列的单片机不断推出,许多新技术、新工艺被采用,因而具有更高的性能价格比[1]。
单片机控制的多路数据采集系统使用非常方便、性能优越、运行可靠、广泛地应用于各行各业。本文利用AT89S51 单片机设计了一个多路数据采集系统,着重介绍该系统的特点及实现方法。本设计采用单片机作为控制来构成多路数据采集系统,并完成了软硬件的设计。在过程控制及各种仪器表仪表中,由微型
计算机进行实时控制及实时数据处理,单片机所加工的信息总是数字量。被控制或测量对象的有关参量往往是一些连续变化的模拟量,如温度、湿度、压力、流量、速度等。系统通过多路模拟开关采集多路数据,使其通过多路模拟转换开关,把采集到的多路模拟信号经过放大、采样保持、A/D(Analog to Digital Converter,模数转换器)转换电路转换成数字信号,输入单片机进行处理,处理后发出的数字信号经过D/A(Digital to Analog Converter,数模转换器)[2]转换电路转换成模拟信号。从而达到采集数据,监控,滤波等目的。
本设计的系统实现了一种高性能、高智能的实用型多路数据采集系统,可达到对收集的数据进行监控,滤波等目的。
1.2 本
设计的主要任务
本设计用单片机控制多路数据采集系统,本文着重介绍该系统的工作原理及硬件与软件设计,本设计的主要组成如下:
(1)多路数据输入单元。
(2)采样保持电路的A/D转换单元。
(3)硬件和单片机的连接电路。
(4)单片机输出的数据锁存和D/A转换单元。
多路数据采集系统的方案及总体设计,包括主体电路的设计和单片机控制电路的设计(要用到单片机的控制整个系统),因此要完成单片机应用系统的硬、软件设计并完成
软件调试,以满足整个系统的要求。
整个系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要完成多路数据采集整个硬件电路及I/O接口的设计:包括模拟多路开关电路、运算放大电路、采样保持电路、模数转换电路、硬件和单片机的连接电路、数模转换电路、转换开关保护电路等组成;软件设计主要完成控制整个系统的应用
程序与调试。包括主程序、A/D和D/A转换程序、多路开关控制以及I/O接口控制等程序的设计。系统总框图如图1所示。
图1
系统总框图
第二章 系统硬件设计
2.1 硬件设计思想
多路数据采集系统的正常运行依赖于整个系统硬件设备的科学设计。根据课题设计任务的要求,结合软件的设计,选择合适的电路元件,设计合理的接口电路以便能够高效率、稳定合理、方便的实现多路数据采集。
多路数据采集系统的硬件部分分为多路数据输入部分,采样保持部分,A/D转换部分,硬件和单片机的连接电路部分,D/A转换部分。
(1)多路数据输入部分
在不要求高速采样的场合,一般采用共享的A/D转换通道,分时对各路模拟量进行模/数转换,目的是简化电路,降低成本。用模拟多路开关来轮流切换模拟量与A/D转换器间的通道,使得在一个特定的时间内,只允许一路模拟信号输入到A/D转换器,从而实现分时转换的目的。
一般模拟多路开关有2N个模拟输入端,N个通道选择端,由N个选通信号控制选择其中一个开关闭合,使对应的模拟输入端与多路开关的输出端接通,让该路模拟信号通过。有规律地周期性改变N个选通信号,可以按固定的序列周期性闭合各个开关,构成一个周期性分组的分时复用输出信号,由后面的A/D转换器分时复用对各通道模拟信号进行周期性的转换。
在数据采集时,来自传感器的模拟信号,一般都是比较弱的电平信号,因此需要放大电路把输入的模拟信号进行适当的放大。放大器的作用是将这些微弱的输入信号进行放大,以便充分利用A/D转换器的满量