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1、文章编号:1008 - 1402(2008)04 - 0545 - 03 基于单片机的多路数据采集系统的设计与实现 叶洪海, 李丽敏 (佳木斯大学信息电子技术学院,黑龙江 佳木斯154007) 摘 要: 本数据采集系统是基于单片机AT89S52为控制核心的数据采集系统,该数据采集系统 具有电路简单、 功耗低、 可靠性高等优点,能实现对多路模拟通道信号的数据采集与处理,并将采 集的数据送LED显示器显示等功能.另外,该系统可作信号发生器使用产生频率为1kHz的方波 测试信号. 关键词: 单片机;数据采集系统 中图分类号:TP274 + . 2 文献标识码:A 尽管现在以微机为核心的可编程数据采集
2、与 处理技术作为数据采集技术的发展方向得到了迅 速的发展,并且适于通用微机(如IBM PC系列)使 用的板卡级数据采集产品也已大量出现,组成一个 数据采集系统简单到只需要一块数据采集卡,把它 插在微机的扩展槽内,并辅以应用软件,就能实现 数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的 数据采集系统产生影响,因为单片机功能强大、 抗干 扰能力强、 可靠性高、 灵活性好、 开发容易等优点,使 得基于单片机为核心的数据采集系统在许多领域得 到了广泛的应用. 本数据采集系统是基于单片机AT89S52为控 制核心的数据采集系统,整个数据采集系统以单片 机为控制核心器件,由ADC0809数模转换器对输 入的
3、被测物理量进行数据采集,将采集的数据送单 片机处理,然后再将处理过后的数据送LED显示 器显示;由模数转换器DAC0832产生1kHz的方波 测试信号. 因此,AD转换电路、DA转换电路的设计是 本设计的研究重点. 1 数据采集系统硬件设计 1. 1 系统总体结构 图1是由变送器、AD和DA转换器、 单片机 及显示电路连接构成的数据采集系统原理框图. 图1 数据采集系统原理框图 各部分模块的作用如下: (1)被测物理量:需要采集的非电量信号,如温 度、 压力等. (2)传感器变送器:为了把这些非电量转换为 电量,需加传感器变送器,使传感器变送器输出的 信号为电压信号. (3)仪表放大器:对微弱
4、的电压信号进行放大, 以便与AD转换器连接,保证AD转换精度. (4)被测电量:本设计采用0V5V之间的直 流电压作为一路输入信号. (5)A D转换器:将模拟量转换成数字量. (6)单片机:是整个系统的控制器件.本设计采 用AT89S52为数据采集系统的控制核心. (7)D A转换器:将数字量转换为模拟量.本设 收稿日期:2008 - 06 - 06 作者简介:叶洪海(1977 - ) ,男,黑龙江集贤人.佳木斯大学信息电子技术学院助教,在读研究生. 第26卷 第4期 佳 木 斯 大 学 学 报(自 然 科 学 版)Vol. 26 No. 4 2008 年07月 Journal of Jia
5、musi University (Natural Science Edition)July2008 计通过它产生方波测试信号. (8)LED显示器:设计中采用4位LED完成数 据的显示功能. 图2AT89S52与AD转换电路的接口 1. 2AT89S52与AD转换电路接口设计 本设计采用ADC0809作为系统的模数转换 器.ADC0809是TI公司生产的8位逐次逼近式模 数转换器,包括一个8位的逼近型的ADC部分,并 提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑, 为模拟通道的设计提供了很大方便.用它可直接将 8个单端模拟信号输入,分时进行AD转换,在多点 巡回监测、 过程控制等领域中使用非常广
6、泛,所以本 设计中选用该芯片作为AD转换电路的核心. 单片机AT89S52 ,ADC0809及或非门74LS02等共 同组成数据采集系统的AD转换电路如图2所示. 从图中可以看出,IN0IN7为8路输入通道的 模拟量输入端口,单片机的低位地址线P0. 0 ,P0. 1 ,P0. 2分别与ADC0809的输入通道地址选通输入 端A ,B ,C连接,用以选择对应的输入通道.用单片 机P2. 6口与读信号线RD或写信号线WR相结合, 作为ADC0809的START,ALE和OE的选通信号, 实现对ADC0809的控制,完成数据的采集.单片机 的数据线P0口与ADC0809的数据端口D0D7直 接相连
7、,实现了数据的双向传输. ADC0809与AT89S52接口有3种形式,分别是 查询方式、 中断方式和延时等待方式.本设计采用 中断接口方式,ADC0809的转换结束信号EOC经 反相器与单片机的外部中断1连接. 由于P0口的低3位直接与ADC0809的A ,B ,C 通道地址选通输入端相连,所以通道地址的选择由 P0口低3位的状态决定.输入通道IN0IN7所对 应的通道地址为0000H0007H. 1. 3AT89S52与DA转换电路接口设计 在本设计中DA转换电路主要起两个作用, 一是通过DA转换电路产生方波测试信号,使系 统具有信号发生器功能,另外是使采集处理过的数 据通过DA转换电路后
