基于AT89S52的多路數據采集系統的設計與實現

董亞男

（吉林動畫學院，吉林長春130011）

基于AT89S52的多路數據采集系統的設計與實現

董亞男

（吉林動畫學院，吉林長春130011）

設計了一種基于AT89S52的多路數據采集系統.該系統由兩路串行A/D轉換器ADC0832、單片機AT89S52、外擴62256 RAM和LED數碼顯示等組成，其中給出了系統設計原理框圖、硬件接口電路圖和軟件設計流程圖.通過對兩路波形信號進行采集、處理和顯示，結果表明該系統能實現多路數據的實時采集、數據處理和顯示輸出等功能，具有較好的通用性，可廣泛應用于工業自動控制領域.

單片機；串行A/D；數據采集；存儲器

單片機以控制功能強、可靠性高、速度快、功耗低等特點被廣大電子設計愛好者所青睞.數據采集是實現智能控制重要環節，被廣泛應用于工業、醫療、測量、自動控制等領域.近年來，隨著電子技術、信息技術的不斷發展，數據采集技術也呈現出速度更快、數據量更大、通道更多的發展趨勢.實際中對現場信號所采集的大量數據需要保存和處理，在此情況下對系統存儲空間大小和處理能力要求很高，由于普通單片機存儲空間的限制，其自身的內部空間難以滿足大量數據存儲要求.為了實現既能有效完成實時數據采集，又能進行數據的運算和處理功能，本文設計看了一種基于AT89S52的多路數據采集系統.該系統由兩路串行A/D轉換器ADC0832、AT89S52單片機、外擴62256RAM和LED數碼顯示等組成，給出了系統設計原理框圖、硬件接口電路圖和軟件設計流程圖.通過對兩路波形信號進行采集、處理和顯示，結果表明該系統能實現多路數據的實時采集、數據處理和顯示輸出等功能，具有較好的通用性和兼容性，可廣泛應用于各種自動控制領域.

1 多路數據采集系統總體設計

1.1 系統結構體系

該數據采集系統主要由A/D轉換器ADC0832、單片機AT89S52、數據存儲器62256和LED數碼顯示等組成.圖1為系統總體設計原理框圖.系統主控芯片AT89S52有8k字節Flash，256字節RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數據指針，三個16位定時器/計數器，一個6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路.

圖1 系統結構體系框圖

1.2 系統硬件電路設計

如圖2所示，采集系統通過單片機P3.5、P3.4和P3.3三個引腳來分別控制ADC0832的CS片選使能端、CLK時鐘脈沖端和DI、DO端達到對ADC0832的A/D轉換控制，隨后數據傳入，單片機對采集數據進行處理，存入擴展數據存儲器62256中，系統使用單片機通用的外擴數據存儲器方法，然后通過P1.6與P1.7兩個引腳來控制74HC164芯片，用于通過LED顯示采集數據.采集系統也可以通過芯片MAX232與PC機進行串行通信.采集系統電路結構圖如圖2所示.系統工作時通過前端AD對模擬信號進行采集，然后經過單片機進而將數據存儲到擴展存儲器，方便進行數據的處理和再利用，然后LED數碼管顯示采集結果.同時，可根據串行口通信方式發送給PC機，使用PC機進行后續的結果處理.

圖2 系統電路結構圖

2 A/D轉換器ADC0832

ADC0832是美國國家半導體公司（NationalSemicon-ductor）生產的8位的雙通道串行A/D芯片.它的體積小，兼容性強，功耗低，性價比高.它的輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容，工作頻率為250KHZ，轉換時間為32us.芯片工作溫度最大可達-40℃～+85℃.

2.1 A/D轉換器接口

轉換器接口如圖3所示,串行A/D轉換器所用引腳少，線間干擾小.1腳CS為片選使能端，當CS為低電平有效.2腳和3腳分別為CH0,CH1是兩路模擬信號輸入端，用于接受要將要輸入轉換的電壓信號.4腳為GND是芯片工作的參考0電位和電源地.5腳6腳分別為DI和DO端，DI為信號輸入，兩路模擬通道選擇輸入端.當工作時，首先由DI端輸入信號選擇轉換器工作方式.DO為信號輸出，模數轉換結果串行輸出端.當轉換完成后，DO端依次輸出轉換結果.因為DI端與DO端并未同時使用所以可以復用一根數據線，如圖3連接所示.7腳為CLK是串行時鐘輸入端，用于提供轉換器工作時許脈沖.8腳為VCC是正電源端和工作時的參考電壓輸入端.

圖3 ADC0832引腳結構圖

2.2 A/D轉換器工作時序

當CS為低電平選通時，選擇轉換器，DI作為通道工作方式選擇的輸入端，首先輸入高電平開始位，然后輸入兩位工作方式選擇地址，隨后變成高阻態.因此DO和DI端在工作時并未同時有效，所以電路設計時可將DO與DI并聯在一根數據線上使用，如圖3所示.當不需要ADC0832工作時，CS片選使能端為高電平，芯片禁用，其它引腳電平任意.當ADC0832工作時，CS片選使能端必須為低電平，并且保持到AD轉換結束.芯片開始工作，由CLK為芯片提供時鐘脈沖，轉換時序如圖4所示.

