基于80C51单片机的通用数据采集与处理系统

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基于８０Ｃ５１单片机的通用数据采集与处理系统

陈延奎（迭州职业技术学院。四川遮州６３５０００）麓要：数据采集是单片机应甩系统中最为善连的应用需求，数据采集的对象可以是温度、压力、浇量等连续变化的模拟量。也可以是代表某些状态特性的开关量等脉冲信号。数据采纂和处理系统可以是复杂控制系统的一部分，也可以是配备卫示（或打印）输出的独立系统（成仪表）。介绍了一种基于８０（２５１单片机的通用数据采集与处理系统，其模拟输入通道由传感器、多路开关、放大器、采样保持器和Ａ／Ｄ转换器五部分组成。关键诃：８０Ｃ５１；数据采集与建理；模拟输入通道；系统功能；爰件电蓐；流程图中图分类号：ＴＰ２７４＋．２文献标识码：Ａ文章编号：１００６—０３１６（２００８）０４—００４９—０４

Ｇｅｎｅｒａｌｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎ８０Ｃ５１ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒＣＨＥＮＹａｈ．ｋｕｉ（ＤａｚｈｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏＨｅｇｅ，Ｄａｚｈｏｕ６３５０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｉｓｔｈｅｍｏｓｔｃｏｍｍｏｎａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｎｅｅｄｓｏｆｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｏｂｊｅｃｔｍａｙｂｅｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｑｕａｎｔｉｔｙｓｕｃｈａｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｃｕｒｒｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙａｎｄＳＯｏｎｗｈｉｃｈｃｈａｎｇｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ’ａｌｓｏｍａｙｂｃｒｅｐｒｅｓｅｎｔｓ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：８０Ｃ５１；ｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ａｎａｌｏｇｉｎｐｕｔｃｈａｎｎｅｌｓ；ｓｙｓｔｅｍｆｕｎｃｔｉｏｎｓ；ｈａｒｄｗａｒｅｃｉｒｃｕｉｔｓ；ｆｌｏｗｃｈａｒｔ

单片机通用数据采集和处理系统是单片机应用领域中使用最多的一类系统。它主要是实时采集外界诸如温度、压力、流量和转速等连续变化的模拟量，通过模／数转换器把这些模拟信号转换成数字信号送入单片机；也可以直接采集代表某些状态特性的开关量，单片机系统对这些采集信号进行数据处理，并根据用户的要求，将处理后的数据送显示、打印，也可通过串行口送给其它计算机，或者通过数膜转换器变换成模拟信号控制外部设备，输出的

开关量也可直接用于控制目的。

ｌ模拟输入通道的组成模拟输入通道的一般构成如图ｌ所示，主要由传感器、多路开关、放大器、采样保持器和Ａ／Ｄ转换器五部分组成。

传感器多路开关放大器采样保持器一／一舡

Ａ／Ｄ一厂转换一厂’

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一厂。

图Ｉ模拟输入通道的一般构成（Ｉ）传感器传感器把被测物理量（如温度、压力等）作为输入参数，转换为电量（电流、电压、电阻等）输出。物理量性质和测量范围不同，传感器的工作机理和结构就不同。通常传感器输出的电信号是模拟信号（已有许多新型传感器采用数字量输出）。当信号的数值符合Ａ／Ｄ转换器的输入等级时，可以不用

收稿日期：２００７－０８—１２作者简介：陈延奎（１９７１一），四川渠县人，主要研究方向为仪器仪表技术。万方数据·５０·机电一体化柳芴２００８年第４期总第３５卷

放大器放大；当信号的数值不符合Ａ／Ｄ转换器的输入等级时，则需放大器放大。（２）多路开关多路开关的作用是可以利用—个Ａ／Ｄ转换器进行多路模拟量的转换。利用多路开关轮流切换各被测回路与Ａ／Ｄ转换器间的通路，以达到分时享用Ａ／Ｄ转换器的目的。（３）放大器放大器通常采用集成运算放大器。在环境条件较差时，可以采用数据放大器（也称为精密测量放大器）或传感器接口专用模块。（４）采样保持器采样保持器具有采样和保持两个状态。在采样状态时，电路的输出跟随输入模拟信号变化；在保持状态时，电路的输出保持前一次采样结束前瞬间的模拟量值。使用采样保持器的目的是使Ａ／Ｄ转换器转换期间输入的模拟量数值不变，从而提高Ａ／Ｄ转换的精度。（５）Ａ／Ｄ转换器Ａ／Ｄ转换器的主要指标是分辨率，它与Ａ／Ｄ转换器位数有直接关系；另一重要指标是转换时间。选择Ａ／Ｄ转换器必须满足分辨率和速度的要求。２系统的主要功能（１）可实现１～１６通道单端模拟信号输入或１勰通道差分信号输入；（２）输入电压为．１０一１０Ｖ，分辨率为１２位；（３）双通道８位模拟量输出；（４）８路开关量输入；（５）８路开关量输出；（６）全双工的串行接口，可与其它计算机通信或与具有串口的外部设备连接；（７）配置有８ｋ的外部程序存储器和８ｋ的外部数据存储器。３硬件电路基本系统配置电路图如图２所示。电路中主要有外部存储器扩展电路、模／数转换电路、开关量输入输出电路、并行口扩展电路。（１）外部存储器扩展电路８０Ｃ５１内部只有１２８Ｂ的ＲＡＭ和４ｋＢ的ＲＯＭ，为保证系统在实际应用中能够存储和处理大量数据，具有更广泛的通用性，进行ＲＡＭ和ＲＯＭ外部扩充。根据系统的要求，ＲＡＭ采用容量为８ｋＢ的静态存储器芯片６２６４；ＲＯＭ则采用容量为８ｋＢ的Ｅ２ＰＲＯＭ２８６４Ａ。２８６４Ａ与同容量的６２６４兼容，扩

