嵌入式系统开发课程多路数据采集系统设计.docx
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嵌入式系统开发课程多路数据采集系统设计
多路数据采集系统设计
1题目要求
所设计的数据采集系统，共有16路信号输入，每路信号都是0~10mV，每秒钟采集一遍，将其数据传给上位PC计算机，本采集地址为50H。
要求多路模拟开关用4067，A/D转换用ADC0809，运算放大器用OP07，单片机用89C51，芯片用MAX232。
设计其电路原理图，用C51语言编制工作程序。
2总体方案设计
根据题目要求，传感器首先采集16路信号，然后被多路模拟开关4067选通某一路信号，接着通过信号调理电路，由A/D转换器进行模/数转换后发送给单片机，之后通过MAX232由RS232串口进行通讯，最终将数据传递到上位PC计算机。
因此，数据采集系统主要包括以下几个主要环节：
信号选通环节
由于题目要求采集的信号路数达到了16路，每一路信号的流通路线均相同。
如果为每路信号都设置相应的放大、A/D转换单元，成本将大幅度提升。
因此可以接入一个多路模拟开关4076，轮流选通每一路信号，实现多路信号共用一个运算放大器和A/D转换单元，即降低了成本，又简化了电路。
4067为16路模拟开关，其内部包括一个16选1的译码器和被译码输出所控制的16个双向模拟开关。
当禁止端INH置0时，在I/N0－I/N15中被选中的某个输入端与输出公共端X接通，外部地址输入端A、B、C、D决定了被选通端；当INH置1时，所有模拟开关均处于断路状态。
信号调理电路
为了方便信号的进一步传输和处理，一般均要在传感器的输出端接入信号调理电路，对传感器输出的信号进行变换、隔离、放大、滤波等处理。
此处的信号波动范围只有0～10mV，属于微弱信号，需要进行放大处理。
按照题目要求，本文设计的系统选用运算放大器OP07。
OP07是一种高精的度单片运算放大器，其输入失调电压和漂移值均很低，适合用作前级放大器。
A/D转换器
由于单片机只能处理数字信号，所以需要接入A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。
本文采用题目提供的ADC0809，它可以和单片机直接通讯。
ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。
多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。
三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。
此处采用中断的方式使数据在单片机与ADC0809之间进行交换，端口地址为FF50H；P0口和
信号共同生成单片机的启动转换信号；为了在启动转换的同时选通通道，将通道地址锁存信号ALE与START相连；把P0口和
同时处在有效位的组合信号与A/D转换器的输出信号OE相连，那么通道的地址选择和数据输出共用一个地址，但是两者不同时出现；转换结束信号EOC通过非门后接至89C51的
端。
串口发送电路
RS232是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。
为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在RS232与TTL电路之间进行电平的转换。
本文选用题目提供的MAX232芯片完成TTL，EIA的双向电平转换。
系统原理框图
图1系统原理框图
3电路原理图
根据上文叙述的设计方案的原理，可以设计相应的硬件电路图，如图2所示。
图2电路原理图
4程序设计方案
根据前文所述，要实现题目要求，系统程序要包含3个主要模块，即初始化系统、A/D转换模块以及数据通信模块。
程序的总体流程图如图3所示。
系统初始化完成以及选通某一路模拟信号时，单片机启动A/D转换器，对信号进行的读取、存储操作。
当上位机发出请求且要求的地址为50H时，单片机进入中断处理子程序，上传数据。
系统初始化
主要完成定时器，串行通信，中断的相关设置。
（1）定时器T0工作于模式1，充当16位定时器，计数初值4C00H（对应50ms），便于实现1s的巡回采样；定时器T1工作于模式2，充当波特率发生器，计数初值FDH，SMOD＝0，得到波特率为。
（2）串行通信SMOD置1，允许单片机接收信号。
（3）使能定时器T0、外中断1、串行通信的中断。
其中，T0中断完成1s的巡回采样，外中断1完成A/D转换，串行通信中断完成与上位机的通信。
A/D转换
（1）用作为4067的使能控制；用、、、的组合状态作为4067的通道地址选择信号。
（2）用作为A/D转换器的使能控制，数据从IN0输入，地址映射为7FF0H。
（3）通过外部中断1巡回采集16路信号，并存入从50H开始的后续单元里。
数据通信
当数据转换完成后，由单片机向上位机发送联络信号AAH，然后等待上位机返回应答信号：
如果应答信号为BBH，则向上位机发送数据；反之则继续发送联络信号，并等待应答。
为了避免意外情况导致的死循环，所以加入了1s的超时验证，以保证下一次的巡回采样得以顺利进行。
5源程序代码
/********************************************************************
*Filename:
*Programmer:
李博********************************************************************/
/***************************头文件**********************************/
#include""
#include""
/**************************宏定义***********************************/
#defineucharunsignedchar
#defineIN0XBYTE[0x7FF0]//定义ADC0809的IN0口地址
#defineP27P2^7//口,作为ADC0809的使能信号（低电平有效）
#definechannelP1/*作为4067的使能信号（低电平有效），、、、作为通道选择*/
#defineE4067p1^4//4067使能控制端口（低电平有效）
/**************************全局变量***********************************/
uchardata*result=0X50;//A/D转换的结果存入0X50及其后续地址单元
ucharT0_count;//定时器T0计数，实现1s延时
/*********************系统初始化函数initial（）***************************/
