單片機數據采集系統設計

單片機數據采集系統設計摘要:在微機測控系統中，經常要用到A/D轉換,常用的方法是擴展一塊或多塊A/D采集卡，當模擬量較少或是溫度、壓力等緩變信號場合，采用總線型A/D卡并不是最合適、最經濟的方案。這里介紹一種以GMS97C2051單片機為核心,采用TLC254312位串行A/D轉換器構成的采樣模塊,該模塊的采樣數據由單片機串口經電平轉換后送到上位機(IBMPC兼容機)的串口COM1或COM2,形成一種串行數據采集串行數據傳輸的方式。經實踐調試證實，該模塊功耗低、采樣精度高、可靠性好、接口簡便，有一定實用價值。關鍵詞:單片機數據采集系統數據采集技術是一種實用的電子技術，它廣泛應用于信號檢測、信號處理、儀器儀表等領域。近年來，隨著數字化技術的不斷發展,數據采集技術也呈現出速度更快、通道更多、數據量更大的發展趨勢。數據采集是為了對溫度、壓力、流量、速度、位移、光強度、聲音等物理量進行在線測量和控制，通過傳感器把上述物理量轉換成模擬物理量的電信號，然后將模擬電信號經過處理并轉換成計算機能識別的數字量，送進計算機處理、存儲、傳輸和顯示。一、系統分析與總體設計通用數據采集系統由硬件和軟件兩部分組成。硬件由單片機、A/D轉換器和顯示驅動電路等組成，軟件包括主程序、系統監控、定時/中斷等子程序組成。硬件和軟件只有密切配合、協調一致，才能組成一個高性能的數據采集系統。在系統開發過程中，硬件和軟件的設計是相互關聯的，不能截然分開，硬件設計時應考慮系統資源及軟件的實現方法，而軟件設計時又要了解硬件的工作原理。本系統是采用AT89S52單片機、串行A/D轉換器、LED顯示驅動芯片、非易失存儲器、監控芯片(WATCHDOG)和LED數碼管等器件設計的一套多路通用數據采集系統。該系統可將各種標準變送器送來的模擬電信號(4?20mA或0?5V)經過A/D轉換和程序運算處理轉換成相應非電量的數值并實時顯示和存儲，利用VC++設計的數據接收處理軟件,上位機PC通過RS232串口可以接收來自數據采集系統的各項數據，并作進一步處理。該系統以單片機為核心，結合監控電路、A/D轉換器、鍵盤控制電路、非易失存儲器、日歷/時鐘電路、串行通訊接口、顯示驅動芯片加上匹配電源構成了一個小型數據采集系統。二、系統的硬件抗干擾設計系統的硬件抗干擾設計是整個系統抗干擾設計的主體。它是軟件抗干擾設計的基礎，因為抗干擾軟件及其重要數據都是以固件形式存放在ROM中的,沒有硬件電路的可靠工作，就談不上軟件抗干擾了。系統的硬件抗干擾問題可分為供電系統的抗干擾設計、長線傳輸的抗干擾設計、印刷電路板的抗干擾設計和地線系統的抗干擾設計。由于木次設計沒有經過現場調試，只用了PROTEL軟件設計了印刷電路，因此木次設計重點考慮了印刷電路板和地線系統的抗干擾設計。1、印刷電路板的抗干擾設計。在單片機應用系統中，印刷電路是電源線、信號線和元器件的高度集合體，它們在電氣上相互影響。因此，印刷電路板的設計必須符合抗干擾原則，以抑制大部分干擾,對軟硬件的調試都及其重要。木系統的印刷電路板設計主要是遵循以卜幾個抗干擾原則進行設計的。（l）電源線布置原則。在印刷電路板上，電源線的布置應注意三點：一是要根據電流大小，盡量加寬導線;二是電源線和地線的走向應同數據線的傳遞方向一致;三是印刷電路板的電源輸入端應接去禍電容。穩壓電源單獨做在一塊電路板上。（2）地線布置原則。通常，印刷電路板上的地線有數字地和模擬地兩類。數字地是高速數字電路的地線，模擬地是模擬電路的地線。數字地和模擬地的布置應遵循三條原則：一是數字地和模擬地要分開走線，并分別和各自的電源地線相連;二是地線要加粗，至少要加粗到允許通過電流三倍以上；三是接地線應注意構成閉合回路，以減小地線上的電位差，提高系統的抗干擾能力。（3）信號線的分類走線。通常，印刷電路板上的走線類型較多，為了減小各類線間的相互干擾，功率線要同信號線分開布置;驅動線也要同信號線分開走線。（4）去藕電容的配置。為了提高系統的綜合抗干擾能力，印刷電路板上各關鍵部位都應配置去禍電容。需要配置的部位有:電路板的電源進線端;每塊集成電路芯片的電源引腳到地；中一片機的復位端到地。（5）印刷電路板尺寸和元器件布置。印刷電路板尺寸要適中。器件布置時應考慮器件類型和功能，應盡量使高頻器件同低頻器件分開集中布置，小電流電路和大電流電路都要遠離邏輯電路。2、地線系統的抗干擾設計。地線系統的設計，對系統的抗干擾性能影響極大。在單片機應用系統中，地線系統主要包括前述的數字地和模擬地以及保護地和屏蔽。正確的接地方法是:所有的邏輯地應連在一起，邏輯地只能在信號源一側或負載一側，同保護地單點相聯，通常放在信號源一側。三、系統的軟件抗干擾設計軟件抗干擾只是硬件抗干擾的補充和完善，但也十分重要。因為系統在噪聲環境卜運行時,大量的干擾常常并不損壞硬件系統，卻會使系統無法正常工作。通常,軟件抗干擾系統可分為三種：一是數據采集中的軟件抗干擾；二是控制失靈的軟件抗干擾;三是程序運行失常的軟件抗干擾。1、 數據采集中的軟件抗干擾。在工業控制場合，中一片機都要采集被監控的各種參數。由于工業環境惡劣和被測參數的信號微弱，盡答單片機前向系統中采用了種種硬件抗干擾措施，但有時還會受到干擾侵害。因此，系統設計時必須輔之以各種抗干擾軟件，采用軟硬結合的抗干擾措施。2、 程序運行失常的軟件抗干擾。在單片機應用系統中，各種干擾源常使指令的地址碼和操作碼發生改變，中一片