基于單片機(jī)的模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭 洪，曲 博

(沈陽工程學(xué)院 a.產(chǎn)業(yè)管理處;b.新能源學(xué)院，遼寧沈陽110136)

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能，將整體程序劃分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)完成編寫界面，將執(zhí)行命令通過串口發(fā)送給下位機(jī);下位機(jī)將上位機(jī)發(fā)送來的信號(hào)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、處理，然后返回給上位機(jī)。

1.1 上位機(jī)的設(shè)計(jì)

上位機(jī)運(yùn)用VB進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)界面，選擇通道口，發(fā)送執(zhí)行指令給下位機(jī)，下位機(jī)將處理完的數(shù)據(jù)返回給上位機(jī)，使其顯示，如圖1所示。

圖1 上位機(jī)程序

上位機(jī)人機(jī)界面的轉(zhuǎn)換設(shè)置分為單路轉(zhuǎn)換、多路轉(zhuǎn)換和八路轉(zhuǎn)換，如圖2所示，采集數(shù)據(jù)的結(jié)果可以在對(duì)應(yīng)通道內(nèi)顯示出來。

圖2 上位機(jī)人機(jī)界面

1.2 下位機(jī)的設(shè)計(jì)

下位機(jī)主要是將上位機(jī)發(fā)送來的選擇信號(hào)進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，然后通過端口返回給上位機(jī)，使其顯示，其程序如圖3所示。

轉(zhuǎn)換過程是A/D轉(zhuǎn)換，其程序如圖4所示。

1.3 部分程序清單

#include＜reg52.h＞

#include“intrins.h”//調(diào)用_nop_();延時(shí)函數(shù)用

unsigned char code dispbitcode［］={0x3f，0x06，0x5b，0x4f，0x66，0x6d，0x7d，0x07，0x7f，0x6f};

unsigned char dispbuf;

unsigned char getdata;

unsigned int temp;

sbit ST=P3^0;

sbit OE=P3^1;

sbit EOC=P3^2;

sbit CLK=P3^3;

sbit ALE=P3^7;

sbit P34=P3^4;

sbit P35=P3^5;

sbit P36=P3^6;

sbit P20=P2^0;

sbit P21=P2^1;

sbit P22=P2^2;

sbit P23=P2^3;

sbit P17=P1^7;

sbit button1=P2^4;

sbit button2=P2^5;

sbit button3=P2^6;

sbit button4=P2^7;

void TimeInitial();

void Delay(unsigned int i);

void TimeInitial()

{

TMOD=0x01;

TH0=(65536-200)/256;

TL0=(65536-200)%256;

EA=1;

ET0=1;

TR0=1;

}

圖3 下位機(jī)程序流程

圖4 A/D轉(zhuǎn)換程序流程

2 系統(tǒng)集成與調(diào)試

調(diào)試的主要任務(wù)包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和整體聯(lián)調(diào)。由于硬件和軟件的研制是相對(duì)獨(dú)立進(jìn)行的，而且軟件和硬件的調(diào)試過程也相對(duì)獨(dú)立，這使得軟、硬件的調(diào)試過程存在缺陷，易發(fā)生故障，所以需對(duì)其故障源進(jìn)行判斷，并進(jìn)行反復(fù)修復(fù)，直至沒有故障之后，再接入單片機(jī)進(jìn)行整機(jī)聯(lián)調(diào)。

2.1 調(diào)試分析

由于整體調(diào)試必須要在軟件調(diào)試成功的基礎(chǔ)上進(jìn)行，所以按照先主后次的原則首先進(jìn)行主程序調(diào)試，其次是子程序調(diào)試，最后進(jìn)行主程序調(diào)用各子程序調(diào)試。軟件調(diào)試中整個(gè)測(cè)試過程通過Keil系統(tǒng)完成。完成軟件調(diào)試后，需要在采集板上進(jìn)行整體調(diào)試。整個(gè)電路板分為4大主要部分，分別是單片機(jī)部分、輸入部分、輸出部分和電平轉(zhuǎn)換部分，還有其他具有輔助作用的小規(guī)模電路。

