基于8051單片機實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集與通信控制的設計方法

摘要：給出了采用8051單片機為核心來實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集與通信控制的設計方法。該方法將8路被測電壓通過通用ADC0809模數(shù)轉換來實現(xiàn)對采集到的數(shù)據(jù)進行模擬量到數(shù)字量的轉換，然后由單片機對數(shù)據(jù)進行處理，再將數(shù)據(jù)通過串行口傳輸?shù)絇C機上，同時采用MAX232接口芯片來實現(xiàn)MCU與PC機間的電平匹配，最后由PC機完成數(shù)據(jù)的接收和顯示。
　　關鍵詞：多路數(shù)據(jù)采集；單片機；模數(shù)轉換；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換成數(shù)字量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示和打印的過程，相應的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
　　本文的主要任務是對0～5V的直流電壓進行測量并送到遠端的PC機上進行顯示。由于采集的是直流信號，對于緩慢變化的信號不必加采樣保持電路，因此選用市面上比較常見的逐次逼近型ADC0809芯片，該芯片轉換速度快，價格低廉，可以直接將直流電壓轉換為計算機可以處理的數(shù)字量。同時選用低功耗的LCD顯示器件來滿足其在終端顯示采集結果的需求。終端鍵盤控制采用盡可能少的鍵來實現(xiàn)控制功能，為了防止鍵盤不用時的誤操作，設計時還設置了鎖鍵功能，在鍵盤的輸入消抖方面，則采用軟件消抖方法來降低硬件開銷，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。軟件設計方面則采用功能模塊化的設計思想；鍵盤模數(shù)轉換等采用中斷方式來實現(xiàn)，從而大大提高了單片機的效率以及實時處理能力。
　　1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結構
　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結構一般由信號調理電路、多路切換電路、采樣保持電路、A／D轉換器以及單片機等組成。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)硬件設計框圖
　　2 ADC0809模數(shù)轉換器簡介
　　2．1 ADC0809的結構功能
　　本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用計算機作為處理器。電子計算機所處理和傳輸?shù)亩际遣贿B續(xù)的數(shù)字信號，而實際中遇到的大都是連續(xù)變化的模擬量，模擬量經(jīng)傳感器轉換成電信號后，需要模／數(shù)轉換將其變成數(shù)字信號才可以輸入到數(shù)字系統(tǒng)中進行處理和控制，因此，把模擬量轉換成數(shù)字量輸出的接口電路，即A／D轉換器就是現(xiàn)實信號轉換的橋梁。
　　目前，世界上有多種類型的A／D轉換器，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轉換器，該類A／D轉換器轉換精度高，速度快，價格適中，是目前種類最多，應用最廣的A／D轉換器。逐次逼近型A／D轉換器一般由比較器、D／A轉換器、寄存器、時鐘發(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轉換器，其內部結構如圖2所示。該芯片由8路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關樹型D／A轉換器、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，也可單獨工作。其輸入輸出與TTL兼容。
　　
　　ADC0809是8路8位A／D轉換器（即分辨率8位），具有轉換起?？刂贫?，轉換時間為100μs采用單+5V電源供電，模擬輸入電壓范圍為0～+5V，且不需零點和滿刻度校準，工作溫度范圍為-40～+85℃功耗可抵達約15mW。