在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn),、控制和科學研究領域中，對各種現(xiàn)場數(shù)據(jù)如溫度,、壓力及振動等參數(shù)進行采集,、傳輸和處理是必不可少的組成部分。將溫度,、壓力,、流量、位移等模擬信息采集轉換成數(shù)字信息后,，再由計算機進行存儲,、處理、顯示或打印的過程就是數(shù)據(jù)采集,，相應的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),。高性能微控制器W77E58具有功耗低、體積小,、功能強大等優(yōu)點,，非常適用于對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行實時采集和現(xiàn)場控制。

1 采集系統(tǒng)的結構設計
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由傳感器,、調理電路,、A／D轉換電路,、微控制器、通信模塊,、計算機(PC機)等幾大模塊組成,。如圖1所示。外部世界,、現(xiàn)場等的各種參量是模擬量,，傳感器的作用是把這些模擬量轉化為電信號模擬量(可以是電壓，也可以是電流,、電脈沖),，經(jīng)過適當?shù)恼{理電路再把這些電信號模擬量送給模擬數(shù)字轉換器(A／D轉換器)，使這些模擬量轉化為可以讓微控制器識別處理的數(shù)字信號,，最后經(jīng)過通信模塊,，微控制器將采集到的信號傳給PC機，PC機人機接口界面負責控制,、存儲和處理采集到的數(shù)據(jù),。


實際應用中，因傳感器的輸出信號多為弱信號,，信號與采集系統(tǒng)的距離相對較長,，為防止信號的嚴重衰減，采用電流信號傳輸,；在信號接收端,，通過I／V轉換電路，再把信號復原成電壓信號,，經(jīng)過放大,、濾波等調理電路后，送到A／D轉換器,，結構框圖如圖2所示,。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 I／V轉換電路設計
為減小電阻本身的噪聲和受環(huán)境的影響，采用40歐1％精密小電阻將4～20 mA電流信號轉換為0．144～0．72 V的電壓信號,。如圖3所示,，電容C1用于濾除高頻噪聲。


2．2 采集電路設計
對于每一個采集對象,，都要通過模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字量,，在輸入信號數(shù)目很多時，需要使用多路模擬開關輪流將多個模擬量依次接入模數(shù)轉換器進行轉換,。在本設計中選用的多路模擬開關是CD4051,，A／D轉換器選用了美國MASIM公司的MAX197芯片,，MAX197采用逐行逼近工作方式,，內(nèi)部的輸入跟蹤／保持電路把模擬信號轉換為12位數(shù)字量輸出,。


圖4是采集系統(tǒng)的一路模擬信號經(jīng)過濾波電路、多路選擇開關和A／D轉換后進入微控制器的電路圖,。單片機W77E58的P0口與MAX197的D0～D7相連,，既用于輸入MAX197的初始化控制字，也用于讀取轉換結果數(shù)據(jù),。用W77E58單片機的P2．4作為MAX197的片選,。選擇MAX197為軟件設置低功耗工作方式，所以置SHDN腳為高電平,。采用內(nèi)部基準電壓,，所以REFADJ和REF均接低電平。W77E58單片機的P2．6腳用做判讀高,、低位數(shù)據(jù)的選擇線,。直接與HBEN腳相連。MAX197的腳與W77E5S8的P2．5相連,，當轉換結束和準備讀輸出數(shù)據(jù)時,，變低。在電路中,，AGND和DGND應相互獨立,，各種電源與模擬地之間都用0．1μF電容來消除電源的紋波。
3 系統(tǒng)軟件設計
模擬量采集程序的設計主要分為3個階段,。第1階段為A／D轉換驅動程序設計,，第2階段為模擬量數(shù)字濾波程序設計，第3階段是A／D轉換結果處理的程序設計,。
3．1 A／D轉換驅動程序設計
硬件電路中MAX197芯片用于采集模擬量,，MAX197控制字格式如表1所示。


A2,，A1,，A0通過不同0，1組合選擇8路模擬量中的某一路,；RNG和BIP的0,，1組合確定所采集模擬量的范圍，最大為±15 V,；ACQMOD決定MAX197采用內(nèi)部采集模式還是外部采集模式,；PD0和PD1組合決定選擇正常工作模式還是低功耗工作模式。具體程序如下：


3．2 數(shù)字濾波
為保證數(shù)據(jù)采集結果的準確性,，需對模擬量A／D轉換后的結果進行數(shù)字濾波處理,。在程序設計中采用了中位值平均濾波法。對每個模擬量連續(xù)采樣n次,，求出n次采樣結果之和,，去掉其中最大值xmax和最小值xmin,，然后求剩下n-2個數(shù)平均值，以作為該模擬量的實際值,。
3. 3 采集結果修正
模擬量的參考值是實際的運行參數(shù),，所以需要把采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過一定的變換關系修正為實際值，然后再執(zhí)行狀態(tài)判斷操作,。

4 結束語
筆者設計的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可實現(xiàn)對多路信號進行實時監(jiān)測,，可通過串口將數(shù)據(jù)傳至計算機并顯示，此系統(tǒng)在應用時配上不同的傳感器及相應的處理電路,，稍加改動,，便可在許多領域得到廣泛應用，因而具有較高的實用性,。