多路数据采集系统

多路数据采集系统摘要：该系统采用双单片机控制,主机与从机都是使用AT89S52单片机。从单片机负责采集八路数据,同时应答主机发送的命令。主单片机进行数据处理,数据显示。在主单片机与从单片机的通讯中,由于传输距离大于RS232的标准,故采用国际标准的RS485差分方式接口。该系统实现了一种实用型远距离数据采集传送的稳定性较强的多路数据采集系统。关键字：AT89C52ADC0809RS-485差分方式接口Abstract:Thissystemusesthedoublemonolithicintegratedcircuittocontrol,whichallusestheAT89S52monolithicintegratedcircuit.Theresidesmonolithicintegratedcircuittogatherasmoreaseightdatas,simultaneouslyitsubmitstheordertothemainone.Themainmonolithicintegratedcircuitcarriesonthedataprocessingandthedatadisplaying.Betweenthemonolithicintegratedcircuitwiththeresidemonolithicintegratedcircuitcommunication,becausethetransmittingrangeisbiggerthanRS232thestandard,theinternationalstandardtheRS485differencewayconnectionisused.Thissystemhasrealizedonekindtransmission—thepracticallong-distancerangedataacquisitiontransmission.Keyboard:AT89C52ADC0809differencewayconnection-2-目录1.系统方案选择和论证……………………………………………………………31.1题目要求……………………………………………………………………………………31.1.1基本要求…………………………………………………………………………31.1.2发挥部分…………………………………………………………………………31.2系统基本方案……………………………………………………………………………31.2.1各模块电路的方案选择及论证…………………………………………………41.2.2系统各模块的最终方案…………………………………………………………62.系统硬件设计与实现…………………………………………………………………………62.1系统硬件模块关系…………………………………………………………………………62.2主要单元电路的设计……………………………………………………………………72.2.1正弦信号发生器设计………………………………………………………………72.2.2F/V变换部分设计……………………………………………………………………72.2.3信号采集处理部分………………………………………………………82.2.4通信模块部分设计………………………………………………………………………92.2.5数据地址显示电路设计…………………………………………………………………93.系统软件设计……………………………………………………………………………93.1主单片机程序…………………………………………………………103.1.1主机发送子程序……………………………………………………………………103.1.2主机数据处理子程序…………………………………………………………………103.1.3主机显示子程序………………………………………………………………………103.1.4主机主程序…………………………………………………………………………..103.2从单片机程序3.2.1数据采集子程序………………………………………………………………………113.2.2从机中断接收子程序…………………………………………………………………113.2.3从机子程序…………………………………………………………………………..114.系统测试……………………………………………………………………………………13附录1：产品使用说明……………………………………………………………………………13附录2：元件清单…………………………………………………………………………………13参考文献…………………………………………………………………………………………13-3-1.系统方案选择和论证1.1题目要求设计一个八路数据采集系统。系统原理框图如1.1.1图：、1.1.1图：系统原理框图主控器能对50米以外的各路数据,通过串行传输线（实验中用一米线代替）进行采集和显示。具体设计任务是：（1）现场模拟信号产生器。（2）八路数据采集器。（3）主控器。1.1.1基本要求（1）现场模拟信号产生器。自制一正弦波信号发生器,利用可变电阻改变振荡频率,使频率在200Hz～2kHz范围变化,再经频率电压变换后输出相应1～5v直流电压（200Hz对应1v,2kHz对应5v）（2）八路数据采集器。数据采集器第一路输入自制1V～5V直流电压,第2～7路分别输入来自直流源的5V、4V、3V、2V、1V、0V直流电压（各路输入可由分压器产生,不要求精度）。第八路备用。将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号,在经并/串变换电路,用串行码送入传输线路。（3）主控器。主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路……7路、1路……）和选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。1.1.2发挥部分（1）利用电路补偿和其他方法提高可变电阻值变化与输出直流电压变化的线性关系。