完成整體程序的設(shè)計(jì)和硬件的搭接之后，確保軟、硬件調(diào)試正確無誤，再對(duì)軟、硬件進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。在調(diào)試中，繼續(xù)尋找單獨(dú)調(diào)試時(shí)無法顯現(xiàn)的故障并進(jìn)行修復(fù)，反復(fù)對(duì)單片機(jī)是否能接收和發(fā)送信號(hào)進(jìn)行核對(duì)和調(diào)試。當(dāng)單片機(jī)能夠完成信號(hào)的接收和發(fā)送，達(dá)到所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)需求，然后與上位機(jī)進(jìn)行聯(lián)機(jī)通信，最后進(jìn)行軟件固化與整機(jī)組裝的工作。

2.2 調(diào)試步驟

1)先對(duì)輸入和輸出模塊進(jìn)行調(diào)試，看是否能正常輸入和輸出數(shù)據(jù)。

2)在單片機(jī)里寫入一個(gè)簡單的輸出高電平程序，測(cè)試單片機(jī)是否好用。

3)對(duì)串口通信模塊進(jìn)行調(diào)試，加入串口通信程序，并連接好RS-232線，用調(diào)試工具進(jìn)行收發(fā)信息。

4)將整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路連接上，測(cè)試數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。

5)與上位機(jī)進(jìn)行通信，進(jìn)行最后的調(diào)試。

2.3 故障調(diào)試及解決方式

1)如果檢測(cè)單片機(jī)的TX和RX引腳時(shí)沒有信號(hào)，是因?yàn)殡娖睫D(zhuǎn)換芯片MAX-232與串口連線錯(cuò)誤，未能進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，需要將MAX-232與串口的RxD和TxD反接，將電腦發(fā)出的電平轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所能接收的TTL電平。

2)如果單片機(jī)不能正常復(fù)位，是因?yàn)閺?fù)位電路的+5 V電源接錯(cuò)地方，需重新焊接到電容和電阻中間。

3)如果單片機(jī)通電之后系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的EA懸空，需將EA接1 K電阻后，再接上+5 V電源。

4)如果不能采集到從輸入部分傳來的信號(hào)，是因?yàn)楣怆婑詈掀鞯腃OM接地端沒有接地，處于懸空狀態(tài)。光電耦合器輸入端的電源要與系統(tǒng)板的電源隔開，才能實(shí)現(xiàn)隔離作用。所以，光電耦合器的接地端要接地，并且要與系統(tǒng)板分開，接在與輸入端的電源對(duì)應(yīng)的地上。

2.4 聯(lián)調(diào)結(jié)果

在軟件和硬件聯(lián)合調(diào)試后，下位機(jī)與上位機(jī)通信并進(jìn)行實(shí)物演示。演示結(jié)果證明:電腦可以通過發(fā)送指令控制單片機(jī)，從而控制模擬信號(hào)的采集，且下位機(jī)能夠?qū)⒉杉瘉淼慕Y(jié)果返回給上位機(jī)。

3 結(jié)論

以AT89C52單片機(jī)作為核心控制部分的模擬量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)串口通信環(huán)境下模擬信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。通過運(yùn)用單片機(jī)和多路數(shù)據(jù)采集技術(shù)，成功開發(fā)出基于單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)模擬信號(hào)采集的下位機(jī)系統(tǒng)，進(jìn)而完成了指令和數(shù)字傳達(dá)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送過程。

［1］曹衛(wèi)芳.基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究［D］.青島.山東科技大學(xué)，2005.

［2］張毅剛，彭喜元.單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

［3］周興華.單片機(jī)智能化產(chǎn)品C語言設(shè)計(jì)實(shí)例詳解［M］.北京.北京航空航天大學(xué)出版社，2006.