单片机的数据采集系统研讨分析

精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创1/5单片机的数据采集系统研讨分析文章标题单片机的数据采集系统研讨分析摘要本文以AT89C51单片机为核心，设计一个基于单片机的数据采集系统。系统可以采集16路模拟量，精度为12位，16路开关量和2路脉冲量，并将采集到的数据每隔一分钟通过串口发送到PC机。关键字AT89C51；数据采集；串口通讯作者简介严怀龙，江苏省靖江人,内蒙古乌海市永红机电成套设备有限责任公司电子工程师。1概述在工业控制系统中，除了控制单元和执行单元外，还必须有反馈环节。在反馈环节中，最重要的就是对数据的采集。一般的工业控制中，数据有很多种形式，最常见的有电流电压的模拟量、以二进制形式输入的开关量以及以脉冲形式输入的脉冲信号。精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创2/5本文设计一数据采集系统系统，系统以AT89C51单片机为核心，AT89C51是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含4KBYTES的可反复擦写的FLASH只读程序存储器和128BYTES的随机存取数据存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS51指令系统，片内置通用8位中央处理器和FLASH存储单元。AT89C51是一个低功耗高性能单片机，40个引脚，32个外部双向输入/输出端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,1个全双工串行通信口1，AT89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程，这给开发带来方便。如图所示为设计的系统原理框图。系统选择一个串行的A/D转换芯片，用模拟开关作扩展，两个模拟开关即可扩展成16路的模拟量输入。开关量的采集可以直接用单片机的I/O，用两个并口即可完成16路的开关量采集。如图所示，AT89C51单片机还有两个外部中断接口，即可用来测量脉冲量的输入，采集其输入频率。单片机可以通过串口与上位PC机进行通讯，把采集到的数据发送到上位机上。精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创3/5图1系统原理图2硬件电路设计系统硬件可以分成四个部分，分别为模拟量采集电路、开关量采集电路、脉冲量采集电路以及单片机与PC的串口通讯电路。下面分别作简单的介绍。21模拟量采集电路模拟量的采集要用到A/D转换芯片，而且精度为12位，这里选择MAX1241A/D转换器。MAX1241是一种低功耗、低电压的12位逐次逼近型ADC，最大非线性误差小于1LSB，转换时间9MS，内置快速采样保持电路。MAX1241采用三线式串行接口，与单片机的接线简单，如图所示3。图中两个电容是去藕电容，用以对电源进行滤波。VI是采集电压的输入端，VREF是A/D转换器的参考电压。一般情况下可以接单片机的电源。图MAX1241与单片机的接线图系统要求对16路的模拟量进行采集，因此，只有一个精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创4/5A/D转换器就不够的，但如果用多个A/D转换器一方面会造成资源浪费，成本加大，另一方面单片机的I/O也不够，因此这里用两个路模拟开关进行扩展，扩展成16路。如图的原理图所示，系统选用两个CD4051模拟开关3，并用单片机的四个I/O口控制两个模拟开关的通道选择端，在采集过程中，选择不同的通道进行数据采集。22开关量采集电路对开关量的采集电路相对比较简单，因为开关量的状态只有0和两种，所以只要用两个单片机的并口就可以了，这里用的是P0口和P2口。但是有一点需要说明的是由于AT89C51单片机的P0口内部没有上拉电阻，所以在电路中必须加入外部上拉电阻，阻值可以是47K10K。而P2口内部自带上拉电阻，所以不需外加上拉电阻。采集输入电路如图系统原理图所示。23脉冲量采集电路脉冲量信号是周期变化的信号，AT89C51单片机有两个外部中断INT0和INT1接口，利用这两个外部中断输入接口，可以对脉冲量信号进行测量，脉冲信号可以直接送到精品文档2016全新精品资料全新公文范文全程指导写作独家原创5/5单片机的外部中断接口，也可以进行适当的整形后再送到单片机的外部中断接口，如加入带施密特功能的反向器74LS14。也可以用比较器进行整形，这样使单片机的采集测量更加可靠，更加精确。24通讯电路该系统没有设计数据的显示系统，所以把采集到的数据发送到上位PC机上，与PC进行通讯。因为单片机与PC机的电平是不一样的，因此两者要进行数据交换，必须采用相应的电平转换电路。用得最多的就是RS232通讯方式，采用MAX232芯片即可完成。简单的电路如图所示。图通讯电路3软