基于单片机的多路数据采集系统的设计与实现.pdf
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 Jiamusi 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,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WR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.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) 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