8、送示波器进行观察.本设 计通过编写相应程序利用DAC0832产生方波信 号.DAC0832是一个8位DA转换器芯片,单一电 源供电,从+ 5V+ 15V均可正常工作. 单片机AT89S52与DAC0832及运算放大器 uA747(双运放)组成数据采集系统电路. 其中, DAC0832接单缓冲工作方式,允许端ILE接+ 5V , 则内部的输入寄存器可以锁存AT89S52的P0口送 来的数据.片选端CS与控制端XFER都与AT89S52 的高位地址线P2. 7相连接.由此指定了DAC0832 的口地址为7FFFH.还有DAC0832内部的两级寄存 器的WR1 ,WR2都与AT89S52相连接,当W
9、R来到时, DAC0832完成一次DA转换.运算放大器uA747组 成两级放大电路,实现对输出信号的放大,根据具体 设计要求,可对放大电路的增益进行调节. 2 数据采集系统的软件实现 软件设计包括系统总体功能设计,AD转换电 路程序和DA转换电路程序设计.根据本设计要 求,系统采用模块化编程,在每个功能模块中,将少 量与其它模块共享的变量屏蔽后,该模块可独立于 其它模块运行,从而将各部分功能分别实现.这种 设计有利于系统软件的修改、 调试.即使以后根据 需要进行系统功能扩展,也可以很方便的编写出相 应的功能模块,独立调试后再添加到系统. 本系统软件包含系统初始化、 数据采集、 数制 转换、 数
10、值显示,方波产生程序和部分中断子程序 645佳 木 斯 大 学 学 报 (自 然 科 学 版)2008年 等.具体流程如图3图5所示. 2. 1 主程序 主程序是整个程序的核心,它体现了系统的工 作流程.本系统主程序首先进行相关单元的初始 化,直到按下开机键系统启动,开始工作. 2. 2AD ,DA转换子程序 AD ,DA子程序是整个系统的重要组成部分, 只有正确的AD ,DA转换,系统才能实现对多路 数据的有效采集.程序开始要进行初始化,再根据 条件,启动相应的AD或DA转换,进行数制转换 后,输出结果. 图5DA转换电路的流程图 3 结 论 本系统是采用基于单片机AT89S52实现的多 路
11、数据采集系统,此类系统可以摆脱数据采集板卡 成本和功能的限制,充分发挥单片机功能强大、 可 靠性高、 灵活性好、 开发容易、 便于扩展等优点,开 发出能满足实际应用要求的、 电路结构简单的、 可 靠性高的数据采集系统. 参考文献: 1 李建忠.单片机原理及应用M.北京:西安电子科技大学出 版社,2005.115 - 128. 2 张毅刚,彭喜源,谭晓昀,曲春波. MCS - 51单片机应用设计 M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2002.102 - 145. 3 吴勇军.智能数据采集系统设计与实现J .电脑学习,2007 , 24(1) :10 - 12. 4 胡汉才.单片机原理及系统设计M.
12、北京:清华大学出版社 出版,2002.261 - 306. 5 王林,商周,王学伟.数据采集系统的发展与应用J .电测 与仪表,2004 ,41(8) :4 - 8. Design and Realization of Multi - channel Data Acquisition System Based on Single - chip Microcomputer YE Hong-hai,LI Li-min (College of Information Electronic Technology ,Jiamusi University , Jiamusi 154007 , China)
13、 Abstract :The data system is based on single - chip microcomputer AT89S52 , which has a simple circuit , low - power , high reliability. It can realize data collection and processing to the multi - channel analog channel signal and deliver them to LED monitor. Moreover , the system may produce 1 kHz frequency square wave test signals as signal generator. Key words:single - chip microcomputer; data actuation system 745第4期叶洪海,等:基于单片机的多路数据采集系统的设计与实现