一種分布式應(yīng)變數(shù)據(jù)采集器的硬件設(shè)計(jì)

高學(xué)群

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213025）

一種分布式應(yīng)變數(shù)據(jù)采集器的硬件設(shè)計(jì)

高學(xué)群

（常州劉國鈞高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇 常州 213025）

單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)可以構(gòu)成形式多樣的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以說，現(xiàn)在的家用電器基本上都采用了單片機(jī)控制，而且現(xiàn)代的單片機(jī)普遍具備通信接口，可以很方便地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信設(shè)備的應(yīng)用提供了極好的物質(zhì)條件,現(xiàn)在的通信設(shè)備基本上都實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)智能控制。

單片機(jī)；模擬量；集成電路；晶振

本設(shè)計(jì)主要是通過對(duì)數(shù)據(jù)采集器接收顯示的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到數(shù)據(jù)采集固有的基本功能和技術(shù)要求。整個(gè)設(shè)計(jì)利用單片機(jī)的串行口進(jìn)行通信，接收下位機(jī)的四路開關(guān)模擬量信息，并將接收的四路開關(guān)模擬量信息進(jìn)行分析，采取DLT-492協(xié)議串口通信。應(yīng)用四位七段數(shù)碼管顯示下位機(jī)采集到的開關(guān)量信息和模擬量信息。運(yùn)用Protel 99繪制電路原理圖，并制作出PCB板，使元器件布局美觀合理、無虛焊、焊點(diǎn)光滑等。硬件仿真調(diào)試正確，串口開關(guān)量信息和模擬量信息接收準(zhǔn)確。通過軟硬件的調(diào)試，確認(rèn)此硬件設(shè)計(jì)已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，并使電路運(yùn)行可靠穩(wěn)定。

1 設(shè)計(jì)任務(wù)的分析

課題是一種分布式應(yīng)變數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)（上位機(jī)），所要達(dá)到的要求如下：①誤碼率：10-7。②采集時(shí)間：5ms。③采集誤差：1%。④線路板焊點(diǎn)飽滿、圓潤，無虛焊等現(xiàn)象。⑤焊點(diǎn)符合規(guī)范，電路仿真正確。⑥PCB板制作要求線路清晰、布局合理。

本次設(shè)計(jì)主要是要通過軟硬件的配合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能，就是通過串口在數(shù)碼管上顯示開關(guān)量和模擬量。AT89S52具有高速度、低電壓、低功耗、且可靠性和成本都比較低的特點(diǎn)，因此本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為整個(gè)電路核心控制器件。對(duì)于本次數(shù)據(jù)采集的原理和實(shí)現(xiàn)的功能，實(shí)現(xiàn)氣味數(shù)碼管顯示開關(guān)模擬量，因此上位機(jī)只需一塊AT89C52單片機(jī)就夠了。設(shè)計(jì)電路時(shí)運(yùn)用89S52系列單片機(jī)的接口來實(shí)現(xiàn)各種輸入、輸出功能。P1.0口用來作輸出口，向發(fā)聲電路輸出信號(hào)；P2口和P0口共同實(shí)現(xiàn)一個(gè)矩陣鍵盤的功能。同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)直流穩(wěn)壓電路增加電路的適應(yīng)性，使整個(gè)系統(tǒng)更加緊湊，工作十分穩(wěn)定。

2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)規(guī)劃

（1）硬件部分。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用AT89S52單片機(jī)作為面板控制部件，AT89S52用上電自動(dòng)復(fù)位，11.0592MHZ的晶振和兩個(gè)瓷片電容形成晶振電路。面板上由七位數(shù)碼管和上拉電阻，以及7407與門構(gòu)成顯示部分，硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 硬件原理電路框圖

（2）軟件部分。軟件部分采用C語言編寫程序。C語言程序設(shè)計(jì)步驟：第一步：分析問題。第二步：畫出程序的基本輪廓。第三步：實(shí)現(xiàn)該程序。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 上位機(jī)硬件模塊簡介

該電路采用AT89S52單片機(jī)最小化應(yīng)用，采用共陰7段LED顯示器，P2.4～P2.7口作為列掃描輸出，P0口輸出斷碼數(shù)據(jù)，采用P3.0RX串口接收；采用11.0592MHz，可提高可靠的波特率。

根據(jù)本次上位機(jī)硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)：電路由復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、振蕩電路、四個(gè)7407與門和四位七段數(shù)碼管構(gòu)成整個(gè)上位機(jī)的硬件。通過制作電路原理圖和仿真調(diào)試確定電路布線合理和連接正確。

3.2 上位機(jī)各部分電路功能原理及元器件選取

（1）復(fù)位電路。為確保微機(jī)系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位電路的第一功能是上電復(fù)位。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng)VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才被撤除，微機(jī)電路開始正常工作。

（2）時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏，可以提高時(shí)鐘頻率來提高CPU的速度。在單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可控的反相放大器，引腳XTAL1、XTAL2為方向放大器的輸入輸出端，在XTAL1、XTAL2上外接晶振和電容便組成振蕩器。而電容C1、C2的典型值為30pf±10pf。振蕩器的頻率主要取決于晶振的頻率，因?yàn)樯衔粰C(jī)需要穩(wěn)定的起振蕩，因此一般選用11.0592MHz的晶振，因?yàn)?1.0592的晶振可以提供穩(wěn)定的波特率。

在時(shí)鐘電路中振蕩器的電容一般叫負(fù)載電容。該電容是根據(jù)晶振廠家提供的晶振要求負(fù)載電容選值的，換句話說，晶振的頻率就是在它提供的負(fù)載電容下測得的，能最大限度地保證頻率值的誤差，也能保證溫漂等誤差。兩個(gè)電容的取值都是相同的，或者說相差不大，如果相差太大，容易造成諧振的不平衡，也容易造成停振或者干脆不起振，因此一般選用30pf±10pf。所以，在硬件設(shè)計(jì)中選用兩個(gè)負(fù)載電容值C1=C2=10u。

［1］張義和，陳敵北.例說8051［M］.北京：人民郵電出版社，2006.

［2］張友德，趙志英.單片微型機(jī)［M］.上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2006.

［3］蔡朝洋.單片機(jī)控制實(shí)習(xí)與專題制作［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.

［4］胡耀輝.單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)典［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

［5］李華.MCS51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.

高學(xué)群（1963-），男，江蘇常州人，實(shí)驗(yàn)師，維修電工高級(jí)技術(shù)，主要研究方向：電工電氣。