嵌入式系统开发课程-多路数据采集系统设计

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，数据采集系统主

2、要包括以下几个主要环节：2.1 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/N0I/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态。2.2 信号调理电路为

3、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。2.3 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转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8

4、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口和同时处在有效位的组合信号与A/D转换器的输出信号OE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的端。2.4 串口发送电路RS232是用正负电压来表示逻辑状态，与

5、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。2.5 系统原理框图通信模块（MAX232、RS232）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）PC上位计算机图 Error! Main Document Only. 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。图 2 电路原理图4 程序设计方案根据前文所述，要实现题目要求

6、，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。图 Error! Main Document Only. 程序总体流程图系统初始化A/D转换数据通信系统中断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。4.1 系统初始化主要完成定时器，串行通信，中断的相关设置。（1）定时器T0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

7、FDH，SMOD0，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。4.2 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。4.3 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

8、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/* Filename: program.c* Programmer: 李博 */*头文件*/#include "reg52.h"#include "absacc.h"/*宏定义*/#define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE0x7FF0 /定义ADC0809的IN0口地址#define P27 P27 /P

9、2.7口,作为ADC0809的使能信号（低电平有效）#define channel P1 /*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 p14 /4067使能控制端口（低电平有效）/*全局变量*/uchar data *result=0X50; /A/D转换的结果存入0X50及其后续地址单元uchar T0_count; /定时器T0计数，实现1s延时/*系统初始化函数initial()*/void initial()/*定时器初始化*/TMOD=0X21; /*定时器T0工作于模式1，充当16位定时器；T1

10、工作于模式2，充当波特率发生器*/TL0=0X00; /定时器T0的计数初值设为4C00H（对应50ms）TH0=0X4C;TL1=0XFD; /定时器T1的计数初值设为FDH，SMOD=0，对应波特率9.6KTH1=0XFD;T0_count=20; /利用1s=50ms×20,实现1s的延时程序/*串行通信初始化*/SMOD=0X00 ; /波特率的SMOD0SCON=0X50 ; /工作于方式1,使能接收(REN=1)/*中断初始化*/IT1=1; /设置外中断1中断请求信号为下降沿IE=0X96; /允许中断:定时器T0、外中断1、串行通信TR0=1; /启动T0TR1=1;

11、 /启动T1/* AD 转换函数ADC0809()*/void ADC0809()channel=0X00 ; /使能4067,同时选择到channel1sbit ADC_flag; /*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*/uchar i;for(i=0;i<16;i+)ADC_flag=0; /中断响应前为0,以便循环等待转换结束IN0=0; /通过P2.7=0 和启动AD转换while(!ADC_flag); /*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*/*(result+i)=IN0; /把转换结果存入8

12、9C51的RAM中channel=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; /把60H作为接受上位机信号的存储单元*receive=0X00; /在60H单元中放入初值00HSBUF=0XAA; /向上位机发送AAH作为联络信号while(TI=0); /等待发送完成,并置TI为0,以等待下一次发送TI=0;while(RI=0&

13、&T0_count!=0); /*等待上位机的应答信号*并加入加入1s 超时的判断*/if(T0_count!=0)RI=0;*receive=SBUF; /把接受到的应答信号存入receiveif(receive=0XBB) /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;i<16;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() interrupt 2ADC_flag=1;/*定时器T0 中断,实现1s 定时*/void INT_T0() interrupt 1TL0=0X00 ; /定时器T0 计数初值4C00H（对应50ms）TH0=0X4C;T0_count-;/*主函数main ()*/void main()initial(); /初始化while(1)ADC0809(); /AD 转换doRS232(); /数据传送 while(T0_count);T0_count=20;6 小结通过