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1

INT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