基于微機(jī)控制通信的單片機(jī)通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

尚瑾

摘要：本文介紹了通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與方法，研究了微機(jī)控制通信系統(tǒng)的編程。

關(guān)鍵詞：微機(jī)控制通信；單片機(jī)；通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）12-0019-02

數(shù)據(jù)信息采集是當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)、消防等領(lǐng)域，應(yīng)用效果明顯。在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將得到進(jìn)一步改進(jìn)與完善，朝向智能化的方向發(fā)展。微機(jī)控制通信的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為確保PC與PC，PC與單片機(jī)之間完成數(shù)據(jù)交換，則選擇串行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。但，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往是針對(duì)特定領(lǐng)域構(gòu)建，容易造成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通用性受到制約?；诖?，本文對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)展開研究，并對(duì)基于微機(jī)控制通信的單片機(jī)通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)展開研究，詳細(xì)內(nèi)容如下。

1 通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是借助一種裝置，從外部獲取數(shù)據(jù)，并傳遞到系統(tǒng)內(nèi)部。當(dāng)前，人們對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重視程度相對(duì)較高，且對(duì)其的研究也較為深入，對(duì)推動(dòng)系統(tǒng)功能提升打下基礎(chǔ)。通常情況下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是借助單片機(jī)與PC構(gòu)建的。系統(tǒng)能夠的完成采集、處理、顯示和控制等功能，并順利完成PC與PC間通信，PC與單片機(jī)間的通信。此外，系統(tǒng)模擬量的轉(zhuǎn)化，主要是借助A/D轉(zhuǎn)換，器可有效將模擬量轉(zhuǎn)為數(shù)字量。但是，一些數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)建中，往往以適合對(duì)應(yīng)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方式，通用效果不夠理想。通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中，可直接運(yùn)用到其他領(lǐng)域，減少系統(tǒng)重構(gòu)的繁瑣程序，滿足數(shù)據(jù)采集的需求，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)發(fā)展。

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與方法

2.1 實(shí)時(shí)性研究

正常情況下，單片機(jī)對(duì)輸入的模擬量展開采集工作，并將采集的到信息傳遞到的PC端，游PC對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。鑒于串行通信的接線少和傳輸距離的特點(diǎn)，可用于數(shù)據(jù)采集的通信中。但，一旦為多路模擬量輸入系統(tǒng)，則容易出現(xiàn)濾波和串行傳送耗時(shí)的情況。數(shù)字濾波器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的關(guān)鍵，期主要是用于對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行過(guò)濾波的作用，其可保障數(shù)字量的平滑性與真實(shí)性。對(duì)于由單片機(jī)與PC組成的通信系統(tǒng)，單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)信息不能不經(jīng)過(guò)數(shù)字濾波。在具體的采集過(guò)程中，每采集一個(gè)模擬量所消耗的時(shí)間為μs級(jí)，在串行通信過(guò)程中，每組數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間為ms。如果未經(jīng)過(guò)濾波處理，則會(huì)造成數(shù)據(jù)傳遞效率延時(shí)較為嚴(yán)重。

2.2 數(shù)據(jù)整合周期

現(xiàn)設(shè)有N路模擬量需進(jìn)行采集，對(duì)N路模擬量展開采集和濾波展開整合處理，每一次整合所耗費(fèi)的時(shí)間為一個(gè)整合周期。其受到A/D轉(zhuǎn)換器一次轉(zhuǎn)換時(shí)間和濾波方式等的影響。故此，如下以平均值濾波為例展開研究。現(xiàn)設(shè)共有8路的A/D轉(zhuǎn)換，每路取6次平均，a（i）用于存放累加和，其中i=1，…8?，F(xiàn)對(duì)具體的整合過(guò)程展開研究具體為：

（1）對(duì)所有模擬量進(jìn)行一次掃描采集，再由A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)與前一次的整合值展開比較。（2）比較后，如果值正常，則用a（i），展開對(duì)位累加。（3）按照上述模式，連續(xù)掃描6次，得到結(jié)果，進(jìn)而得到平均值濾波，最后得到采集數(shù)據(jù)為：

B（i）=a（i）÷6（i=1，2…6） （1）

設(shè)一路模擬量進(jìn)行一次采集和處理時(shí)間可以理解為：t=200μs，其中整合周期可用如下公式表示：

T=t×路數(shù)×采集次數(shù) （2）

按照上述方式展開計(jì)算，可以得到具體的整合周期為T=9600μs。且由整合周期可對(duì)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性具有直接影響，主要影響因素為整合周期長(zhǎng)短。

2.3 串行通信方式選擇

具體串行通信方式選擇，本文選擇適宜的利用方式，提升整合數(shù)據(jù)利用率。兩種方案分別為：（1）單片機(jī)開放串行中斷，如果單片機(jī)在當(dāng)前整合周期完成后未申請(qǐng)中斷，則進(jìn)行下移輪整合周期。當(dāng)微機(jī)需要數(shù)據(jù)時(shí)，則向單片機(jī)發(fā)送信號(hào)，接受到申請(qǐng)后，其停止整合，并進(jìn)入中斷處理子程序發(fā)送RAM中存儲(chǔ)上一次整合數(shù)據(jù)。（2）后臺(tái)微機(jī)也工作于串行中斷方式。當(dāng)整合完成后，向PC發(fā)送完成標(biāo)志，且其處于待機(jī)狀態(tài)。

將上述兩種串行方式方案一單片機(jī)利用效率較低，且工作效率較低，A/D轉(zhuǎn)換可被中斷延時(shí)，干擾數(shù)據(jù)效果。對(duì)于方案2可更為適應(yīng)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

3 微機(jī)控制通信系統(tǒng)的編程

單片機(jī)具有簡(jiǎn)單和控制效果顯著，但是，單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理、顯示等的效果不夠顯著。故此，可借助計(jì)算機(jī)編程的方式，促使操作更為可靠。本文主要以Windows操作系統(tǒng)條件下，運(yùn)用Visual C++進(jìn)行編程。運(yùn)用Windows API有關(guān)的串行通信函數(shù)結(jié)合Active X控件。具體的編程方式如：

（1）擇取MFC構(gòu)建基本對(duì)話框，使且支持Active X，設(shè)定名稱，再添加控件，如表1所示。（2）完成后，再添加系統(tǒng)注冊(cè)過(guò)Microsoft communications control，合理對(duì)其屬性進(jìn)行設(shè)置，其余參數(shù)選擇默認(rèn)值。（3）向Class Wizard中添加變量及函數(shù)。通過(guò)上述方式，可完成對(duì)多路溫度檢測(cè)，多路壓力檢測(cè)。其中由于Windows API提供了標(biāo)準(zhǔn)串行，能夠得到系統(tǒng)的利用率和通用性，且能夠完成對(duì)不同模擬量的采集，效果顯著。本文主要選擇AT89c51為核心，輔以TLC0838、X25045。具體的單片機(jī)程序流程圖如圖1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

基于微機(jī)控制通信的單片機(jī)通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可有效改善數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通用性，保障系統(tǒng)的整體功能，可實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)采集和傳遞，增強(qiáng)采集的利用率和通用性，并對(duì)預(yù)先編制好的程序進(jìn)行簡(jiǎn)單修改，則可完成移植，具有極高的重復(fù)利用價(jià)值。

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Abstract：This paper introduces the general data acquisition system， analyzes the design ideas and methods of the system， and studies the programming of the microcomputer controlled communication system.

Key words：microcomputer controlled communication； single chip microcomputer； general data acquisition systemendprint