圖4 ADC0832時序圖

在第1個時鐘上升沿來臨時，DI作為通道工作方式選擇端，首先必須置位為高電平表示開始位，之后兩個時鐘上升沿時輸入兩位工作方式選擇位，其工作方式選擇如圖5所示.此2位配置位數據為“0”“0”時，進行差分輸入，CH0為正輸入端，CH1為負輸入端.當2位數據為“0”“1”時，進行差分輸入，CH0為負輸入端，CH1為正輸入端.當2位數據為“1”“0”時，只對CH0進行單通道數據轉換.當2位數據為“1”“1”時，只對CH1進行單通道數據轉換.當第三個脈沖下降之后DI端輸入就不再工作直至下一次選中芯片.轉換開始后，經過一個時鐘周期的延時，隨后輸出數據.數據輸出先從高位到地位依次輸出，然后再從地位到高位依次輸出，數據輸出兩次可用作數據校驗，數據輸出完成后CS片選使能端置為高電平，一次AD轉換結束.

圖5 ADC0832工作方式選擇

3 外部并行數據存儲器62256

單片機擴展系統中，數據存儲器由隨機存儲器組成，最大可擴展64K.靜態RAM62256為32KBX8靜態RAM.由于面向控制，實際需要擴展容量并不大，所以一般采用靜態RAM較方便.

3.162256 接口

選用靜態RAM62256擴展32K數據存儲器.引腳為28腳，連接外部數據存儲器如圖2所示，用P0口和P2口連接15位A0-A14地址引腳，其中P0口接373地址鎖存器和8位數據端，用于地址和數據發送復用.RD和WR分別連接62256的22腳OE和27腳WE，訪問外部RAM時采用MOVX@DPTR指令，同時P0和P2傳送15位地址.

3.2 外部數據存儲器操作時序

訪問外部數據存儲器的讀/寫操作時序如圖6所示.圖6（a）所示為外部RAM的讀時序，第一個機器周期的S1狀態若地址允許信號ALE由低電平變高電平(1)，開始了讀周期.在S2狀態CPU由P0口送出低8位地址，P2口送出高8位地址，在ALE的下降沿(2)把低8位地址存入外部鎖存器，而P2口的高8位地址保持不變（3）.在S3狀態，P0口總線驅動器進入高阻狀態（4）.在S4狀態，讀控制信號RD變為有效（5），被尋址的RAM存儲器62256略過片刻后把有效數據送總線上（6），當RD由低電平變高電平后（7），被尋址的存儲器62256其本身的總線驅動器懸空（8），使P0總線又進入高阻態.

圖6 外部存儲器讀/寫時序

如圖6（b）所示為外部RAM的寫時序，與上類同.但寫的過程是CPU主動把數據送到總線上，因此在S3狀態總線不會出現高阻態，而是送出數據.在S4狀態，寫控制信號WR有效，選通被尋址的存儲器單元，P0口上的數據就寫入到該單元中.

4 系統工作原理及軟件設計

本數據采集系統程序設計思想為軟件部分由4大模塊組成，主要包括數據采集部分、數據處理存儲部分、LED顯示部分和串行口通信部分.主程序邏輯流程圖如圖7所示.

系統工作開始時，首先拉低ADC0832的CS片選使能端，選中芯片開始工作，然后設置開始位為高電平，工作開始.對DI輸入2位數據設置工作方式，之后經過一個CLK脈沖準備接受數據.DO端首先從高位到低位發送8位數據，然后再次從低位到高位發送8位數據（如圖4所示），單片機接收兩次發送數據用于校驗轉換數據是否準確，當確認數據轉換正確無誤后存儲數據.AD采集過程程序流程圖如圖8所示.當確定接受數據無誤后，采集得到數據轉存入外部存儲器，通過置地址指針DPTR來進行數據存儲.之后可調用LED顯示程序對轉換數據進行顯示.數碼管顯示程序流程圖如圖9所示.后續處理也可調用串行口通信程序數據發送給上位PC機進行處理.

圖7 主程序邏輯流程圖

圖8 AD采集邏輯流程圖

圖9 LED顯示邏輯流程圖

5 實驗數據及結論

表1 測試數據

表1為數據采集器輸入信號、實際信號與結果顯示數據，如表中結果顯示該數據采集器在誤差允許范圍內工作良好，存儲器讀寫順利，實物圖如圖10所示.

此多路采集系統由兩路串行A/D轉換器ADC0832、單片機AT89S52、外擴62256RAM和LED數碼顯示等組成，其中給出了系統設計原理框圖、硬件接口電路圖和軟件設計流程圖.通過對兩路波形信號進行采集、處理和顯示，結果表明該系統能實現多路數據的實時采集、數據處理和顯示輸出等功能.在應用中可以對電壓信號進行直接采集，也可對傳感器信號進行采集.在以上設計基礎上還可以將雙路采集系統擴展成為差分采集數據采集系統，也可根據需求實現更多路的數據采集，同時可以選擇更大的外部擴展存儲器來進行更大的數據存儲.這種可擴展電路具有高性價比，無需選擇更昂貴的大容量控制芯片，有較好的通用性和兼容性，可廣泛應用于各種自動控制領域.

圖10 多路數據采集器實物圖

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TN707

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：1673-260X（2017）03-0048-03

2016-11-08

教育部重點實驗室開放基金和青海省135高層次人才工程項目資助的課題；教育部春暉計劃Z2011019