基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

【摘要】現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)科技的快速繁榮發(fā)達(dá)，促進(jìn)了用電設(shè)備逐漸向快速化、自動化、復(fù)雜化的方向轉(zhuǎn)變，因此很容易出現(xiàn)使用設(shè)備一旦故障就會帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以，需要對機(jī)器設(shè)備和應(yīng)用環(huán)境的數(shù)據(jù)及自然界中各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一采集和分析處理。在控制器的經(jīng)濟(jì)性和應(yīng)用的穩(wěn)定可靠性思想考慮，單片機(jī)是最佳的首選，投入小，故障率低，后期的維修改進(jìn)易于實(shí)施的，所以基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有更為廣泛的應(yīng)用前景。

【關(guān)鍵詞】AT89C52單片機(jī);數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);ADC0809轉(zhuǎn)換器

1.引言

在大自然和日常生活中信號無處不在，它們以很多種形式存在，比如：位移、光強(qiáng)、流量、電磁場強(qiáng)度、速度、壓力和溫度等，無法用數(shù)據(jù)進(jìn)行直接統(tǒng)計(jì)和記錄分析。為了將這些信息被人類認(rèn)知，幫助改造自然，需要將這些信號信息轉(zhuǎn)換成人類能夠懂得理解的數(shù)字表格，這就進(jìn)行了數(shù)據(jù)的采集。所以數(shù)據(jù)的采集及轉(zhuǎn)換是特別重要的，能更好了解生活和社會的變化，更能推動促進(jìn)其發(fā)展進(jìn)步。在自然界中的信號存在方式多種多樣，所以需要數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠首先采集到現(xiàn)場的信號的數(shù)據(jù)信息，然后進(jìn)行集中的轉(zhuǎn)換、傳輸、處理、存儲、顯示等具體操作，完成數(shù)據(jù)的采集為以后的控制管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

時(shí)間的前進(jìn)，使得科學(xué)技術(shù)獲得了更加迅速改進(jìn)和發(fā)展，同時(shí)人類對自然的好奇心的推動，信號數(shù)據(jù)信息的采集技術(shù)研究已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究中核心的關(guān)鍵課題之一。所以，越來越多的學(xué)者和專家全心全力投入到這項(xiàng)研究中。尤其，在實(shí)際應(yīng)用中對于以單片機(jī)為控制器的的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究和開發(fā)獲得了更多的成果，成功地促進(jìn)加強(qiáng)了我國在數(shù)據(jù)信息采集方面的技術(shù)的發(fā)展革新。

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，傳感器具有舉足輕重的作用。其中傳感器是把的自然環(huán)境中的所有信息的信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字可識別的量值。用信號數(shù)據(jù)采集傳感器將信息收集到，之后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸送到單片機(jī)中完成處理，最后進(jìn)行輸出，這就是完整的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在該系統(tǒng)應(yīng)用中，集中介紹了一種基于AT89C52單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其中溫度數(shù)據(jù)收集傳感器DS18B20采集環(huán)境溫度，其中的模數(shù)轉(zhuǎn)換部分由芯片ADC0809完成，將溫度信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓。

2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要分為：信號收集、信號轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)輸出四大部分。信號收集部分用DS18B20溫度傳感器采集溫度信號，信號轉(zhuǎn)換部分用ADC0809將溫度信號轉(zhuǎn)換成模擬電壓數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理是通過AT89C52單片機(jī)完成，數(shù)據(jù)輸出時(shí)通過數(shù)碼管顯示完成的。

為了增強(qiáng)系統(tǒng)的應(yīng)用性，還在虛擬儀器Labview上完成了上位機(jī)的設(shè)計(jì)，令其溫度數(shù)據(jù)信息的顯示更為直接了，方便后期的管理和維修。完整的系統(tǒng)都是由軟件部分和硬件部分共同組成的，硬件是基礎(chǔ)，軟件是核心，需要協(xié)作才能完成數(shù)據(jù)的采集處理，缺一不可。。

