基于TLC1549的多路數(shù)據(jù)監(jiān)控方案

摘 要本文介紹了一種用51單片機與TLC1549構(gòu)成的多路數(shù)據(jù)監(jiān)控方案，可用于電壓信號的傳感器采集數(shù)據(jù)的監(jiān)控和報警，用于51單片機的擴展具有結(jié)構(gòu)簡單，控制方便等特點。

【關(guān)鍵詞】51單片機 TLC1549 多路數(shù)據(jù)監(jiān)測

單片機技術(shù)經(jīng)過長期的發(fā)展，在生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而51系列的單片機作為最早和最經(jīng)典的類型有著廣泛的應(yīng)用和群眾基礎(chǔ)。TLC1549是德州儀器公司生產(chǎn)的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部含有采樣保持，差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入，具有較強的抗干擾能力，并且它與單片機之間只需要較少的連接線便能實現(xiàn)通信。

本文介紹了利用這兩種為廣大電子愛好者熟知的器件構(gòu)成的一種具有多路數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換功能的設(shè)計方案，應(yīng)用于電壓信號的各種傳感器，如溫度，流量，水位?？梢詷?gòu)成相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)。例如，可做成多路溫度采集控制報警系統(tǒng)。

1 總體設(shè)計方案

本方案采用51單片機中的STC89C52RC作為主控芯片，STC的單片機可以直接通過串口下載程序，方便升級調(diào)試。TLC1549通過三根線即可與單片機通信，完成一路電壓信號的AD轉(zhuǎn)換，此方案在此基礎(chǔ)上，增加了一個八通道的模擬多路選擇器74HC4051，通過單片機程序控制依次打開各通道，可將八路傳感器送入的信號分別經(jīng)TLC1549進行轉(zhuǎn)換，根據(jù)系統(tǒng)實際操作的對象，可按相應(yīng)傳感器的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過程序換算，將采集的到信號轉(zhuǎn)換成具體數(shù)值在液晶顯示模塊上顯示出來。如溫度傳感器則轉(zhuǎn)換成攝氏度，水位傳感器轉(zhuǎn)換成米。按鍵模塊可以給系統(tǒng)預(yù)設(shè)一些參數(shù)，并可翻頁查詢各種參數(shù)。若采集數(shù)據(jù)超出這些范圍，則由程序控制報警模塊發(fā)出提示，同時也可控制相應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)動作，將參數(shù)調(diào)整至合適范圍內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的原理方框圖如圖1所示。

2 主要模塊設(shè)計

本方案主要的模塊包含數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路，液晶顯示模塊，報警模塊，執(zhí)行機構(gòu)控制模塊。各部分簡介如下：

2.1 數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路

TLC1549是一款10位精度的AD轉(zhuǎn)換芯片，完全可以滿足一般生產(chǎn)和生活范圍內(nèi)的應(yīng)用需要。其中REF+引腳上需要一個較穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。如圖2所示，采用LM336-2.5集成穩(wěn)壓電路，它是一款精密的并聯(lián)穩(wěn)壓二極管，具有較低的溫度系數(shù)，多用于數(shù)字電壓表，運放調(diào)節(jié)電路中作為較高精度的2.5V電壓基準(zhǔn)。1號引腳連接10K的電位器可以方便的微調(diào)該基準(zhǔn)電壓和溫度系數(shù)。并聯(lián)電容起到退耦和濾波的作用。

74HC4051是一款8通道雙向模擬多路選擇器。TLC1549與單片機相連接可實現(xiàn)一路AD信號轉(zhuǎn)換，本設(shè)計將TLC1549的信號輸入端與74HC4051的信號輸出端連接在一起，便可實現(xiàn)最多八路信號輸入的擴展。74HC4051的三個數(shù)據(jù)選擇端及一個使能端與單片機的四個引腳相連，通過單片機編程依次選通各通道，將數(shù)據(jù)送入TLC1549進行轉(zhuǎn)換處理，并送顯示模塊顯示。

其中需要注意的是E為低電平時，八個通道可由S0至S2選中，編碼從000至111分別與相應(yīng)的通道對應(yīng)，此時，通道呈低阻狀態(tài)，信號與TLC1549連通。當(dāng)E為高電平時，所有通道都進入高阻狀態(tài)，相當(dāng)于信號斷開。74HC4051的模擬輸入/輸出端信號應(yīng)在上限VCC和下限VEE之間，并且不超過10.0 V。

J21為一八針數(shù)據(jù)接口方便將八路信號與控制板相連，可根據(jù)實際情況在此接口前添加信號調(diào)理電路。

2.2 按鍵及報警

按鍵電路設(shè)計采用四個獨立按鍵，報警電路采用三極管驅(qū)動蜂鳴器實現(xiàn)，這兩個電路比較簡單。其中，四個按鍵基本可以滿足本系統(tǒng)的各種功能設(shè)置。如：菜單＼功能鍵、上翻＼+鍵、下翻＼-鍵、確認(rèn)鍵。如圖3所示。

2.3 液晶顯示

顯示部分采用12232液晶顯示器，它是一種自帶字庫及ASCII字符集的顯示器件，比起1602來說，它可以顯示漢字，并且體積較小。本方案應(yīng)用到多路溫度信號采集，則顯示效果如圖4所示。

2.4 執(zhí)行機構(gòu)控制

執(zhí)行機構(gòu)主要是控制如電動機，水泵，加熱源之類的大功率用電裝置，單片機根據(jù)傳感器采集數(shù)據(jù)經(jīng)程序處理決策后給出控制信號?？刂菩盘柾ㄟ^光耦及繼電器連接并控制執(zhí)行機構(gòu)。

3 總結(jié)

本設(shè)計方案采用八路數(shù)據(jù)采集分時輸入的方式，所以適用于對實時性變化速度不高的模擬量，即非突變的模擬量。此外1549轉(zhuǎn)換的一個缺點是讀取的數(shù)據(jù)是上次啟動AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果，那么，在芯片上電復(fù)位后，第一次讀取的數(shù)據(jù)是輸出寄存器中的隨機數(shù)，結(jié)果是不準(zhǔn)確的，所以需要軟件上做一些處理來獲得更精確的數(shù)值。在信號經(jīng)過74HC4051芯片過程中，要控制好開關(guān)各通道的時間和速度，必免引入干擾和誤差。總體來說，本方案電路設(shè)計簡單易行，為多路數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換提供了一種新的思路。

參考文獻

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作者簡介

張曉光（1980-），男，吉林省梅河口市人?，F(xiàn)為福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，主要從事電子信息工程、自動化、單片機與嵌入式系統(tǒng)的教學(xué)與應(yīng)用研究工作。

作者單位

福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院 福建省永安市 366000