嵌入式系统开发课程

1、多路数据采集系统设计2016.061题目要求所设计的数据采集系统，共有16路信号输入，每路信号都是010mV，每秒钟采 集一遍，将其数据传给上位PC计算机，本采集地址为50H。要求多路模拟开关用4067, A/D转换用ADC0809，运算放大器用 OP07,单片机用89C51，芯片用MAX232。设计其电路原理图，用C51语言编制工作程序。2总体方案设计根据题目要求，传感器首先采集 16路信号，然后被多路模拟开关 4067选通某一 路信号，接着通过信号调理电路，由 A/D转换器进行模/数转换后发送给单片机，之后 通过MAX232由RS232串口进行通讯，最终将数据传递到上位 PC计算机。因此，

2、数 据采集系统主要包括以下几个主要环节：【信号选通环节由于题目要求采集的信号路数达到了 16路，每一路信号的流通路线均相同。如果 为每路信号都设置相应的放大、A/D转换单元，成本将大幅度提升。因此可以接入一个 多路模拟开关4076,轮流选通每一路信号，实现多路信号共用一个运算放大器和A/D转换单元，即降低了成本，又简化了电路。4067为16路模拟开关，其内部包括一个16选1的译码器和被译码输出所控制的 16个双向模拟开关。当禁止端INH置0时，在I/N0 I/N15中被选中的某个输入端与 输出公共端X接通，外部地址输入端 A、B、C、D决定了被选通端；当INH置1时， 所有模拟开关均处于断路状

3、态。2 2信号调理电路为了方便信号的进一步传输和处理，一般均要在传感器的输出端接入信号调理电 路，对传感器输出的信号进行变换、隔离、放大、滤波等处理。此处的信号波动范围只 有010mV，属于微弱信号，需要进行放大处理。按照题目要求，本文设计的系统选 用运算放大器OP07。OP07是一种高精的度单片运算放大器，其输入失调电压和漂移 值均很低，适合用作前级放大器。二-A/D转换器由于单片机只能处理数字信号，所以需要接入A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。本文采用题目提供的 ADC0809，它可以和单片机直接通讯。ADC0809由一个8 路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个 A/D转换器和一个三

4、态输出锁存器组成。 多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。 三态输出锁器用于锁存 A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输 出锁存器取走转换完的数据。此处采用中断的方式使数据在单片机与ADC0809之间进行交换，端口地址为FF50H; P0 口和WR信号共同生成单片机的启动转换信号；为了在启动转换的同时选通通道，将通道地址锁存信号 ALE与START相连；把P0 口和RD同时处在有效位的组 合信号与A/D转换器的输出信号0E相连，那么通道的地址选择和数据输出共用一个 地址，但是两者不同时出现；转换结束信号 EOC通过非门后接至89C51的

5、INT1端。2.:串口发送电路RS232是用正负电压来表示逻辑状态，与 TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不 同。为了能够同计算机接口或终端的 TTL器件连接，必须在RS232与TTL电路之间 进行电平的转换。本文选用题目提供的MAX232芯片完成TTL,EIA的双向电平转换。系统原理框图16路模拟信号输入多路模拟开关（4067）运算放大器（OP07）A/D 转换器（ADC0809）单片机（89C51）通信模块（MAX232、RS232）PC上位计算机图1系统原理框图3电路原理图根据上文叙述的设计方案的原理，可以设计相应的硬件电路图，如图2所示rip;Gqi m g* JU Q KI Q4 J

6、UDI fh. rb.一E:mjimLI:%IAulTft討IK5KlMK|&H事IIkJ上KKlihL14MVlcA.KHHwrvssnL-Rm二ph k图2电路原理图DOTIt 17；Jdn4程序设计方案根据前文所述，要实现题目要求，系统程序要包含3个主要模块，即初始化系统、A/D转换模块以及数据通信模块。程序的总体流程图如图3所示。系统初始化系统中断数据通信图3程序总体流程图系统初始化完成以及选通某一路模拟信号时，单片机启动 A/D转换器，对信号进 行的读取、存储操作。当上位机发出请求且要求的地址为 50H时，单片机进入中断处 理子程序，上传数据。:系统初始化主要完成定时器，串行通信，中

7、断的相关设置。(1) 定时器TO工作于模式1,充当16位定时器，计数初值4C00H(对应50ms), 便于实现1s的巡回采样；定时器T1工作于模式2,充当波特率发生器，计数初值FDH , SMOD = 0,得到波特率为9.6K。(2) 串行通信SMOD置1,允许单片机接收信号。(3) 使能定时器T0、外中断1、串行通信的中断。其中，T0中断完成1s的巡回 采样，外中断1完成A/D转换，串行通信中断完成与上位机的通信。：A/D转换(1) 用P1.4作为4067的使能控制；用 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的组合状态作为 4067的通道地址选择信号。(2) 用P2.7作为A/D转换器的使能

