測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及通訊

【摘要】利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能幫助創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺(tái)這三大組成部分，充分發(fā)揮模塊化性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少，以及出色的集成這四大優(yōu)勢(shì)。以虛擬儀器作為設(shè)計(jì)理念，將測(cè)試系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合，更靈活地利用軟件來(lái)進(jìn)行高效測(cè)試，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)處理能力來(lái)分析結(jié)果。使用單片機(jī)作為下位機(jī)的控制單元，利用單片機(jī)的小巧和較高的集成性，達(dá)到下位控制的靈活可變，整體上實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的交互性和可擴(kuò)展性。

【關(guān)鍵詞】模塊化測(cè)試系統(tǒng)；51單片機(jī)；ADC0809

1.引言

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種控制設(shè)備之間的通信功能越來(lái)越顯得重要。在設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，控制器（下位機(jī)）采用AT89C51單片機(jī)，用于對(duì)數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809實(shí)施控制，以指定頻率進(jìn)行采樣，同時(shí)將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)以RS-232串行通信協(xié)議發(fā)送給上位機(jī)。上位機(jī)采用便攜式PC機(jī)，上、下位機(jī)之間通過(guò)MAX232芯片實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)通信。在上位機(jī)方面，以Visual Basic作為軟件設(shè)計(jì)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬的示波器，將采集到的數(shù)據(jù)以波形顯示，并可以保存采集到的數(shù)據(jù)。

2.虛擬儀器和串行通訊基本概念

2.1 虛擬儀器

虛擬儀器（virtual instrument）技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。

2.2 RS-232串行通訊

RS-232C使用-3到-25V表示數(shù)字“1”，使用3V到25V表示數(shù)字“0”，RS-232C在空閑時(shí)處于邏輯“1”狀態(tài)，在開(kāi)始傳送時(shí)，首先產(chǎn)生一起始位，起始位為一個(gè)寬度的邏輯“0”，緊隨其后為所要傳送的數(shù)據(jù)，所要傳送的數(shù)據(jù)有最低位開(kāi)始依此送出，并以一個(gè)結(jié)束位標(biāo)志該字節(jié)傳送結(jié)束，結(jié)束位為一個(gè)寬度的邏輯“1”狀態(tài)。PC機(jī)一般使用8250或16550作為串行通訊的控制器，使用9針或25針的接插件將串行口的信號(hào)送出。

3.模型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

3.1.1 系統(tǒng)硬件組成

由AT89C51單片機(jī)組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它由電壓信號(hào)輸入、數(shù)/模轉(zhuǎn)換以及通訊接口組成。

電壓信號(hào)為0～5V，送至ADC0809芯片的模入端IN0。數(shù)據(jù)采集采用實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷定時(shí)，由AT89C51片內(nèi)T0定時(shí)器產(chǎn)生1ms時(shí)鐘定時(shí)，定時(shí)器時(shí)間到就向CPU申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)中斷后，從0809中讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。片內(nèi)T1定時(shí)器產(chǎn)生1200Hz的頻率作波特率發(fā)生器，經(jīng)過(guò)MAX232接口的電平轉(zhuǎn)換，將結(jié)果通過(guò)串行口送至PC機(jī)。

3.1.2 AT89C51硬件連線

P1.0～P1.2 三個(gè)端口分別接LED指示燈的三個(gè)陰極引腳（藍(lán)、紅、綠），端口為低電平時(shí)，LED指示燈點(diǎn)亮。三種指示燈在模型中代表三種不同狀態(tài)，分別是暫停、停止和運(yùn)行。此三種工作狀態(tài)由PC機(jī)控制。

P1.3接ADC0809的EOC， 該信號(hào)告訴單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換已完成，單片機(jī)接收到此信號(hào)后讀取A/D結(jié)果值。RST經(jīng)按鈕接高電平，按下按鈕，單片機(jī)復(fù)位。P0口與ADC0809的8位數(shù)據(jù)口相連，接收A/D轉(zhuǎn)換后的電壓值。P2.7為ADC0809的地址選通位。

RXD、TXD串行通訊口需連接接口MAX232，祥見(jiàn)后文的MAX232電平轉(zhuǎn)換電路。

3.1.3 MAX232電平轉(zhuǎn)換電路

不同于傳統(tǒng)的TTL等數(shù)字電路的邏輯電平，RS-232的邏輯電平以公共地為對(duì)稱，其邏輯“0”電平規(guī)定在+3～+25V之間，邏輯“1”電平規(guī)定在-3～-25V之間，因此需要使用正負(fù)極性的雙電源供電。由于其與TTL等數(shù)字電路的邏輯電平不兼容，因此兩者之間的連接必須使用電平轉(zhuǎn)換。

一些公司推出了使用單電源供電的電平轉(zhuǎn)換電路，如Intersil公司的ICL232、Maxim公司MAX202/232/232A等。這些芯片可以在+5V電源供電的情況下將TTL電平轉(zhuǎn)換為±10V的RS-232電平，簡(jiǎn)化了電路的設(shè)計(jì)。

3.1.4 ADC0809模入通道的選擇及轉(zhuǎn)換啟動(dòng)

ADC0809的八個(gè)模入通道（IN0～I(xiàn)N7）在數(shù)據(jù)采集中選擇哪一個(gè)通道由通道選擇端ADD A、ADD B、ADD C的輸入信號(hào)來(lái)選擇。為了少占用單片機(jī)通道口的位線，可采用由P0口之P0.0、P0.1、P0.2作為通道地址信號(hào)。由于0809本身帶有地址鎖存器，只要將該三位地址線與數(shù)據(jù)總線D0、D1、D2直接相連，不另加地址鎖存器。

取P2.7（低電平）有效作為ADC0809的片選信號(hào)，當(dāng)P2.7及/WR均為低電平有效，并與ALE信號(hào)相配合，就將P0口中P0.0～P0.2上的地址信號(hào)鎖存入ADC0809，就選中了某通道。本系統(tǒng)僅使用IN0，輸入通道地址號(hào)為78FF H。

本系統(tǒng)采用選擇輸入通道的同時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換方式。當(dāng)CPU執(zhí)行對(duì)ADC0809的寫(xiě)操作時(shí)，P2.7及信號(hào)/WR有效，利用其輸出信號(hào)的上升沿鎖存地址信號(hào)，其下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。其模擬量輸入電壓范圍為0～+5V，對(duì)應(yīng)的數(shù)字量輸出為00H～FFH， 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μS

3.1.5 其他外圍芯片

參考文獻(xiàn)

[1]丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用[M].上海：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

[2]范逸之，陳立元.Visual Basic 與RS-232串行通信控制[M].北京：中國(guó)青年出版社，2002.

[3]張立科.單片機(jī)通信技術(shù)與工程實(shí)踐[M].北京：人民郵電出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介：周成俊 （1980—），男，測(cè)試工程師，研究方向：控制工程。