基于C8O51f060單片機的數據采集系統

0 引言

隨著(zhù)測控系統自動(dòng)化、智能化的發(fā)展，要求傳感器及儀表的準確度更高，可靠性更強，并具有一定的數據處理能力及自檢、自校驗、自補償等功能。傳統測控方式已不能滿(mǎn)足這些要求。近幾年來(lái)，由微計算機、傳感器和通訊等技術(shù)結合而產(chǎn)生的功能強大的傳感器數據采集系統可以準確、及時(shí)地獲得并處理信息，提高了收集環(huán)境信息的有效性和速度。智能化、數字化數據采集系統己成為當今科技界研究的熱門(mén)課題。

1 總體方案設計

該系統是以C8051f060單片機為核心，對數據進(jìn)行放大濾波采集，經(jīng)過(guò)單片機內部A／D轉換，最后將數據存入FLASH， 同時(shí)可以通過(guò)串口將數據傳送到PC機上顯示。采集系統硬件框圖如圖1所示。

1．1 信號放大電路設計

本系統所用Ad623是一款性能非常好的儀表放大器，它有以下特點(diǎn)：a．在單電源3~12V下提供滿(mǎn)電源幅度輸出，使設計更為簡(jiǎn)單；b．雖為單電源工作方式優(yōu)化設計，但在±2．5~±6V雙電源時(shí)，仍有優(yōu)良性能；c．增益通過(guò)一只外接電阻可方便地調節。無(wú)外接電阻時(shí)，被設置為單位增益(G=1)，接人電阻時(shí)，增益可高達1000：d．共模抑制比隨增益的增加而增大，保持最小誤差；e．低功耗，寬電源電壓，適合電池供電電路，線(xiàn)性度、溫度穩定性、可靠性好；f．具有較寬的共模輸入范圍，可以放大具有低于地電平150 mv的共模電壓信號。

1．2 信號濾波電路設計

本系統所用MAX291是MAXIM公司生產(chǎn)的八階巴特沃斯型開(kāi)關(guān)電容式有源低通濾波器，它的3dB截止頻率可以在0．1～25kHz之間選擇，具有固定的歸一化頻率響應。時(shí)鐘頻率fCLK與截止頻率fC的比值為100：1；噪聲低，典型值為-70dB THD+Noi se。如果直接利用MAX291的內部時(shí)鐘振蕩器，只需外接一個(gè)電容，電容值和3dB截止頻率滿(mǎn)足:

由式(1)可知，截止頻率由引腳CLK的外接電容的大小控制。選用MAX291實(shí)現抗混疊濾波器有巨大的優(yōu)勢。

圖2是濾波電路的濾波效果對比圖。

從圖中可以看出，信號紋波大大減小，達到了較好的濾波效果。

1．3 A／D轉換的設計與實(shí)現

C8051F060的ADC子系統包括兩個(gè)1Msps、16位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測器和：DMA接口，這兩個(gè)ADC可以被配置為兩個(gè)獨立的單端方式。這兩個(gè)ADC也可以被獨立使能或禁止，窗口檢測器和DMA接口都可用特殊功能寄存器控制，其原理框圖如圖3所示。

2 軟件設計

系統加電后，首先對微處理器進(jìn)行必要的初始化，才能使系統正常工作，主要包括時(shí)鐘初始化、數字交叉開(kāi)關(guān)(即端口模式)初始化。然后通過(guò)計算機發(fā)送命令，讓傳感器完成相應的功能。這些功能是單片機里的程序實(shí)現的。這些功能主要包括：a．采集傳感器信號并且經(jīng)過(guò)A／D轉換后保存在FLASH存儲器中；b．讀取FLASH存儲器的數據，經(jīng)過(guò)RS232串口送到計算機；c．讀取FLASH存儲器的數據，這些數據經(jīng)過(guò)濾波處理后經(jīng)過(guò)RS232串口送到計算機；d．擦除FLASH存儲器。其流程圖如圖4所示。

計算機接收到的單片機輸出的部分數據如圖5所示。

3 結束語(yǔ)

由于生產(chǎn)和科研領(lǐng)域對測試的要求越來(lái)越高，所需測試和處理的數據量也越來(lái)越大，通過(guò)采用大容量存儲器和高精度A／D可解決問(wèn)題，因此本數據采集系統具有一定的應用價(jià)值。