8、控制，数据从IN0输入，地址映射为7FF0H。(3) 通过外部中断1巡回采集16路信号，并存入从50H开始的后续单元里。1数据通信当数据转换完成后，由单片机向上位机发送联络信号AAH，然后等待上位机返回应答信号：如果应答信号为 BBH，则向上位机发送数据；反之则继续发送联络信号， 并等待应答。为了避免意外情况导致的死循环，所以加入了1s的超时验证，以保证下一次的巡回采样得以顺利进行。5源程序代码/* : program.c* Programmer:李博*/*头文件 */#i nclude reg52.h#in clude absacc.h/*宏定义 */#defi ne uchar un si

9、g ned char #define IN0 XBYTE0x7FF0 #define P27 P2A7#define channel P1/定义ADC0809的IN0 口地址 /P2.7 口，作为ADC0809的使能信号(低电平有效) /*P1.4作为4067的使能信号(低电平有效),P1.0、P1.1、P1.2、P1.3作为通道选择*/#define E4067 pM4/*/4067使能控制端口(低电平有效)局变*uchar data *result=0X50; uchar T0_co unt;/*void in itial()/*TMOD=OX21;TL0=0X00;TH0=0X4C;TL

10、1=0XFD;TH仁 0XFD;T0_cou nt=20; /*/A/D转换的结果存入0X50及其后续地址单元/定时器T0计数，实现1s延时系统初始化函injtial()*/定时器初始化 */*定时器T0工作于模式1,充当16位定时器；T1 工作于模式2,充当波特率发生器*/定时器T0的计数初值设为4C00H (对应50ms)/定时器T1的计数初值设为FDH ,SMOD=0，对应波特率9.6KSMOD=0X00 ;SCON=0X50 ;/*/利用1s=50msx 20,实现1s的延时程序串行通信初始化 */波特率的SMOD = 0工作于方式1,使能接收(REN=1)I中断初始化 */设置外中断

11、1中断请求信号为下降沿 允许中断：定时器T0、外中断1、串行通信启动T0启动T1IT 1=1;IE=0X96;TR0=1;TR1=1;/* AD转换函数ADC0809() */void ADC0809()cha nn el=0X00 ;sbit ADC_flag;uchar i;for(i=0;i16;i+)ADC_flag=0;IN0=0;while(!ADC_flag);(result+i)=IN0;/使能4067同时选择到channel1/*标志位:中断响应前为0,循环等待转换 结束;转换结束后，进入中断，置1*/中断响应前为0,以便循环等待转换结束/通过P2.7=0和WR启动AD转换/

12、*AD转换结束后，进入中断程序，执行,flag置1,跳出循环，继续执行下面的语句*/把转换结果存入89C51的RAM中cha nn el=i;选中下一路通道p27=1;/4067不使能,A/DC不使能E4067=1;/* 执行完后，channel=15,result仍指向 50H,4067不使能,ADC 不使能*/*串行通信函数RS232()*void RS232()uchar i;uchar data *receive=0X60;*receive=0X00;SBUF=0XAA;while(TI=0);/把60H作为接受上位机信号的存储单元在60H单元中放入初值00H向上位机发送AAH作为联络

13、信号/等待发送完成，并置TI为0,以等待下一次发送TI=0;while(RI=0&T0_cou nt!=0);/*等待上位机的应答信号*并加入加入1s超时的判断*/if(T0_cou nt!=0)RI=0;*receive=SBUF;if(receive=0XBB)/把接受到的应答信号存入receive上位机准备好接收数据,向上位机传送数据ET0=0;关掉T0中断，保证在传送数据的过程中不进行下一次采样for(i=0;i16;i+)SBUF=*(result+i); while(TI=0);TI=0;ET0=1;/开启T0中断*A/dc转换INT1 中断,向单片机传送数据 *void INT_ADC() in terrupt 2 _ADC_flag=1;*定时器T0中断，实现1s定时*/void INT_T0() in terrupt 1TL0=0X00 ;/定时器T0计数初值4C00H(对应50ms)TH0=0X4C;T0_c oun t-;*主函数ma in ()*void mai n()ini tial();初始化while(1)ADC0809();/AD 转换doRS232();数据传送 while(T0_cou n