单片机数据采集论文
1系统结构
1．1系统的整体结构设计整个系统采用了模块化的设计，各模块布局合理，整体的结构紧凑。主要功
能是数据的传输和程序下载，USB转 TTL模块的作用是给单片机供电以及上位 PC机和下位单片机之间
的电平转换，其原理图如图 1所示。单片机与 PC机是使用 USB转 TTL模块进行串口通信，它可以将
USB虚拟成一个串口，解决笔记本电脑用户无串口的烦恼。此模块传输速度、传输准确性都满足实验需
求，而且价格便宜，使用方便。
1．2系统各部分的功能介绍模拟信号采集部分的目的是为了采集所需要的原始的数据，即本系统中所
需要的电压和电流。下位机以 AT89C52ＲC单片机为控制单元，16路 A/D转换芯片 AD7705采集电压和
电流信号转换为相应的数字信号，便于单片机后续的处理并以一定的协议将数据通过串口发送至 PC
机，最终通过运行在上位 PC机的程序对接收到的数字信号进行处理和显示。微控制器 STC89C52ＲC以
一定的的协议将数据通过串口发送至 PC机。单片机的晶振电路和复位电路是单片机正常工作的先决条
件。PC机通过串行 USB转串口接收单片机发送的数据，并进行实时处理和显示。
2系统硬件部分设计
2．1MCU芯片的选择 STC89C52ＲC单片机是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗和超强抗干扰的 CMOS8
位微控制器，采用经典的 MCS-51内核，指令代码完全兼容传统 8051单片机，12时钟/机器周期和 6时
钟/机器周期可以任意选择。工作电压:5．5～3．3V(5V单片机)/3．8～2．0V(3V单片机)工作频率范
围:0～40MHz，相当于普通 8051的 0～80MHz，实际工作频率可达 48MHZ，用户应用程序空间为 8k字
节。
2．2A/D转换器选择及采样设计模数转换器，是把经过与标准量(或参考量)比较处理后的模拟量转换成
以二进制数值表示的离散信号的转换器，简称 ADC或 A/D转换器。本系统模数转换器采用的是芯片
AD7705，AD7705是 AD公司推出的 16位Σ-ΔA/D 转换器，该转换器采用 SPI兼容的三线串行接口，能
够方便地与各种微控制器和 DSP连接，也比并行接口方式大大节省了 CPU的 IO口，能直接将传感器测
量到的多路微小信号进行 AD转换。这种器件还具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性
能以及低电压低功耗等特点，非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用［7］。本系统是采集两路信
号(电压和电流)，AD7705芯片精度为 16位(Δ=(5/65536)V≈0．076mV，其精度满足实验需求)，高精
度 A/D转换芯片 AD7705有两个双端模拟信号输入通道，分辨率为 16位无丢失代码，增益、信号极性以
及更新速率等可由软件设置［8-10］。片内可编程增益放大器的增益范围为 1～128，这使 AD7705可与
多种传感器直接相连，无须外接放大器，并且内置可编程的自校准电路，通过对零点和满度的校准，可
有效去除零点漂移和增益误差的影响。接口为 SPI串行总线，因而与单片机的接线大大减少，简化了硬
件的设计。在测量电流时，我们对两种实验方案进行了比较，第一种是利用电流变送器进行电流的测
量;第二种是利用采样电阻进行电流的测量。采用了第二套方案，原因是其价格低、精度满足实验要
求。
3系统软件部分的设计
PC端主程序框架如图 2所示。
3．1数据采集 PC端软件设计 PC端软件是基于 MFC对话框进行程序的编写，其主要包括以下几部
分:1．窗口界面的绘制(包括开始界面绘制、控件绘制、坐标系绘制、网格绘制、LIST表格绘制
等);2．串口通信控件的连接、初始化和设置;3．数据库的嵌入(包括数据库的连接、读写、修改
等);4．采集数据时的动态响应(包括动态图形绘制、动态数据表数据显示等)。
3．2界面介绍首先是开始界面，如图 3所示。1．菜单栏区域:包括串口设置、开始采集、暂停、停止
采集(同时关闭串口)四部分是本程序所有功能的体现;2．绘图区域:包括两个 TABLE，一个是励磁电流
不变、励磁电流变化两个子窗口。每个窗口中包含一个二维坐标系进行图形的绘制;3．数据表区域:包
含一个 LIST控件，对实时采集的数据进行显示;4．系统控制区域:与菜单栏区域功能相同，都是对采集
整个过程进行控制，同时能够实时的对数据进行一个显示、也能够对偏差的数据进行手动删除，避免实
验错误对绘制出的图像造成的影响，而影响实验效果。根据端口信息，选择串口端号，点击打开串口
后，绿灯变为红灯，打开串口按钮变为灰色，表示串口已经连接，可以进行串口通信(即采集可以开
始)。选择两种模式，“励磁电流不变”、“励磁电流变化”，并点击进入相应的子窗口。然后就可以
进行采集。传输电流电压时，图像会实时显示，数据表也会同时显示。图 5显示了励磁电流不变时，工
作电流和霍尔电压之间的关系曲线。
4结论
本数据采集系统是一个基于 STC89C52ＲC单片机的霍尔效应实验数据采集系统。霍尔效应实验装置输出
的电压信号直接经过 A/D7705转换器的输入端，电流信号则通过串联一个标准电阻，通过测量其两端的
电压来间接测定流过的电流，经过增益放大、A/D转换后，由单片机进行后期的数字信号的处理和传
输，最终由上位 PC机在坐标框格中图形化显示测量的数据。本系统结构简单，成本价格低廉。通过实
际的测试表明，自动化的数据采集系统，不但没有影响数据的精度和锻炼同学们的动手操作能力，还可
以极大地提高同学们在数据采集和测量过程中的效率，提升实验教学质量。
作者：郭聪刘强耿浩杰周永军孙丽媛杨智单位：邯郸学院
