基于W77E58單片機的通用數據采集和通訊儀的設計

0 引言
單片機數據采集系統是指利用單片機對現場(chǎng)的各種信號，包括：非電量信號(如溫度、壓力、流量等)，電信號(電壓、電流)，以及開(kāi)關(guān)量，頻率量信號等進(jìn)行采集，存儲，顯示，傳輸的系統。目前，8位單片機由于其控制功能強大、品種多、價(jià)格低廉，正廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域，特別是應用在數據采集，設備控制等方面，是單片機應用中的主流機種。本文采用臺灣華邦公司生產(chǎn)的高性能Turbo-51系列單片機 W77E58，實(shí)現了一種基于單片機的通用數據采集和通訊儀的研制，具有較高的實(shí)用價(jià)值。為了使設計的數據采集儀應用方便，系統利用PTR2000無(wú)線(xiàn)數據傳輸模塊與上位機進(jìn)行通訊，以便能隨時(shí)響應控制中心的PC機的數據上傳命令，將采集到的數據實(shí)時(shí)上傳給控制中心。

1 系統硬件設計
本文設計的通用數據采集和通訊儀能夠對各種現場(chǎng)設備的標準輸出信號進(jìn)行采集，包括傳感器輸出的0-5V／4-20mA模擬信號；開(kāi)關(guān)量信號；頻率量信號；此外系統還具有RS-485接口，以便能夠與現場(chǎng)具有485接口的智能儀表相連接。為了實(shí)現良好的人機交互，系統擴展了鍵盤(pán)輸入，液晶顯示，實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及現場(chǎng)故障報警指示電路等模塊。系統總體框圖如圖1所示。

1．1 電源模塊電路設計
在單片機數據采集系統中，電源的設計是非常關(guān)鍵的。本儀表設計采用電網(wǎng)和充電電池雙電源供電。電源設計如圖2所示。

當電網(wǎng)電壓正常時(shí)，220V交流電經(jīng)過(guò)24V穩壓電源，電解電容器C1濾波后的電壓經(jīng)二極管D1后分成兩路，一路通過(guò)三極管Q1到7805三端穩壓芯片，完成穩壓輸出+5V電壓，供單片機W77E58等芯片所需的電源；另一路通過(guò)電阻R1對鎳鎘電池9V進(jìn)行充電，充電電流選擇約40mA。如果電網(wǎng)停電， C1放電為0V，這時(shí)，電池通過(guò)D2、Q1到7805向電路供電，使輸出端仍有+5V電壓，從而完成電網(wǎng)短時(shí)停電時(shí)，單片機后備電源的功能。
二極管D1起隔離作用，使得當電網(wǎng)偶爾停電時(shí)，能夠阻止電池電流流向24V穩壓電源。穩壓管D3(5．6V)的作用，是防止電池(+9V)過(guò)放電，即當電池放電下降到約6V時(shí)，因D3作用，三極管Q1截止，電池放電停止，此時(shí)單片機將停電。
1．2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887
為了能夠實(shí)時(shí)顯示系統時(shí)間以及實(shí)現按時(shí)間日期保存采集到的數據的功能，系統擴展了一片并行實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS12887。DS12887是DALLAS半導體公司推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，采用CMOS技術(shù)制成，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集成于芯片內部。DS12887芯片具有微功耗、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高、工作穩定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在現代工業(yè)控制及智能儀器儀表中有著(zhù)廣泛的用途。