串行数据采集

1、随着电子技术的不断发展，目前对各种物理量的检测和控制都可得以实现。微机检 测控制系统不仅运用到航天航空、机器人技术、纺织机械、食品加工等工业过程控 制，而且已经成为日常各种家用电器当中的主要组成部分。其中，A/D （模拟数字 转换）设备起着十分重要的作用。这样，一个系统中就会需要更多的A/D设备。一 般是用扩展一块或多块A/D采集卡的方法去实现。当模拟量较少或是温度、压力等 缓变信号场合，采用总线型A/D卡并不是最合适、最经济的方案。这里介绍一种以 AT89C2051单片机为核心，采用TLC2543L 12位串行A/D转换器构成的采样模块， 该模块的采样数据由单片机串口经电平转换后送到上位机（

2、PC机）的串口 COM1或 COM2，形成一种串行数据采集串行数据传输的方式。主要元件功能介绍AT89C2051单片机AT89C2051是ATMEL公司推出的一种性能价格比极高的8位单片机，其指令系统与MCS-51系列完全兼容。引脚排列如图1所示。图1 AT0C2O51引脚TLC2543L串行A/D转换器TLC2543L采用SPI串行接口总线，SPI串行接口总线由 Motorola公司提出，它是一种三线同步接口，分别为同步信号、输入信号和输出信 号。另外芯片还有一根片选线，单片机通过片选线选通TLC2543L。其中，CLK为同 步时钟脉冲，CS为片选线，DIN为单片机的数据输出和TLC2543

3、L的数据输入线， DOUT为单片机的数据输入线和TLC2543L的数据输出线。图2为TLC2543L时序图。 TLC2543L是全双工的，即数据的发送和接收可同时进行。如果只是对TLC2543L写 数据，单片机可以丢弃同时读入的数据；反之，如果只读数据，可以在命令字节后， 写入任意数据。数据传送以字节为单位，并采用高位在前的格式。图 W TLC254X 图模块采用TI公司的TLC2543L 12位串行A/D转换器，使用开关电容逐次逼近法完 成A/D转换过程。串行输入结构，能够大大节省51系列单片机I/O资源，且价格 适中。其特点有：(1) 11个模拟输入通道；转换时间10 s；12位分辨率A/

4、D转换器；3路内置自测试方式；采样率为66kbps；线性误差 +1LSB(max)有转换结束(EOC)输出；具有单、双极性输出；可编程的MSB或LSB前导;可编程的输出数据长度。TLC2543L的引脚排列如图3所示。图3中AIN0AIN10 为模拟输入端；为片选端；DIN为串行数据输入端；DOUT为A/D转换结果的三态 串行输出端；EOC为转换结束端；CLK为I/O时钟；REF+为正基准电压端；REF-为 负基准电压端；VCC为电源；GND为地。电平转换器MAX232C MAX232C为RS-232收发器，简单易用，单+5V电源供电，仅需 外接几个电容即可完成从TTL电平到RS-232电平的转

5、换，引脚排列如图4所示。硬件设计 硬件电路如图5所示。R1INR10URR2OUT单片机AT89C2051是整个系统的核心，TLC2543L对输入的模拟信号进行采集，转换 结果由单片机通过P3.5（9脚）接收，AD芯片的通道选择和方式数据通过P3.4（8 脚）输入到其内部的一个8位地址和控制寄存器，单片机采集的数据通过串口（3、 2脚）经MAX232C转换成RS232电平向上位机传输。单片机软件设计单片机程序主要包括串行数据采集/传输模块的系统信息、通道数、采集周期和通 讯协议定义，以及数据采集和传输的标准子程序。TLC2543L的通道选择和方式数据为8位，其功能为：D7、D6、D5和D4用来

6、选择要 求转换的通道，D7D6D5D4=0000时选择0通道，D7D6D5D4=0001时选择1通道，依 次类推；D3和D2用来选择输出数据长度，本程序选择输出数据长度为12位，即 D3D2=00或D3D2=10； D1，D0选择输入数据的导前位，D1D0=00选择高位导前。TLC2543L在每次I/O周期读取的数据都是上次转换的结果，当前的转换结果在下一 个I/O周期中被串行移出。第一次读数由于内部调整，读取的转换结果可能不准确， 应丢弃。数据采集程序如下：sbit DATAIN=P1;sbit CLOCK=P0;sbit DATAOUT=P2;sbit CS=P3;bit datain_a

7、_bit0（） bit m=0;DATAOUT=1;m=DATAOUT;DATAIN=0;Nop();CLOCK=1;Nop();CLOCK=0;Return(m);bit datain_a_bit1() bit m=0;DATAOUT=1;m=DATAOUT;DATAIN=1;Nop();CLOCK=1;Nop();CLOCK=0;Return(m);单片机通过编程产生串行时钟，并按时序发送与接收数据位，完成通道方式/通道数据的写入和转换结果的读出，程序如下：unsigned int Tlc2543L(unsigned char ch)unsigned char i,chch=0;unsig

8、ned int xdata xxx=0;unsigned int xdata y=0;CS=0;Chch=ch4;Y=chch;Y=8;I=0;While(I12)if(y&0 x8000)=0)if(datain_a_bit0()=0) xxx&=0 xfffe;else xxx|=0 x0001;if(I!=11) xxx=1;elseif(datain_a_bit1()=0) xxx&=0 xfffe;else xxx|=0 x0001;if(I!=11) xxx=1;y=1;I+=1；CS=1;Return(xxx);串行数据传输模块包括串行口初始化子程序和数据传输子程序，各子程序分别

9、如 下。其中数据传输采用查询方式，也可以方便地改为中断方式。Void rs232init()TMOD=0 x20;TH1=0 xfd;TR1=1;SCON=0 x50;void receandtran()unsigned char da;while(!RI)RI=0;Da=SBUF;SBUF=da;While(!TI);TI=0;上位机接收数据所用C语言程序包括初始化子程序和接收子程序。各子程序分别如下：void cominit(void)outportb(0 x3fb,0 x80);outportb(0 x3f8,0 x18); /与单片机波特率一致为 9600bps*/outportb(0

10、 x3f9,0 x00);outportb(0 x3fb,0 x03); /8位数据位，1位停止位，无奇偶校验*/outportb(0 x3fc,0 x03); /*Modem控制寄存器设置，使DTR和RTS输出有效*/outportb(0 x3f9,0 x00); /*设置中断允许寄存器，禁止一切中断*/void data_rece(void) /*查询方式接收数据子程序*/while(!kbhit()while(!(inportb(0 x3fd)&0 x01);/*若 接收寄存器为空，则等待*/printf(%x ，inportb(0 x3f8); /*读取结果并显示*/getch();智能化串行采集/传输模块在PCR仪中的应用在PCR仪的电路设计中，因需要检测的信号很多，包括热盖的温度检测，散热器的 温度检测，腔体内部的温度检测，气流的温度检测，光信号的检测等等，为了简化 电路，节约成本，减小体积，在选择A/D转换电路时选用了5?【总线的TLC2543， 该芯片有多达11路的模拟信号输入端，完全满足PCR仪电路设计的需要，一个芯