基于单片机AT89C51的电流信号采集系统

基于单片机AT89C51的电流信号采集系统

【摘要】本文采用以AT89C51为核心的采样系统，辅以可编程的程控放大器模块以及AD转换模块等。该系统有较多的优点，如：采样速度快，数据分析较精确，电路结构简单等。

【关键词】AT89C51 程控放大器AD转换

1、引言

近年来，人们对电信号的采集越来越重视，且对采样系统的精度要求越来越高。因为采样结果精度的高低直接影响到了人们对模拟信号的分析，进而影响到了人们所采取的措施。本文采用了以AT89C51为核心的采样系统，其采集速度快。并且还采用了AD526所构成的程控放大模块，提高了的对电流信号的采集精度。

2、芯片功能介绍

AT89C51是美国ATMEL公司生产的，具有功耗低、性能高、速度快、系统掉电后重要数据和重要信息不会丢失等特点，并且它兼容了MCS--51系列的单片机，其可重复可擦除的次数很高，可以达到1000次，这不仅有利于系统程序的调试，还可通过系统程序的调整，使系统具有更多的功能；该单片机具有32位可编程I/O线、128*8位的内部RAM、片内振荡器和时钟电路，最高频率可达24Msps等功能，这些功能完全可达到系统设计要求。

AD526是一款性价比高，可通过程序控制的可编程增益放大器（SPGA），并且提供了多种增益放大倍数，分别为1、2、4、8、16五种增益。其内部拥有电阻网络、TTL兼容型锁存输入以及放大器等多种功能。双芯片级联情况下其增益范围为1至256的二进制增益，且增益误差小，温度漂移低至0.5ppm/℃，线性度低，建立10V信号变化时间快，直流进度好等优点。

MAX118是MAX公司生产的一款速具有8个通道的8位模数转换芯片，通道之间的转换速度快，很容易与ups接口进行连接，带有1uA的关断模式，+5V 电源供电，采样频率为1Msps。在本设计系统中，该芯片与单片机AT89C51的连接也是十分方便的。

3、系统工作原理

本系统是以AT89C51为核心的控制系统，配以AD526构成的程控放大电路以及MAX118构成的模数转换电路。系统的基本结构图如图1所示。

图1 系统结构框图

首先，在单片机中设置程控放大电路的增益窗口，当采样信号的幅值高于某值时，单片机命令程控放大器不需要对采样信号进行放大；当采样信号的幅值低于某值时，单片机命令程控放大器对采样信号进行放大。开始时，设置程控放大器的增益倍数为1，系统采集的信号经程控放大电路直接输入到AD转换模块，由AD转换模块将模拟信号转换成数字信号，然后单片机对数字信号的大小进行判断，若信号太小，则单片机命令程控放大电路对模拟信号进行放大，然后再把信号重新输入到AD转换电路进行转换。这样做虽不能很好的降低采样误差，但还是较为提高了系统的采集精度。

4、AD转换模块与单片机部分硬件电路设计

该硬件电路图如图2所示，其中MAX118的IN0～IN7为模拟信号输入端，A0A1A2控制模拟信号的输入端口，如A0A1A2=000，则对应IN0模拟输入端；MAX118的D0～D7接单片机的P1端口，用于数据的传输；MAX118的RD接单片机的RD端口，当单片机RD为输出低电平时，单片机从MAX118中读取数据；MAX的INT端口接单片机的INT0端口，两者之间采取中断式传输方式；MAX的WR端接单片机的WR端，当WR为低时，单片机向MAX118写入数据；MAX118的A0A1A2端连接在单片机的P0.0～P0.2端，用于单片机控制MAX118的模拟通道；VCC接5伏的源，GND接地。

图2 部分硬件电路图

5、软件部分设计

本系统采用C语言对系统进行编程，并用keil软件作为编译的环境。C语言兼顾了多种高级语言的特点，编程方法十分灵活，编译速度快，编译效率高，且具有丰富的库函数，可移植性强，很适合用于单片机的程序编辑。Keil软件是美国keil software 公司开发的可用于51系列单片机兼容C语言的软件开发系统，编译操作简单，非常适合单片机程序的编译与调试。本系统的程序的任务是控制单片机对AD进行数据读取，并把数据存储起来。其流程图如图3所示。

图3 程序流程图

6、结论

本系统采用以AT89C51为核心的控制电路，该电路操作性强，电路简单，实时性较强，且精度较高，且成本低。实验结果证明了该设计系统的准确性。

7、结束语

本系统对电流信号尽性采集，在该系统中采用了以AD526为核心的可编程程控放大模块，该模块提高了系统的采样精度，为之后人们对电流信号的分析和处理提供了精度保证。