2.2 控制單片機(jī)芯片AT89C52

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心單片機(jī)選用最為常用的AT89S52芯片。該MSC-52系列的單片機(jī)能并行處理八位數(shù)據(jù)，實(shí)用性非常好，穩(wěn)定性也很好，故障率極小。自ATMEL公司收購了MSC-51單片機(jī)的框架后，對其進(jìn)行了內(nèi)核性能的深化，加入了很多新功能，使得應(yīng)用性更強(qiáng)，并且增大了芯片容量，還增加了Fash閃存功能等。因?yàn)?1內(nèi)核的單片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)有很多，所以不管是工業(yè)還是經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的自動化控制中都獲得了較為長久廣泛的應(yīng)用，市場占有率居高不下。

AT89C52單片機(jī)芯片的實(shí)物頂面圖如2-1所示：共有32個(gè)引腳，也就是有32個(gè)I/O口，分為4組，分別是P0、P1、P2和P3，并且每組共有8個(gè)引腳。該單片機(jī)支持的最大外部存儲能夠擴(kuò)展64K，并且還具有8Kb的Flash存儲區(qū)域。單片機(jī)的任何引腳不僅能完成普通的輸入及輸出，還具有第二功能，比如定時(shí)器、中斷等，能進(jìn)行引腳復(fù)用，同時(shí)還具有看門口、斷電保護(hù)和定/計(jì)時(shí)功能。通常情況下該單片機(jī)的工作電壓為+5V。在工作中要持續(xù)不斷給單片機(jī)供電。

圖2-1 AT89C52單片機(jī)界面

2.3 溫度傳感器

在對自然界中的溫度信號進(jìn)行收集時(shí)可以有很多種方法，以前較為常用的就是熱電偶法。但是實(shí)際應(yīng)用中，誤差較大，反應(yīng)較慢。而傳感器具有反應(yīng)快、精確的特點(diǎn)，在該系統(tǒng)中應(yīng)用DS18B20溫度傳感器收集溫度信號。該傳感器的總線為1-Wire類型，只需要一根信號線即可與單片機(jī)完成連接。該溫度傳感器的測量范圍為-55度～+125攝氏度，精確度為0.5攝氏度;并且工作電壓范圍較寬為3.0～5.5V。

2.4 ADC0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器

在信號采集過程中，較為重要的環(huán)節(jié)就是講收集到的溫度信號轉(zhuǎn)變成單片機(jī)可以識別處理的電壓信號。并且在單片機(jī)中沒有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，只能通過外加轉(zhuǎn)換器才可以完成。該系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)化主要通過ADC0809實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)過轉(zhuǎn)變期模擬數(shù)字電壓能較為準(zhǔn)確地反應(yīng)其溫度的高低強(qiáng)弱。

A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809屬于逐次逼近式轉(zhuǎn)換器。是8位處理器，即是測量精度最高位為參考電壓的二百五十五分之一。并且只有一個(gè)轉(zhuǎn)換器，但開關(guān)共8路，還具有8個(gè)通道，決定了芯片能夠完成8路模擬電壓的測量，但不能同時(shí)工作。

在工作中三態(tài)輸出鎖存器和OE端高低電平改變控制數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和輸出。

為了驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可行性，采用 Proteus進(jìn)行了模擬仿真，結(jié)果如圖2-2所示。在圖中選用滑動變阻器替代AD轉(zhuǎn)換后的電壓值，得知滑動變阻器改變時(shí)數(shù)碼管數(shù)據(jù)也會相應(yīng)變化，證明系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理可靠。

圖2-2 ADC0809的Proteus仿真界圖

3.總結(jié)

在生活的地球中信號無處不在，如要準(zhǔn)確捕捉和測量這些信號，就要有可靠地?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也就是基于單片機(jī)AT89C52的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

在系統(tǒng)中，信號轉(zhuǎn)換主要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809實(shí)現(xiàn)的，還利用Labview完成PC端監(jiān)控界面的設(shè)計(jì)，提高數(shù)據(jù)的直觀性及便捷性。該系統(tǒng)充分發(fā)揮了單片機(jī)的所有功能，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性、可靠性、便于擴(kuò)展性等。所以，基于單片機(jī)AT89C52的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有更為廣大的應(yīng)用前景和空間。

參考文獻(xiàn)

[1]馬凱.基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)[J].新技術(shù)，2014，119-122.

[2]楊創(chuàng).基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器設(shè)計(jì)研究[J].單片機(jī)技術(shù)，2014，271-272.