基于8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集與通信控制的設(shè)計(jì)方法

摘要：給出了采用8051單片機(jī)為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集與通信控制的設(shè)計(jì)方法。該方法將8路被測(cè)電壓通過(guò)通用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后由單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，再將數(shù)據(jù)通過(guò)串行口傳輸?shù)絇C機(jī)上，同時(shí)采用MAX232接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)MCU與PC機(jī)間的電平匹配，最后由PC機(jī)完成數(shù)據(jù)的接收和顯示。
　　關(guān)鍵詞：多路數(shù)據(jù)采集；單片機(jī)；模數(shù)轉(zhuǎn)換；串行通信
　　“數(shù)據(jù)采集”是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬物理量采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示和打印的過(guò)程，相應(yīng)的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　本文的主要任務(wù)是對(duì)0～5V的直流電壓進(jìn)行測(cè)量并送到遠(yuǎn)端的PC機(jī)上進(jìn)行顯示。由于采集的是直流信號(hào)，對(duì)于緩慢變化的信號(hào)不必加采樣保持電路，因此選用市面上比較常見(jiàn)的逐次逼近型ADC0809芯片，該芯片轉(zhuǎn)換速度快，價(jià)格低廉，可以直接將直流電壓轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)字量。同時(shí)選用低功耗的LCD顯示器件來(lái)滿足其在終端顯示采集結(jié)果的需求。終端鍵盤(pán)控制采用盡可能少的鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能，為了防止鍵盤(pán)不用時(shí)的誤操作，設(shè)計(jì)時(shí)還設(shè)置了鎖鍵功能，在鍵盤(pán)的輸入消抖方面，則采用軟件消抖方法來(lái)降低硬件開(kāi)銷，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。軟件設(shè)計(jì)方面則采用功能模塊化的設(shè)計(jì)思想；鍵盤(pán)模數(shù)轉(zhuǎn)換等采用中斷方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大提高了單片機(jī)的效率以及實(shí)時(shí)處理能力。
　　1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)一般由信號(hào)調(diào)理電路、多路切換電路、采樣保持電路、A／D轉(zhuǎn)換器以及單片機(jī)等組成。本文主要完成功能的系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。
　　
　　圖1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖
　　2 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介
　　2．1 ADC0809的結(jié)構(gòu)功能
　　本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)作為處理器。電子計(jì)算機(jī)所處理和傳輸?shù)亩际遣贿B續(xù)的數(shù)字信號(hào)，而實(shí)際中遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，模擬量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，需要模／數(shù)轉(zhuǎn)換將其變成數(shù)字信號(hào)才可以輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進(jìn)行處理和控制，因此，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出的接口電路，即A／D轉(zhuǎn)換器就是現(xiàn)實(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁。
　　目前，世界上有多種類型的A／D轉(zhuǎn)換器，如并行比較型、逐次逼近型、積分型等。本文采用逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器，該類A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度高，速度快，價(jià)格適中，是目前種類最多，應(yīng)用最廣的A／D轉(zhuǎn)換器。逐次逼近型A／D轉(zhuǎn)換器一般由比較器、D／A轉(zhuǎn)換器、寄存器、時(shí)鐘發(fā)生器以及控制邏輯電路組成。
　　ADC0809就是一種CMOS單片逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。該芯片由8路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開(kāi)關(guān)樹(shù)型D／A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力。該器件既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。其輸入輸出與TTL兼容。
　　
　　ADC0809是8路8位A／D轉(zhuǎn)換器（即分辨率8位），具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫?，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs采用單+5V電源供電，模擬輸入電壓范圍為0～+5V，且不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)，工作溫度范圍為-40～+85℃功耗可抵達(dá)約15mW。