基于C8051F020 MCU的数据采集分析系统的研究

摘要

随着电子技术和微型计算机技术的不断发展，数据采集系统的研究与应用已经越来越引人注目。目前已广泛应用于国防、工业、交通、信息等各个领域，发挥着极其重要的作用。本论文针对目前国内外在该领域的研究进展情况，为满足科研项目预研的需要，根据实验室现有的条件开发了一套基于C8051F020MCU的数据采集分析系统，并以Silabs IDE、Visum.C++和MATLAB为编程工具，完成了采集系统的软件设计。该系统能将模拟信号以适当的频率进行采样，转换成数字量，并传输到PC机进行项目需要的分析和处理，测试结果表明该系统能够实时完成数据的采集、传输，保存和完成项目要求的分析计算及图形显示。 论文的主要研究成果如下： (1)全面系统地概述了数据采集系统的发展过程和分类，对信号处理方法做了深入的研究。 (2)采用SoC(System on Chip)单片机C805lF020作为数据采集系统的中央处理单元，提高了系统的可靠性和经济性。在介绍系统芯片的选择和工作原理上，详细论述了系统的设计方案。 (3)基于Silabs IDE开发了单片机数据采集程序，应用Visual C++软件编程，采用单文档/多视图结构以及多线程的编程方式实现了数据的采集、转换和传输。 (4)提出了VC++和MATLAB混合编程技术，阐述了二者相融合的先进性，并将该技术成功应用于数据分析和信号处理部分，满足了科研项目预研的需要。结果表明，基于混合编程思想的系统软件有效地提高了数据采集系统信号分析处理水平，VC、MATLAB混合编程的强大软件处理能力能很好地满足未来项目要求的强大的数据采集，分析，计算，处理功能。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1数据采集系统概述

1.2数据采集系统的类型

1.3数据采集系统的历史与发展趋势

1.4检测数据的处理方法

1.4.1模拟信号处理

1.4.2数字信号处理

1.5本章小结

2 C8051F020系统概述

2.1 CIP-51CPU

2.1.1与8051完全兼容

2.1.2速度提高

2.2片内存储器

2.3 JTAG调试和边界扫描

2.4可编程I/O和数字交叉开关

2.5串行端口

2.6 12位模/数转换器

2.7本章小结

3系统硬件设计

3.1数据采集接口技术

3.1.1并行接口

3.1.2串行接口

3.1.3 ISA总线

3.1.4 PCI总线

3.1.5 USB——通用串行总线

3.2数据采集分析系统硬件总体设计

3.3 C8051F020单片机电路

3.3. JTAG接口电路

3.3.1 JTAG接口简介

3.3.2 JTAG接口在系统调试连接电路

3.4外部存储器扩展模块

3.4.1串行FLASH-AT45DB081

3.4.2 C8051F020与AT45DB081的接口电路

3.5 UART通信模块

3.5.1 RS-232收发器SP3223EEY

3.5.2单片机与PC机接口电路

3.6 USB通信模块

3.6.1 CP2102的主要特性

3.6.2 CP2102的工作原理

3.6.3应用电路

3.7本章小结

4 MCU数据采集软件

4.1程序设计方法

4.2单片机开发系统

4.3软件调试环境

4.4 MCU数据采集软件开发

4.4.1数据采集程序

4.4.2振荡器配置

4.4.3 UARTO配置

4.4.4计数器/定时器配置

4.5本章小结

5数据分析处理

5.1 Visual C++与MATLAB相融合编程

5.1.1 MATLAB

5.1.2 Microsoft Visual C++的特点

5.2 VISUAL C++与MATLAB接口技术

5.2.1 MATLAB自带编译器

5.2.2在VC++中调用MATLAB数学库函数

5.2.3用Matcom软件实现

5.2.4在VC++中调用MATLAB引擎engine

5.3数据分析处理软件

5.3.1软件界面

5.3.2程序操作流程

5.4程序编制的关键技术及代码实现

5.4.1文档/视图(Document/View)体系结构

5.4.2多窗口拆分显示技术

5.4.3 Windows API函数串口编程

5.4.4多线程编程技术

5.5信号处理程序设计

5.5.1概述

5.5.2傅立叶变换

5.5.3自相关

5.5.4软件滤波

5.6本章小结

6总结和展望

参考文献

作者在读研期间科研成果简介及发表论文

致谢