嵌入式系统开发课程-多路数据采集系统设计

嵌入式系统开发课程-多路数据采集系统设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN多路数据采集系统设计1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0~10mV，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/N0－I/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0～10mV，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。

2.3A/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WR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RD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1INT端。

2.4串口发送电路RS232是用正负电压来表示逻辑状态，与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系统原理框图图 1 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，如错误!未找到引用源。

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，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错误!未找到引用源。

所示。

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FDH，SMOD＝0，得到波特率为。

（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。

4.2A/D转换（1）用作为4067的使能控制；用、、、的组合状态作为4067的通道地址选择信号。

（2）用作为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:* Programmer: 李博********************************************************************/ /***************************头文件**********************************/ #include ""#include ""/**************************宏定义***********************************/ #define uchar unsigned char#define IN0 XBYTE[0x7FF0] //定义ADC0809的IN0口地址#define P27 P2^7 //口,作为ADC0809的使能信号（低电平有效）#define channel P1 /*作为4067的使能信号（低电平有效），、、、作为通道选择*/#define E4067 p1^4 //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TH1=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SMOD＝0 SCON=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; //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==0 和WR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89C51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&&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 2{ADC_flag=1;}/********************************************************************** *******************定时器T0 中断,实现1s 定时************************** **********************************************************************/ void INT_T0() interrupt 1{TL0=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do{RS232(); //数据传送} while(T0_count);T0_count=20;}}6小结通过学习《嵌入式系统及其电路的开发设计》这门课程，我对单片机、DSP等嵌入式系统的核心，及其外围接口的相关电路有了更加深入的了解。