行采集和处理，并且通过以太网接口，将数据上传至上位机，实现信号分析和显示等功能。本文首先介绍了数据采集系统的研究背景、发展现状以及发展趋势，阐明了数据采集系统的研究意义。依据电路模块的不同应用功能，仔细地讨论了多通道数据采集系统的总体设计方案，并且详细介绍了多通道数据采集系统的设计指标。整个系统的硬件电路采用了Silicon Lab公司的C8051F060作为前端数据采集芯片，主要用于对模拟信号的采集和前期处理，并且使用了意法半导体公司的STM32F207作为作为主控制芯片，采用以太网接口电路对采集信号进行传输。详细地论述了多通道数据采集系统各个模块电路的组成和实现原理，重点设计了模拟量调理电路和以太网接口电路。在硬件电路的设计基础上，设计分析了C8051F060的数据采集和处理程序，以及基于STM32F207的以太网通信程序两大部分，详细阐述了整个多通道数据采集系统的软件设计思想。最后对所开发的多通道数据采集系统进行测试研究，以机械振动传感信号作为系统的测试数据，对系统的性能做出了各项测试，给出了测试结果并分析了系统的运行情况。测试证明多通道数据采集系统采集精度高，工作稳定性好，能够满足实际使用需求，适用于各种工业场合的监测应用。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-17
  1.1 课题研究的背景  10-12
  1.2 数据采集系统的发展现况和趋势  12-15
  1.3 数据采集系统的研究意义  15
  1.4 本文主要研究内容和结构安排  15-17
第2章 多通道数据采集系统总体设计  17-28
  2.1 数据采集的原理  17-21
  2.2 以太网通信原理  21-22
  2.3 多通道数据采集系统总体设计的需求分析及技术指标  22-24
    2.3.1 传统数据采集模块在应用中的不足  22-23
    2.3.2 多通道数据采集系统功能需求与技术指标  23-24
  2.4 多通道数据采集系统总体设计方案  24-27
    2.4.1 分布式数据采集监测系统结构  24-25
    2.4.2 多通道数据采集系统整体方案设计  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章 多通道数据采集系统硬件设计  28-49
  3.1 硬件设计原则  28-29
  3.2 信号采集调理电路设计  29-33
    3.2.1 模拟量信号变换调理电路设计  29-32
    3.2.2 开关量信号输入电路设计  32-33
  3.3 前端信号采集芯片电路设计  33-37
    3.3.1 C8051F060 芯片介绍  33-35
    3.3.2 前端采集芯片及外围电路设计  35-37
  3.4 主控芯片模块设计  37-46
    3.4.1 STM32F207 芯片介绍  37-39
    3.4.2 STM32F207 主控模块设计  39-43
    3.4.3 以太网通信接口设计  43-46
  3.5 电源电路设计  46-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章 多通道数据采集系统软件设计  49-64
  4.1 软件总体设计  49-50
  4.2 Silico n IDE 简介  50-51
  4.3 C8051F060 数据采集与处理模块  51-57
    4.3.1 C8051F060 主程序  51-52
    4.3.2 端口交叉开关配置程序  52-53
    4.3.3 A/D 数据采集程序  53-55
    4.3.4 数据处理模块  55-57
  4.4 STM32F207 主程序和以太网通信模块  57-63
    4.4.1 主控芯片 STM32F207 系统流程  57
    4.4.2 以太网通信初始化  57-60
    4.4.3 TCP/IP 通信流程  60-61
    4.4.4 TCP/IP 通信数据包格式  61-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章 多通道数据采集系统测试与分析  64-69
  5.1 测试平台搭建  64-65
    5.1.1 测试对象和测试装置  64
    5.1.2 测试平台搭建  64-65
  5.2 模块功能测试分析  65-68
    5.2.1 以太网通信功能测试  65-66
    5.2.2 上位机软件界面  66-67
    5.2.3 振动信号测试  67
    5.2.4 数据采集精度测试  67-68
  5.3 本章小结  68-69
总结与展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
附录 A 攻读学位期间发表的学术论文  75-76
附录 B 攻读学位期间参加的科研项目  76

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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