展电路基本相同。当然，根据选择的８０Ｃ５１系列中型号的不同和实际应用的需要，可以选择扩展其它种类的ＲＯＭ，如ＦｌａｓｈＲＯＭ。单片机的地址分离与锁存使用锁存型芯片７４ＬＳ３７３。外部存储器扩展电路如图３所示。

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图２通用数据采集和处理系统配置电路图Ｐ０．０一ＩＡＬＥ，ＰＲ４ＬＳ１３８７４Ｌ￥３７：【Ｑ～８ＱＩＤ￣８ＤＡ１２盖８ＣＥＯＥⅣ％２口∞—Ａ７ＤＯ—ＤｊＡ１２ｋ８ＣｔⅣＥＯＥ２８６４，ｄ～Ｏ—Ａ７Ｄ０～Ｄ‘

图３外部存储器扩展电路图（２）模数转换电路模数转换由ＡＤ５７４Ａ完成。ＡＤ５７４Ａ是美国模拟器件公司生产的１２位逐次逼近式Ａ／Ｄ转换芯片，配有三态输出缓冲电路，可不附加逻辑接口电路而直接与各种８位、１６位ＣＰＵ接口；含高精度参考电压源和时钟电路，可在不需任何外部电路和时钟信号的情况下完成Ａ／Ｄ转换，转换时间为３５邮。各通道的模拟信号经过差分电路和采样保持电路输入到ＡＤ５７４Ａ的模拟信号输入端，差分电路和采样保持器是为了保证系统的抗干扰能力及模／数

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万方数据柳笏２００８年第４期总第３５卷机电一体化·５１·

转换的精度。采样保持器可选择ＬＦ３９８或ＡＤ５８２，这里选择ＬＦ３９８。常用多路开关有ｃＤ４５０１，ＣＤ４５０２和ＡＤ７５０１／ＡＤ７５０２等，本系统中采用两片ＡＤ７５０１组成１６路模拟输入通道。Ａ／Ｄ转换电路如图４所示。ＰＳＥＮ（ＲＤ）Ｐ３．７（ＷＲ）Ｐ３．６存ＤＢ７逻辑门７４ＬＳ０８、７４ＬＳ００、７４ＬＳ３２与７４ＬＳ０４等构成系统的读写控制电路，特点是将分别由ＰＳＥＮ信号控制的程序存储空间和由ＲＤ、ＷＲ信号控制的数据存储空间组合为—个统一编码的存储空间。

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Ｒ，ＣＢＩＰＯＦＦＤＢｌｌ—ＤＢ８

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图４Ａ／Ｄ转换电路图（３）开关量输入输出电路８路输入开关量可以通过光电隔离器件直接与８０Ｃ５１的Ｐ１口相连。８路输出开关量通过扩展的并行接口８２５５Ａ的Ｂ通道输出。（４）并行口扩展电路８２５５是Ｉｎｔｃｌ公司专为需要扩展Ｉ／Ｏ接口的各种微处理器设计的一种可编程Ｉ／Ｏ扩展芯片，具有使用方便、通用性强的特点，成为单片机与外部设备联接时所选用的中间接口芯片，在单片机系统中应用广泛。其与８０Ｃ５１单片机的接口电路如图５所示。图５８（１（２５１与８２５５Ａ接口电路图４程序设计系统软件包括主程序和数据采集、数据处理、对象控制等一系列子程序。这里主要介绍主程序和采样保持ＬＦ３９８模拟开关ｏＵｆ５０ｌＯＵＴ模拟开关７５０ｌＡ１０＝Ａ１７一Ａ１８ＡＩｌ５模数转换子程序。主程序流程图和定时器０中断服务程序流程图如图６所示。圃

（ａ）主程序（ｂ）定时器０中断服务子程序图６程序流程图（下转第５４页）

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