voidinitial（）
{
/**************************定时器初始化*******************************/
TMOD=0X21;/*定时器T0工作于模式1，充当16位定时器；T1工作于模式2，充当波特率发生器*/
TL0=0X00;//定时器T0的计数初值设为4C00H（对应50ms）
TH0=0X4C;
TL1=0XFD;//定时器T1的计数初值设为FDH，SMOD=0，对应波特率
TH1=0XFD;
T0_count=20;//利用1s=50ms×20,实现1s的延时程序
/**************************串行通信初始化*****************************/
SMOD=0X00;//波特率的SMOD＝0
SCON=0X50;//工作于方式1,使能接收（REN==1）
/**************************中断初始化*********************************/
IT1=1;//设置外中断1中断请求信号为下降沿
IE=0X96;//允许中断:
定时器T0、外中断1、串行通信
TR0=1;//启动T0
TR1=1;//启动T1
}
/**********************************************************************
*******************AD转换函数ADC0809（）*****************************
**********************************************************************/
voidADC0809（）
{
channel=0X00;//使能4067,同时选择到channel1
sbitADC_flag;/*标志位:
中断响应前为0,循环等待转换
结束;转换结束后,进入中断,置1*/
uchari;
for（i=0;i<16;i++）
{
ADC_flag=0;//中断响应前为0,以便循环等待转换结束
IN0=0;//通过==0和
启动AD转换
while（!
ADC_flag）;/*AD转换结束后,进入中断程序,执行,flag置1,跳出循环,继续执行下面的语句*/
*（result+i）=IN0;//把转换结果存入89C51的RAM中
channel=i;//选中下一路通道
}
p27=1;//4067不使能,A/DC不使能
E4067=1;
}
/****执行完后,channel=15,result仍指向50H,4067不使能,ADC不使能**********/
/**********************************************************************
********************串行通信函数RS232（）*******************************
**********************************************************************/
voidRS232（）
{
uchari;
uchardata*receive=0X60;//把60H作为接受上位机信号的存储单元
*receive=0X00;//在60H单元中放入初值00H
SBUF=0XAA;//向上位机发送AAH作为联络信号
while（TI==0）;//等待发送完成,并置TI为0,以等待下一次发送
TI=0;
while（RI==0&&T0_count!
=0）;/*等待上位机的应答信号***并加入加入1s超时的判断***/
if（T0_count!
=0）
{
RI=0;
*receive=SBUF;//把接受到的应答信号存入receive
if（receive==0XBB）//上位机准备好接收数据,向上位机传送数据
{
ET0=0;//关掉T0中断,保证在传送数据的过程中不进行下一次采样
for（i=0;i<16;i++）
{
SBUF=*（result+i）;
while（TI==0）;
TI=0;
}
ET0=1;//开启T0中断
}
}
}
/**********************************************************************
**************A/DC转换INT1中断,向单片机传送数据*********************
**********************************************************************/
voidINT_ADC（）interrupt2
{
ADC_flag=1;
}
/**********************************************************************
*******************定时器T0中断,实现1s定时**************************
**********************************************************************/
voidINT_T0（）interrupt1
{
TL0=0X00;//定时器T0计数初值4C00H（对应50ms）
TH0=0X4C;
T0_count--;
}
/**********************************************************************
*************************主函数main（）*********************************
**********************************************************************/
voidmain（）
{
initial（）;//初始化
while
（1）
{
ADC0809（）;//AD转换
do
{
RS232（）;//数据传送
}while（T0_count）;
T0_count=20;
}
}
6小结
通过学习《嵌入式系统及其电路的开发设计》这门课程，我对单片机、DSP等嵌入式系统的核心，及其外围接口的相关电路有了更加深入的了解。
本次大作业设计到了单片机89C51芯片的大部分接口，中断、I/O口、A/D转换、串口通信等有涉及。
通过电路板和程序的设计，对单片机系统的开发流程有了一定的认识。
但是本次设计都是理论层面的，没有进行实物连接和调试。
课程之余，还需借助硬件资源完成这一部分的工作。
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