基于A(yíng)T89S52多路數據采集系統的設計

　　針對采集精度低、主控芯片資源占用大，采集速度慢等問(wèn)題設計了一種多路數據采集系統。系統采用AT89S52單片機為核心，四路24位A/D負責數據采集任務(wù)。系統可根據不同的需要對這些數字量進(jìn)行相應的計算和處理，得到所需的數據，并將這些計算結果反饋給用戶(hù)或被控系統，達到監測和控制的目的。實(shí)驗結果表明：系統具有硬件電路簡(jiǎn)單、采集精度較高、實(shí)時(shí)顯示等優(yōu)點(diǎn)。

　　0 引言

　　現代工業(yè)控制、自動(dòng)檢測技術(shù)中的數據采集與處理是將現場(chǎng)的電壓、電流、壓力、流量、溫度、角度等模擬信號和一些開(kāi)關(guān)量信號進(jìn)行采集，轉變成數字量，再根據不同的需要對這些數字量進(jìn)行相應的計算和處理，得到所需的數據，然后將這些計算結果反饋給用戶(hù)或被控系統，達到監測和控制的目的。完成這個(gè)功能的系統就是數據采集與處理系統。

　　數據采集的主要技術(shù)是采集速度和精度。采集速度主要與采樣頻率、A/D轉換速度等因素有關(guān)，采集精度主要與A/D轉換器的位數有關(guān)。本系統就是一種以單片機為控制器，對數據進(jìn)行存取和發(fā)送并顯示的數據采集系統。一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統一般需要完成數據采集、模數轉換、數據存取及發(fā)送等任務(wù)。CS5532進(jìn)行模數轉換，AT89S52控制A/D轉換并將讀取到的數據發(fā)送給工控機。這樣，在高速的數據采集時(shí)，就避免了微機系統操作時(shí)速的限制，大大地提高了數據采集系統的效率。從而滿(mǎn)足了控制系統的實(shí)時(shí)、高速控制要求。

　　1 多路采樣系統的總體設計

　　多路數據采集對系統的軟、硬件性能要求很高。本文使用高速串行接口A(yíng)/D芯片(CS5532)與單片機組成數據采集系統。該系統以AT89S 52單片機和24位串行芯片A/D(CS5532)構成。數據采集的精度能達到24位、同時(shí)串行A/D與單片機之間采用SPI接口，可以同時(shí)驅動(dòng)四路A/ D，信號增益可以達到32位，出口速率可以達到400字/秒，能形成多路高速數據采集系統。

　　本采集系統的硬件電路由主控部分(單片AT89S52)、模數部分(A/D芯片CS5532)、顯示部分(八段數碼管)3個(gè)部分組成。各部分之間相互協(xié)作，實(shí)現數據采集的功能。其硬件結構如圖1所示。

　　2 多路采集系統的硬件設計

　　整個(gè)硬件系統是以單片機AT89S52作為主控芯片，控制整個(gè)電路的運行。為了能使單片機正常工作須在其外圍加復位電路。即：采用穩定的硬件復位方式。本系統采用看門(mén)狗X5045作為復位電路的主要芯片用來(lái)控制復位的完成。采用X5045有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)上電可以自動(dòng)發(fā)出復位信號。(2)當單片機的電壓降到一定時(shí)X5045的復位引腳會(huì )給出一個(gè)復位信號使單片機復位。(3)當程序進(jìn)入死循環(huán)時(shí)X5045會(huì )給出一個(gè)復位信號使單片機恢復正常?？刂朴布娐吩韴D如圖2所示。

　　AT89S52具有系統可編程功能，可以很方便地改寫(xiě)單片機存儲器內的程序不需要把芯片中從工作環(huán)境中剝離，把AT89S ISP下載口接入電路，可用電路實(shí)現該功能。為了滿(mǎn)足系統對波特率的要求AT89S52需要接入一個(gè)22.1184MHz晶振，用來(lái)調整時(shí)鐘。

　　MAX232是一種常用的通信芯片。MAX232與單片機AT89S52的接口是由2條線(xiàn)來(lái)完成的，P3.1與MAX232的10腳相連作為發(fā)送的數據線(xiàn)。

　　CS5532是一種高精度的A/D轉換芯片，最高可得到分辨率是24位的輸出結果。CS5532的差動(dòng)輸入端可以直接測量來(lái)自傳感器的毫伏信號，簡(jiǎn)化了與外圍電路的連接?？删幊淘鲆娣糯笃骺墒狗糯蟊稊祻?～32進(jìn)行設定(以2倍步長(cháng)增加)，大大提高了系統的動(dòng)態(tài)特性。多級程控數字濾波器使得數據輸出速率可選擇。范圍為7.5 Hz～3.84 kHz，方便了與外設的連接。由于它的寬動(dòng)態(tài)特性、可編程輸出速率、靈活的供電方式及簡(jiǎn)便的三線(xiàn)串行輸出模式，使得該A/D轉換器極易和單片機接口。在使用CS5532時(shí)須在其外圍接一個(gè)參考電壓和一個(gè)晶振電路。 CS5532的差動(dòng)輸入端可以直接測量來(lái)自傳感器的毫伏信號，簡(jiǎn)化了與外圍電路的連接。其電路圖如圖3所示。

　　八段數碼顯示管有兩種，一種是共陽(yáng)數碼管，其內部是由八個(gè)陽(yáng)極相連接的發(fā)光二極管組成;另一種是共陰數碼管，其內部是由八個(gè)陰極相連接的發(fā)光二極管組成。二者原理不同但功能相同。本文選用8個(gè)共陰八段數碼管LED用來(lái)顯示A/D轉換完成的數據。