中北大学2011届毕业设计说明书毕业设计说明书利用FIFO的高速数据采集系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日利用FIFO的高速数据采集系统设计摘要高速数据采集存储技术在通信、航天、气象等领域中有广泛的应用。随着各领域的不断发展，对数据采集的速率及容量要求越来越高。高速数据采集主要包括数据接收与存储、串口总线应用、程序驱动等，实时、高速、连续、大量地采集存储数据。寻找一种使用方便的A/D转换器件，通过简单FIFO电路在单片机的控制下得到性能优良的高速数据采集系统，是本次设计的目标。本文介绍了本项研究目标与总体现状，在国民经济中的实用价值。正文部分给出了系统设计中利用单片机控制下的FIFO电路的必要的理论分析及实验装置。最后总结了本次的设计工作，指出进一步研究的方向。【关键词】：高速数据采集，A/D转换，FIFO，单片机High-speed Data Acquisition & Storage System using FIFOAbstractHigh-speed data acquisition & storage systems is widely used in many fields such as communication，navigation and meteorologyAs the developing of the science technology in many fields，data storage systems of high-speed and large capacity have been increasingly focusedHigh-speed data acquisition & storage systems involves lots of key technologies such as data acquisition and storage，computer bus application and driver programming，with many critical issues such as high-speed，real-time, large capacity and continuationDesigning a high performance high-speed data acquisition system using A/D conversion chip and easy FIFO-circuit under control of a microcontroller is the target of this designThe purpose , the situation of current data acquisition field , and its value in our social economy is discussedIn the main passage, the necessary way by using a FIFO with a microcontroller to analysis and testing is given. The general work of this paper is summarized, and the further research direction is pointed out at last【Keywords】：High-speed data acquisition & storage，A/D conversion，FIFO，microcontroller中北大学2011届毕业设计说明书目 录1 引言11.1 研究背景与意义11.2 研究与发展现状22 设计原理与基本思想32.1 硬件原理32.2 软件原理43 模数转换模块设计53.1 ADC简介53.2 ADC的分类53.3 ADC的主要技术指标63.4 采样原理73.4.1 Nyquist 采样定理73.4.2 带通采样定理73.5 ADC的选型83.5.1 选型参数93.5.2 选择ADC93.6 高速AD转换器TLC5510103.6.1 概述103.6.2 引脚说明103.6.3 内部结构123.6.4 工作过程123.6.5 外围电路144 FIFO缓冲模块设计174.1 FIFO存储器简介174.2 FIFO的选型174.2.1 FIFO的一些重要参数184.2.2 选择型号184.3 FIFO存储器AL422B184.3.1 概述184.3.2 引脚说明194.3.3 使用方法204.3.4 应用范围254.4.5 注意事项254.4.6 接口电路255 串口模块设计285.1 串行通信基本知识285.1.1 异步通信285.1.2 MCS-51串行口的结构285.2 89C51串行口的4种工作方式295.2.1 4种工作方式295.2.2 波特率的设定315.3 89C51与PC机间通信325.3.1 MAX232芯片简介325.3.2 MAX232接口电路336 软件模块设计356.1 TLC5510程序设计356.2 AL422B程序设计356.3 串口程序设计367 实验及其结果377.1 硬件系统连接377.2 实验调试过程397.2.1 TLC5510模块实验407.2.2 AL422B模块实验417.3 系统实验结果438 结论45附录1 系统C语言程序46参考文献50致谢51第 III 页 共 页中北大学2011届毕业设计说明书1 引言1.1 研究背景与意义随着计算机的广泛应用及微电子学的高速发展，数字系统已广泛应用于国民经济、国防建设与科学实践等各个领域。与模拟系统相比，数字系统精度高、稳定性好，但是只能处理离散数字信号。而大部分传感器输出的仍是电压、电流等模拟信号，因而需要将其转换为便于处理、存储的数字信号。数据采集系统便应运而生。数据采集是指将温度、压力、位移、流量等模拟信号转换、采集成数字信号后，由计算机存储、处理、显示的过程。相应的系统就称为数据采集系统。数据采集技术是当今信息科学一个重要的分支，它与接感器技术、信号处理技术、计算机技术共同构成了现代检测技术的基础。它在信号处理系统中也占有着重要地位，它是联系着前端与后端的桥梁，数据采集摸块的精度、稳定性及速度将会直接影响到整个系绞的性能。所以数据采集系统主要任务具体说是，采集传感器输出的模拟号并转换成计算机能识别的数字量，送入计算机，根据不同需要而由计算机进行相应计算与处理，得到所需的数据，同时将得到的数据显示或进行打印，以实现对某些物理量的监视。随着科技与信息技术不断发展，使得信息的采集、传输及存储的速度不断提高，存储的容量不断增大。在气象、雷达、天气预报、航天航空和通信等多个领域，都要求的数据存储的实时性强、速率高、稳定性好，所以高速大容量数据存储系统前景广阔。目前的数据存储系统多数还是只是基于传统PC结构，而这种结构在存储容量的扩展性、存储的速度、可靠性、容错性方面都还有很大的不足。对于许多的行业，传统的设备已经无法满足需求。而一些高端领域中基于服务器的磁盘阵列等等的数据存储，主要应用在电信、金融等民用领域，存储的速率虽然较高，价格却也是极其高昂的。1.2 研究与发展现状现在常用的采集方式是通过数据采集板卡实现数据采集，该实现方法通常适用于规模较复杂的采样控制场合。对于一般的场合通常采用功能比较单一的仪器设备，即时采集显示，再通过经验或做数字信号处理进行分析。采用板卡方式的数据采集系统不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且容易受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制。这些采集系统，一般结构比较复杂，成本较高。数据采集卡发展到现在，已经在速度和接口方式上有了很大的改进，市场上速度已经突破了500MHz，接口方式也已拓展到ISA、PCI、USB、PXI等多种接口。目前国内市场主要由国外公司主导，高速采集卡方面尤为如此。市场上的此类产品多出自NEFF、IOTECH、IN、HP、TEK、ZONIC和VMIC等知名外国公司。国内公司的产品与国外的有很大差距。目前在工业生产和科学研究的各行业中，绝大多数还是利用PC或工控机对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。其中一般都采用单片机，而单片机已从4位、8位、16位在向32位发展，对大多数场合来说已经能满足要求了，因为单片机也有许多优点，如价格比较低廉、结构简单、接口扩展能力强，但有个很明显的缺点就是数字运算能力差，在一些要求对信号的数字处理比较复杂的领域，就显得力不从心了。2 设计原理与基本思想2.1 硬件原理目前数据采集系统结构有两种：微机型数据采集系统和集散型数据采集系统。微机型数据采集系统系统结构框图如图2-1所示。由图知，主要由传感器、模拟多路开关、程控放大器、采样/保持器、A/D转换器、计算机及外设等部分组成：图2-1 微机型计算机数据采集框图本次毕业设计的任务与要求是利用单片机与缓存FIFO实现高