引言
在現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中,，多參數(shù)實時采集對監(jiān)控設(shè)備正常運行有著十分重要的作用。多參數(shù)信號采集是將監(jiān)控現(xiàn)場的物理量,、化學量或生物量通過相應的傳感器和調(diào)理電路把模擬量轉(zhuǎn)換為易于采集、處理的電壓信號,，經(jīng)過單片機的處理,，一方面反饋給控制部件對監(jiān)控對象進行控制調(diào)整,，另一方面送給顯示單元,，實時顯示采集的信號數(shù)據(jù)。在航空,、汽車,、通信,、園林等控制領(lǐng)域,，多參數(shù)實時采集與處理是自動控制系統(tǒng)的核心。但是專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備價格動輒上萬,，高速數(shù)據(jù)采集卡的價格也在千元以上，而且這類設(shè)備大多有固定的接口,，無法適應千差萬別的被測對象的需求,，不具有通用性。本文從應用角度出發(fā),，設(shè)計分辨率為8位的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),，在STC_ISP_V394軟件環(huán)境的支持下，通過PC機實時顯示采集的參數(shù),。下位機以AT89C52單片機為控制單元,，8路A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809采集兩路電壓信號：通道0每隔1s采樣一次，共采集10次,；通道l每隔5s采樣一次,，共采集20次,。采集的數(shù)據(jù)通過串行通信方式發(fā)送到上位機實現(xiàn)實時顯示。本系統(tǒng)利用不同的傳感器取代兩路電壓信號的采集,，適用于各種控制電路,，具有較強的通用性。
1 系統(tǒng)硬件設(shè)計
數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)分為單片機主控模塊,、A／D轉(zhuǎn)換模塊,、數(shù)碼管顯示模塊、鍵盤控制模塊和串行通訊模塊等五個單元,，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示,。
1．1 A／D轉(zhuǎn)換模塊
模數(shù)轉(zhuǎn)換采用常用芯片ADC0809，其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān),，由于內(nèi)部進行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器只有一個,，所以只能對8路模擬量信號進行分時轉(zhuǎn)換，根據(jù)鎖存地址線譯碼后的信號,，某一時刻只選通8路模擬輸入信號中的一路,，以逐次逼近原理進行模一數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為100μs,，轉(zhuǎn)換精度為8位,。
ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示,。啟動ADC0809進行A／D轉(zhuǎn)換,，首先輸入3位地址信號，并使ALE為高電平,，將地址存入地址鎖存器中,，經(jīng)譯碼器譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器；START上升沿將逐次逼近寄存器復位,，下降沿啟動A／D轉(zhuǎn)換,，EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進行,。直到EOC變?yōu)楦唠娖?，表示A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果存入鎖存器,。當OE輸入高電平時,，輸出三態(tài)門打開,，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上,。
1．2 鍵盤及顯示模塊
參數(shù)采集與處理系統(tǒng)的人機交互采用2×8矩陣鍵盤和靜態(tài)數(shù)碼管顯示，如圖3所示,。設(shè)計上為節(jié)省單片機I／O口線,，人機交互采用兩條線控制,，利用模擬開關(guān)CD4052切換，控制鍵盤和數(shù)碼管的數(shù)據(jù)信號,。
1．3 串行通信模塊
由于單片機和PC機使用不同的邏輯電平,，在設(shè)計串行接口電路時，必須考慮電平的匹配,、驅(qū)動能力的匹配,、元器件的選擇以及其它電氣特性。PC機通常有兩個標準的RS232串行口,，為了提高抗干擾能力,，這種接口采用EIA電平邏輯，如表1所示,。
為實現(xiàn)單片機與PC機電平兼容,，單片機與PC機通訊時，必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換,。通常使用MCl488租MCl489芯片實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換,，但這兩種轉(zhuǎn)換芯片組成電路結(jié)構(gòu)復雜，電源需±12V電源供電,，工作不穩(wěn)定,，易燒壞芯片。本設(shè)計使用MAX232集成電路芯片,，僅用+5V供電,，其內(nèi)部有兩組電壓轉(zhuǎn)換電路，外圍電路配上4個升壓電容,，實現(xiàn)在EIA電平和TTL電平之間互相轉(zhuǎn)換,，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、元器件數(shù)量少,、電源單一,、功耗低等特點，MAX232芯片組成的串行接口電路如圖4所示,。
AT89C52單片機內(nèi)有一個可編程,、全雙工的串行口，串行收發(fā)的數(shù)據(jù)在通訊時,，通過特殊功能寄存器SFR的串行數(shù)據(jù)緩沖器SUBF實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,，故可做多機通訊，特別適合于終端和系統(tǒng)主機間的通訊,。
1．4 單片機與A／D接口模塊
單片機采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C52單片機,。它采用先進工藝制造，具有高性能的MCS51內(nèi)核設(shè)計，帶有非易失性Flash程序存儲器,，是一種高性能,、低功耗的8位CMOS微處理芯片，市場應用廣泛,，在實現(xiàn)信號采集,、數(shù)據(jù)處理、串行傳輸,、實時控制等有較大優(yōu)勢,。
本設(shè)計采用查詢法采集數(shù)據(jù)，合理分配單片機的資源,，大部分時間單片機用來運行控制程序,，只有在采集時間到來時單片機才用來執(zhí)行采集程序。圖5所示為ADC0809與單片機的接口電路,，需要采集數(shù)據(jù)時,，單片機首先輸出地址信號，指定采集的通道,，接著使ALE和START為高電平,，啟動A／D轉(zhuǎn)換，然后單片機處理其它事務(wù),，稍后查詢EOC是否為高電平,，若為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束,，需要讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果時,，發(fā)送讀取命令使OE為高電平讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，存入指定單元,，供數(shù)碼管顯示和上傳給PC機,。
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件主要包括：系統(tǒng)初始化、判鍵程序,、AD轉(zhuǎn)換程序,、數(shù)碼管顯示程序和串行通信程序，圖6為程序結(jié)構(gòu)框圖,。
單片機采用11．0592MHz晶振,、定時器選擇工作方式2、串口工作在方式l,，波特率設(shè)為9600,。上位PC機在STC_ISP_V394開發(fā)環(huán)境下，使用“串行調(diào)試助手”功能,，接收串行數(shù)據(jù)并顯示采集結(jié)果,，圖7為STC_ISP_V394數(shù)據(jù)采集界面，顯示出兩路電壓信號的實時采集結(jié)果。
單片機串行通信初始化設(shè)置：
MOV TMOD,#20H：T1工作方式2
MOV THl,#0FDH：波特率9600
MOV SCON,#40H：串口工作方式1
SETB TR1：打開定時器1
單片機發(fā)送數(shù)據(jù)：
MOV SBUF,A：將接收的數(shù)據(jù)傳送給PC機
JNBTI,S
CLR TI
3 結(jié)束語
本文介紹了一種基于A／D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809和AT89C52單片機的數(shù)據(jù)采集和串行通信接口的實現(xiàn)方法,。本設(shè)計在自制開發(fā)機上完成調(diào)試，自制開發(fā)機采用STC89C54單片機,，具有ISP在線編程功能,，在STC_ISP_V394開發(fā)環(huán)境下完成程序下載以及數(shù)據(jù)通信。通過實踐驗證在短距離傳輸中有很好的效果,，傳輸中未出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失和錯誤,。數(shù)據(jù)采集和串行數(shù)據(jù)傳輸在工業(yè)控制中十分重要，本設(shè)計具有一般通用性,，讀者可根據(jù)自己的實際需要進行改進,，以滿足工程設(shè)計需要。