采用Aduc845單片機數據采集系統(tǒng)的電路設計，實現數據的查詢與處理

引言

在工業(yè)、農業(yè)、建筑、冶金等行業(yè)中由于某些場所物理環(huán)境比較惡劣，不方便人工采集數據，但實際生產又需要實時采集處理數據以支持后面的生產，因此如何實現方便快捷的采集數據和準確高效的處理數據就成為我們研究的重點，因此本文提出了基于Aduc845 單片機的數據采集系統(tǒng)的設計。

1 總體設計

Aduc845 單片數據采集最小系統(tǒng)是采集溫度、濕度、光照強度、CO2濃度的采集系統(tǒng)。圖中傳感器電路用來采集四路數據；單片機Ⅰ用來處理和轉換傳感器電路的信號和應答主機發(fā)送的命令；單片機Ⅱ用來發(fā)送采集命令和處理接受的數字量， 同時與LCD 顯示電路和存儲器相連對各個量進行實時顯示、儲存并通過通信芯片和PC 機進行通信。

2 電路設計

2.1 傳感器電路設計

傳感器電路采用TSL2561、DHT11 和基于LM393 的CO2檢測傳感器三個數字傳感器分別采集光照強度、溫度和濕度、CO2濃度四路數據。此三個傳感器均為數字輸出不需要D/A 轉換即可與從機相互應答，其靈敏度高，抗干擾能力強，具有快速響應的特性并且低功耗、噪音低的特點。因此，本設計采用此三種傳感器作為傳感器電路。電路圖如圖2:

2.2 主機與從機通信電路設計

Aduc845 具有三種串行輸入/輸出接口：通用串行異步接口、串行外設接口（SPI）和I2C 串行接口。

SPI 允許8 位數據同時同步的發(fā)送和接收，但SPI 引腳和P2 引腳復用，所以只有SPE 引腳被置位時，復用的引腳才有SPI 功能，否則，隨著SPI 被清零，這些引腳將保持標準的P2 功能。

Aduc845 也支持完全的I2C 串行接口， 此接口可配置為軟件主操作和硬件從操作模式。I2C 接口可同時用作SPI 接口，它可供用戶使用且其不與芯片上使用其它I/O 口復用， 這就意味著ADuC845 芯片上的I2C 接口和SPI 接口可同時使用。當使用I2C 接口時，由于他們都使用同一中斷程序，在有中斷產生時，必須查詢接口以確定是哪一個接口觸發(fā)職斷服務程序請求。

由于只有一個從機，且P2 引腳用于顯示電路中，所以為了避免引腳復用，我們采用I2C 接口實現主從機的通信，電路圖如圖3:

2.3 顯示電路設計

在單片機應用系統(tǒng)中， 通常用LED 顯示器和LCD 顯示器作為顯示電路。LED 顯示器雖然顯示清晰、亮度高、適用電壓低、壽命長，但是其顯示信息簡單。LCD 顯示器體積小，重量輕、功耗低、顯示內容豐富。

由于本設計顯示信息量較大，所以采用RT-1602C 字符型LCD 液晶顯示器作為顯示電路，電路圖如圖4:

2.4 鍵盤輸入設計

非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。

2.4.1 獨立按鍵接口

在單片機中，如果所需的按鍵較少，可采用獨立式鍵盤。每只按鍵接單片機的一條I/O 線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖5 所示。6 只按鍵分別在單片機的P1.0~P1.3I/O 線上。無按鍵按下時，P1.0~P1.3 線上均輸入高電平。當某按鍵按下時，與其相連的I/O 線將得到低電平輸入。

2.4.2 矩陣式按鍵接口

在單片機中需要的按鍵較多時，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20 只按鍵接口，如采用按鍵獨立方式，需要20 個I/O 口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要9 個I/O 口。如圖6 所示。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應的鍵值，再轉到相應的鍵處理程序幾個部分組成。

在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有6 個，所以采取獨立按鍵接口方式。

2.5 存儲電路設計

ADuC845 包含一個64K 字節(jié)閃速/電擦除程序存儲器， 其中低62K 字節(jié)供用戶使用，可用作程序存儲器或附加NV 數據存儲器。由于程序存儲器與數據存儲器共有64K 其容量顯然對于存儲數據太小，所以我們用兩個6264 存儲芯片進行了數據存儲擴展開擴大數據存儲空間，設計電路如下：

2.6 與PC 機的通信設計

一般的通信方式有并行通信和串行通信兩種。并行通信雖然通信速度快，但是其傳輸信號線多，傳輸距離較遠時線路復雜，成本高；串行通信又分為串行異步通信和串行同步通信兩種，同步方式傳送的位數多，對發(fā)送時鐘要求較高，控制線路復雜，但傳送速度較快；異步傳送的位數較少，對發(fā)送時鐘線路和接收時鐘的要求相對不高，線路簡單，但傳送速度較慢。與我們的設計要求相比，我們選擇線路較簡單，對時鐘要求不高的串行異步傳送方式與PC 機進行通信。電路圖如下：

3 軟件設計

整個系統(tǒng)通過單片機控制按鍵來決定所要的動作，以期獲得所需的主要參數，系統(tǒng)流程如圖9 所示：

4 總結

該設計最終實現了對溫度、濕度、光照強度和CO2濃度的四路數據采集。該系統(tǒng)采用主從應答式對四路數據進行實時采集、顯示和存儲，并通過串行口與PC 機進行通信，通過PC 機對數據進行進一步分析處理。該系統(tǒng)分辨率高，噪音低，克服了傳統(tǒng)數據采集系統(tǒng)的不足。