ＰＩＣ單片機數據采集系統設計與應用

摘 要：近年來，各種單片機的數據采集系統(DAS)廣泛應用于工業生產、測量和工業控制技術中，但是傳統的單片機數據采集系統因為其有限的功能使得整個系統的性能顯得較差。而由Microchip 公司生產的MCU PIC16F877 是一款較新的中檔產品，它具有高速(Harvard 結構) 、低功耗、高代碼壓縮率、抗干擾能力強、FLASH 存儲器、開發方便以及性價比高等優點， 因此使用MCU PIC16F877 作為核心部件，在硬件方面：能夠讓電路的設計更為簡潔、實用，既提高了整個設計的安全性和可靠性，又降低整個系統的功耗；在軟件方面：使我們在程序調試、模擬運行方面更容易、更方便快捷。

關鍵詞：PIC單片機 A/D轉換與PC通信

1.要求所設計該數據數采集系統應具有如下功能：

能夠對模擬量和開關量進行采集；能夠對所采集的數據進行基本數據處理功能；能夠將所采集和處理的數據進行LCD顯示；能夠同上位機PC 機進行通信；具有數/ 模轉換功能。

2.設計系統的總體概述（硬件＋中心軟件）

中心軟件的功能

該中心軟件系統是指PC機通過串行端口而對PIC控制的程序設計部分。從PC機發出指令到PIC硬件模板應用程序，相應的其輸出數據返回給PC機應用程序，并顯示在PC機應用程序設計界面的輸入文本框中。其系統整體構成如下：

串行端口的本質功能是作為CPU和串行設備間的編碼轉換器。當數據從CPU經過串行端口發送出去時，字節數據被轉換為串行的位。在接收數據時，串行的位將被轉換為字節數據。本文是用了Visual Basic語言編輯此程序的，Visual Basic提供了MSComm控件作為與串口之間的接口，該控件提供了一系列標準通信命令的使用界面。使用它可以建立與串行端口的連接，通過串行端口連接到PIC機模塊設備，完成發送命令、接收數據、監測運行等程序。

其軟件系統的界面設計圖如下：

我們以MSComm控件作為底層接口，在此基礎上建立了一個串行通信協議，并實現了發送和接收功能。

硬件系統設計

該部分的設計思路主要是利用了PIC單片機內部集成的A/D轉換模塊，該模塊為單片CMOS器件，片內具有鎖存功能的8路模擬多路開關，可對8路0~5V的輸入模擬電壓信號分時進行轉換。因而，在該部分電路的設計中，直接利用了PIC芯片的AN0~AN78個引腳直接與外部8路模擬量輸入相連，在設計中，為了確保系統性能的精確度和穩定性，加入了下拉電阻光電耦合器。

與PC通信部分

該部分的設計主要是利用了PC機配置的串行口，這樣可以很方便的完成PC機與PIC的數據通信。PC機與PIC最簡單的連接是三根線方式，這是進行全雙工通信的所必須的線路，所以在本電路中直接將RS232引腳3與MAX232的接收端（引腳13）、引腳2與引腳14、引腳5和引腳15相連。由于PIC16F系列單片機利用的是CMOS電平，而PC配置的是RS232標準串行接口，因而該電路采用了MAX232，它的輸入輸出引腳直接與單片機USART模塊全雙工異步發送接收端，即RC6和RC7相連。這樣即可實現PC機與PIC進行全雙工異步通信。以下是它的電路圖。

應用

在工業生產中，數據采集系統應用廣泛，各類傳感器、變送器與其配合使用，可同時對溫度、壓力、液位、流量、重量、濕度等工程參數進行測量、顯示、報警、控制、變送輸出等。例如在農業上為了科學地對土壤進行管理，需要經常測試土壤含水量；在水利工程中，如水文站、堤壩上也需經常測試土壤含水量，因而利用該數據采集系統與濕度傳感器通過運算放大電路相連組成一個濕度檢測系統，可以使繁瑣的濕度測量以及相關復雜的數據處理實現自動化，解決了一大難題。下面是它的結構圖。

在工業中生產中，在大型企業中的生產過程自動控制中應用相當廣泛，例如，化工廠利用該系統通過計算機來控制物料配比、閥門開關，煉鋼廠控制爐溫、冶煉等。

隨著PIC單片機的不斷發展和微機技術的不斷發展，特別是網絡技術在測控領域的廣泛應用，由PC機和多臺單片機構成的測控系統已成為單片機技術發展的一個方向。它結合了單片機在實時數據采集和微機對圖型處理、顯示的優點。同時WINDOWS環境下后臺微機在數據庫管理上具有明顯的優勢。二者結合，使得單片機的應用已不僅僅局限于傳統意義上的自動監測或控制，而形成了以網絡為核心的分布式多點系統發展的趨勢。

因此，我們相信，基于PIC單片機種種優點，它的應用將會越來越廣泛，利用它所設計的各種系統將有著更大的應用前景。