（2）尽可能减少传输线数目。（3）其他功能的改进（例如：增加传输距离，改善显示功能等）。现场信号产生器八路数据采集器主控器地址显示数据显示地址、数据、时钟-4-1.2系统基本方案根据题目要求系统模块分可以划分为：现场信号发生模块，V/F变换模块，信号采集处理模块，通信控制模块，显示模块。系统的框图如图1.2.1所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。图1.2.1所示为系统基本功能模块图如图1.2.1系统基本功能模块图1.2.1各模块电路的方案选择及论证（1）现场信号发生模块该模块工作在远距离终端，作为模拟待采样的信号源，产生正弦波。对于该模块有以下两种方案：方案一：采用ICL8038集成芯片。构成三角波发生器及正弦整形电路。该IC电路属于积分型施密特压控多谐振荡器，工作范围0.001HZ～300KHZ，完全可以达到设计要求。方案二：由LM358运放组成的幅值、频率可调的正弦振荡器。图1.2.2所示为由LM358组成的正弦波发生器A1组成的电路相当于比例积分器，A2所组成的电路相当于比较器。接通电源后，A2输出为低电平（0V），而A1输出为高电平，由于有电容C，则这个高电平是逐渐增长的，即随着电容C经RW2、R2去路不断地充电，使A1的1脚电位逐渐增长。当其电位增长到高于Vcc／2时，A2输出变为高电平。A2的高电平使A1反相端为高电平，则A1输出力图为低电平，但由于C上电压不能突变，其输出端电位只能随电容C经RW2、R2支路反相充电而下降。当下降到低于VCC／2时，A2输出又变成低电平。于是A1输出力图为高电平，C由于上的电压不能突变，其输出端电位只能随C的充电逐渐上升……如此工作产生正弦波。其具体电路图如图1.2.2所示。现场信号发生模块V/F变换模块信号采集处理模块通信控制模块显示模块从单片机主单片机-5-图1.2.2LM358组成的正弦波发生器振荡频率：f＝1/２π（RW2+R2）C。调节RW2可改变振荡频率。频率变化范围为：２.９～5.3KHz。输出信号的幅度调节通过改变RW1来实现。幅度调节范围为：2～6V。（2）F/V变换模块F/V变换模块采用模拟集成频率--电压变换器LM331。LM331具有精度高、线形度高，温度系数低，功耗低动态范围宽等一系列优点，目前已经广泛应用于数据采集和自动控制中。（3）信号采集处理模块该模块功能主要是将输入过来的模拟信号转化成数字信号，实现数据的采集与处理。现在提出以下方案来完成此功能。A/D采集模块工作在远程数据采集端，用于将模拟信号转换成数字信号。计划采用ADC0809作为模数转换器。ADC0809为CMOS集成电路，属于逐位逼近比较型的转换器，分辨率为8位，转换时间为100us，数据输出端内部具有三态输出锁存器，可以与单片机直接连接；而界具有8路模拟开关，可直接连接8个模拟量，并可程控选择对其中一个模拟量进行转化。它与单片机连接简单，使用方便。（4）通信控制模块方案一：由于信号采集处理采用双单片机，即在数据采集的远端、近端均采用单片机控制，远端完成数据的采集、抽样、平滑、发送；近端完成数据的接收、校验、纠错、处理与显示等。-6-且由于两单片机之间的通讯距离较远，故采用RS-485的通信标准。方案二：可以在信号采集处理模块中采用模拟电路实现信号的串行/并行转换，而只在数据显示时用单片机来控制实现，故此时的通信控制是用单片机的输出控制信号来控制模拟电路的工作的。（5）显示模块方案一：采用液晶显示屏和通用矩阵键盘。液晶显示屏（LCD）具有功耗小、轻薄短小无辐射危险，平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。但由于只需显示三位温度值，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器资源占用较多，其成本也偏高。方案二：采用四位LED七段数码管分别显示通道地址、电压值。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化，对外界环境要求较低。同时数码管采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。1.2.2系统各模块的最终方案根据以上方案，结合器件和实现条件等因素，确定如下方案：（1）.利用ICL8038集成芯片来作为正弦波信号的产生器。（2）.F/V变换模块采用LM331频压变换器。（3）.采用双单片机AT89S52和ADC0809来实完成信号的采集与处理。（4）.单片机之间的通信选取RS-485的通信标准。（5）.显示模块的实现是选用四位数码管动态显示。2.硬件设计与实现2.1系统硬件模块关系该系统采用的是双单片机进行控制的。模拟信号经过一系列的变化传输到由单片机控制的ADC0809A/D转换器内部进行处理。按照一定的协议实现主单片机对从单片机的通信控制。图2.1.1所示为系统硬件电路单元模块关系图ICL8038-2正弦波信号发生器LM331集成芯片组成的F/V变换电路主单片机AT89C52纠错、校验、显示单元RS-485标准通信ADC0809、单片机数据采集处理单元-7-如2.1.1系统硬件电路单元模块关系图2.2主要单元电路的设计2.2.1正弦波信号发生器设计设计中采用ICL8038来产生正弦波。通过调节RP1来改变频率，其范围值为20HZ∽20KHZ，RP3用于改善正弦波负向失真。RP4改善正弦波正向失真。其电路图如2.2.1图2.2.1正弦波信号发生电路上图还可以同时产生方波、三角波等信号。2.2.2F/V变换电路设计将正弦信号输入到F/V变换电路之前要对正弦信号进行滤波、放大。其具体的电路变换兔如下。图2.2.2所示为系统F/V变换电路图-8-图2.2.2系统F/V变换电路图F/V变换模块采用精密且廉价的F/V变换器LM331，此集成电路线形度可达0.06%，该IC输出电压Vo与输出频率的关系为Vo=fi，而设计要求将200～2000HZ的频率变换为1～5V的电压，可得到变换式为：V=0.00222f+0.556故应对F/V变换的