單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:在微機(jī)測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到A/D轉(zhuǎn)換,常用的方法是擴(kuò)展一塊或多塊A/D采集卡，當(dāng)模擬量較少或是溫度、壓力等緩變信號場合，采用總線型A/D卡并不是最合適、最經(jīng)濟(jì)的方案。這里介紹一種以GMS97C2051單片機(jī)為核心,采用TLC254312位串行A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的采樣模塊,該模塊的采樣數(shù)據(jù)由單片機(jī)串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送到上位機(jī)(IBMPC兼容機(jī))的串口COM1或COM2,形成一種串行數(shù)據(jù)采集串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。?jīng)實(shí)踐調(diào)試證實(shí)，該模塊功耗低、采樣精度高、可靠性好、接口簡便，有一定實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞:單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)是一種實(shí)用的電子技術(shù)，它廣泛應(yīng)用于信號檢測、信號處理、儀器儀表等領(lǐng)域。近年來，隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)采集技術(shù)也呈現(xiàn)出速度更快、通道更多、數(shù)據(jù)量更大的發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)采集是為了對溫度、壓力、流量、速度、位移、光強(qiáng)度、聲音等物理量進(jìn)行在線測量和控制，通過傳感器把上述物理量轉(zhuǎn)換成模擬物理量的電信號，然后將模擬電信號經(jīng)過處理并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字量，送進(jìn)計(jì)算機(jī)處理、存儲、傳輸和顯示。一、系統(tǒng)分析與總體設(shè)計(jì)通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由硬件和軟件兩部分組成。硬件由單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器和顯示驅(qū)動(dòng)電路等組成，軟件包括主程序、系統(tǒng)監(jiān)控、定時(shí)/中斷等子程序組成。硬件和軟件只有密切配合、協(xié)調(diào)一致，才能組成一個(gè)高性能的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，硬件和軟件的設(shè)計(jì)是相互關(guān)聯(lián)的，不能截然分開，硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮系統(tǒng)資源及軟件的實(shí)現(xiàn)方法，而軟件設(shè)計(jì)時(shí)又要了解硬件的工作原理。本系統(tǒng)是采用AT89S52單片機(jī)、串行A/D轉(zhuǎn)換器、LED顯示驅(qū)動(dòng)芯片、非易失存儲器、監(jiān)控芯片(WATCHDOG)和LED數(shù)碼管等器件設(shè)計(jì)的一套多路通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可將各種標(biāo)準(zhǔn)變送器送來的模擬電信號(4?20mA或0?5V)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換和程序運(yùn)算處理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)非電量的數(shù)值并實(shí)時(shí)顯示和存儲，利用VC++設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)接收處理軟件,上位機(jī)PC通過RS232串口可以接收來自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并作進(jìn)一步處理。該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，結(jié)合監(jiān)控電路、A/D轉(zhuǎn)換器、鍵盤控制電路、非易失存儲器、日歷/時(shí)鐘電路、串行通訊接口、顯示驅(qū)動(dòng)芯片加上匹配電源構(gòu)成了一個(gè)小型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。二、系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的主體。它是軟件抗干擾設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因?yàn)榭垢蓴_軟件及其重要數(shù)據(jù)都是以固件形式存放在ROM中的,沒有硬件電路的可靠工作，就談不上軟件抗干擾了。系統(tǒng)的硬件抗干擾問題可分為供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)、長線傳輸?shù)目垢蓴_設(shè)計(jì)、印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)和地線系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。由于木次設(shè)計(jì)沒有經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)試，只用了PROTEL軟件設(shè)計(jì)了印刷電路，因此木次設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮了印刷電路板和地線系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。1、印刷電路板的抗干擾設(shè)計(jì)。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，印刷電路是電源線、信號線和元器件的高度集合體，它們在電氣上相互影響。因此，印刷電路板的設(shè)計(jì)必須符合抗干擾原則，以抑制大部分干擾,對軟硬件的調(diào)試都及其重要。木系統(tǒng)的印刷電路板設(shè)計(jì)主要是遵循以卜幾個(gè)抗干擾原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。（l）電源線布置原則。在印刷電路板上，電源線的布置應(yīng)注意三點(diǎn)：一是要根據(jù)電流大小，盡量加寬導(dǎo)線;二是電源線和地線的走向應(yīng)同數(shù)據(jù)線的傳遞方向一致;三是印刷電路板的電源輸入端應(yīng)接去禍電容。穩(wěn)壓電源單獨(dú)做在一塊電路板上。（2）地線布置原則。通常，印刷電路板上的地線有數(shù)字地和模擬地兩類。數(shù)字地是高速數(shù)字電路的地線，模擬地是模擬電路的地線。數(shù)字地和模擬地的布置應(yīng)遵循三條原則：一是數(shù)字地和模擬地要分開走線，并分別和各自的電源地線相連;二是地線要加粗，至少要加粗到允許通過電流三倍以上；三是接地線應(yīng)注意構(gòu)成閉合回路，以減小地線上的電位差，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。（3）信號線的分類走線。通常，印刷電路板上的走線類型較多，為了減小各類線間的相互干擾，功率線要同信號線分開布置;驅(qū)動(dòng)線也要同信號線分開走線。（4）去藕電容的配置。為了提高系統(tǒng)的綜合抗干擾能力，印刷電路板上各關(guān)鍵部位都應(yīng)配置去禍電容。需要配置的部位有:電路板的電源進(jìn)線端;每塊集成電路芯片的電源引腳到地；中一片機(jī)的復(fù)位端到地。（5）印刷電路板尺寸和元器件布置。印刷電路板尺寸要適中。器件布置時(shí)應(yīng)考慮器件類型和功能，應(yīng)盡量使高頻器件同低頻器件分開集中布置，小電流電路和大電流電路都要遠(yuǎn)離邏輯電路。2、地線系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)。地線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對系統(tǒng)的抗干擾性能影響極大。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，地線系統(tǒng)主要包括前述的數(shù)字地和模擬地以及保護(hù)地和屏蔽。正確的接地方法是:所有的邏輯地應(yīng)連在一起，邏輯地只能在信號源一側(cè)或負(fù)載一側(cè)，同保護(hù)地單點(diǎn)相聯(lián)，通常放在信號源一側(cè)。三、系統(tǒng)的軟件抗干擾設(shè)計(jì)軟件抗干擾只是硬件抗干擾的補(bǔ)充和完善，但也十分重要。因?yàn)橄到y(tǒng)在噪聲環(huán)境卜運(yùn)行時(shí),大量的干擾常常并不損壞硬件系統(tǒng)，卻會使系統(tǒng)無法正常工作。通常,軟件抗干擾系統(tǒng)可分為三種：一是數(shù)據(jù)采集中的軟件抗干擾；二是控制失靈的軟件抗干擾;三是程序運(yùn)行失常的軟件抗干擾。1、 數(shù)據(jù)采集中的軟件抗干擾。在工業(yè)控制場合，中一片機(jī)都要采集被監(jiān)控的各種參數(shù)。由于工業(yè)環(huán)境惡劣和被測參數(shù)的信號微弱，盡答單片機(jī)前向系統(tǒng)中采用了種種硬件抗干擾措施，但有時(shí)還會受到干擾侵害。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須輔之以各種抗干擾軟件，采用軟硬結(jié)合的抗干擾措施。2、 程序運(yùn)行失常的軟件抗干擾。在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，各種干擾源常使指令的地址碼和操作碼發(fā)生改變，中一片