開關量采集電路設計 - 基于W77E58的通訊儀的設計方案

　　系統(tǒng)通過一片8255芯片來擴展并行口。編程使8255的A口為輸入，用于采集8路開關信號。B口為輸出，用于8路開關量的輸出。為了增強系統(tǒng)抗干擾能力，開關量輸入/輸出通道都采用光電隔離。開關量采集電路圖略。

　　1.7 頻率信號測量電路設計

　　本系統(tǒng)利用8253芯片的定時器/計數(shù)器1和2對兩路待測脈沖個數(shù)進行記數(shù)，8253的定時器/計數(shù)器0用來定時，利用W77E58有多個中斷源的特性，定時結束產(chǎn)生中斷，在中斷服務程序中，讀取8253定時器/計數(shù)器1和2的當前記數(shù)值，通過計算便可得到待測頻率量。

　　頻率信號測量電路如圖5所示。其中D0-D7與W77E58數(shù)據(jù)總線相連，單片機P2口高三位經(jīng)138譯碼器譯出的Y0與8253的CS引腳相連，用來選通8253芯片，8253的A0、A1直接與低二位地址線相連，因此8253的端口地址為1FFCH～1FFFH。

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　　1.8 串行通訊設計

　　利用MAX485芯片，W77E58單片機的增強串口用來擴展485接口，以便能夠與工業(yè)現(xiàn)場具有485接口的智能儀表相連接。單片機與MAX485芯片的連接只需要外加幾個電阻，非常簡便，在此不再詳述。

　　為了使設計的數(shù)據(jù)采集儀應用方便，系統(tǒng)利用PTR2000無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與上位機進行通訊，以便能隨時響應控制中心的PC機的數(shù)據(jù)上傳命令，將采集到的數(shù)據(jù)實時上傳給控制中心。PTR2000是一種超小型、低功耗、高速率的無線收發(fā)數(shù)據(jù)傳輸模塊。其通訊速率最高可達20Mbit/s，也可工作在其他速率，如4800bit/s、9600bit/s。系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸原理圖如圖6所示。

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　　PTR2000可直接與單片機的串口TXD、RXD相連接。PTR2000無線MODEM的DO和DI引腳分別連接單片機串口的RXD和TXD，這樣單片機就可以和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行串行通信。PTR2000的PWR腳和單片機的P1.0腳相連，以便對無線數(shù)據(jù)傳輸模塊的電源進行管理，TXEN與單片機的P1.1腳連接，控制PTR2000無線收發(fā)模塊的收發(fā)狀態(tài)轉換。上位機通過PTR2000與單片機進行實時通訊。由于上位機串口通常采用RS-232 電平，而單片機串口使用的是TTL電平，故PTR2000與上位機連接時必須將TTL電平轉換成RS-232電平，系統(tǒng)采用MAXM公司的MAX232芯片進行轉換。上位機用串口的RTS與PTR2000的TXEN連接來控制PTR2000無線收發(fā)模塊的收發(fā)狀態(tài)轉換。

　　2 系統(tǒng)軟件設計

　　系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，主程序首先對各接口芯片進行初始化，然后分別調(diào)用各個子程序模塊以進入各個數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，并將采集到的數(shù)據(jù)存儲在32K字節(jié)的串行E2PROM AT24C256中，以備控制中心查詢，同時將對應的數(shù)據(jù)在液晶顯示器上顯示。如果系統(tǒng)接收到上位機的數(shù)據(jù)上傳命令，就將存儲在E2PROM中的數(shù)據(jù)通過 PTR2000發(fā)送給PC機。系統(tǒng)主程序流程如圖7所示。

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　　串口通信程序中雙方通信協(xié)議是至關重要的，這關系到無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕鞠到y(tǒng)約定雙方的通信協(xié)議格式如下：串行通信使用單片機的內(nèi)部定時器/計數(shù)器1 作為波特率發(fā)生器，本系統(tǒng)波特率設定為4800 bit/s;幀格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗;通信采用中斷方式;上位機采用COM 1通信。在設計時，數(shù)據(jù)傳輸通道也采用光電隔離來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，并且采用了CRC校驗以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_。單片機系統(tǒng)初始化時，將單片機的 P1.1腳設置為低電平，這就可使得在默認狀態(tài)下，PTR2000處于接收狀態(tài)，以便時刻監(jiān)聽上位機的數(shù)據(jù)上傳命令。當接收到上位機的命令后，中斷服務程序將數(shù)據(jù)從單片機數(shù)據(jù)緩沖區(qū)取出，同時將模塊的接收狀態(tài)切換為發(fā)射狀態(tài)，轉換過程所需時間約5ms，然后將這些數(shù)據(jù)以FSK的調(diào)制形式發(fā)射出去， PTR2000模塊隨后恢復為接收狀態(tài)。從單片機系統(tǒng)發(fā)射的數(shù)據(jù)經(jīng)上位機系統(tǒng)中的PTR2000接收，由RS232接口進行電平轉換，送進上位機，上位機對數(shù)據(jù)進行分析和處理后，向單片機系統(tǒng)發(fā)送一個確認數(shù)據(jù)包，以確認單片機系統(tǒng)數(shù)據(jù)包的正確性。上位機接收完數(shù)據(jù)后，它的PTR2000模塊又恢復為常發(fā)射狀態(tài)。如果數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中有數(shù)據(jù)丟失，上位機將要求單片機系統(tǒng)重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到數(shù)據(jù)全部正確為止，串行中斷服務程序如圖8所示。

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　　3 結束語

　　本文利用8位單片機設計的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以作為工業(yè)現(xiàn)場的遠程監(jiān)控終端來使用，也可以方便的設計成便攜式智能數(shù)據(jù)采集和通訊儀表，由于數(shù)據(jù)傳輸采用了無線方式，使其能夠非常廣泛的應用于工業(yè)上需要數(shù)據(jù)采集的場合，具有比較高的實際應用價值。