一個單片機(jī)串行數(shù)據(jù)采集傳輸模塊的設(shè)計(jì)

1、    一個單片機(jī)串行數(shù)據(jù)采集/傳輸模塊的設(shè)計(jì)摘 要 以GMS97C2051單片機(jī)為核心，采用TLC2543 12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)了一個串行數(shù)據(jù)采集/傳輸模塊，給出了硬件原理圖和主要源程序。關(guān)鍵詞 串行A/D轉(zhuǎn)換器 串行數(shù)據(jù)傳輸 GMS97C2051單片機(jī) 在微機(jī)測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到A/D轉(zhuǎn)換。常用的方法是擴(kuò)展一塊或多塊A/D采集卡。當(dāng)模擬量較少或是溫度、壓力等緩變信號場合，采用總線型A/D卡并不是最合適、最經(jīng)濟(jì)的方案。這里介紹一種以GNS97C2051單片機(jī)為核心，采用TLC2543 12位串行A/D轉(zhuǎn)摘 要   

2、; 以GMS97C2051單片機(jī)為核心，采用TLC2543 12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)了一個串行數(shù)據(jù)采集/傳輸模塊，給出了硬件原理圖和主要源程序。關(guān)鍵詞    串行A/D轉(zhuǎn)換器    串行數(shù)據(jù)傳輸    GMS97C2051單片機(jī)   在微機(jī)測控系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到A/D轉(zhuǎn)換。常用的方法是擴(kuò)展一塊或多塊A/D采集卡。當(dāng)模擬量較少或是溫度、壓力等緩變信號場合，采用總線型A/D卡并不是最合適、最經(jīng)濟(jì)的方案。這里介紹一種以GNS97C2051單片機(jī)為核心，采用TLC2543 12位

3、串行A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的采樣模塊，該模塊的采樣數(shù)據(jù)由單片機(jī)串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送到上位機(jī)（IBM PC兼容機(jī)）的串口COM1或COM2，形成一種串行數(shù)據(jù)采集串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?。?jīng)實(shí)踐調(diào)試證實(shí)：該模塊功耗低、采樣精度高、可靠性好、接口簡便，有一定實(shí)用價值。1 主要器件介紹1.1 TLC2543串行A/D轉(zhuǎn)換器   模塊采用TI公司的TLC2543 12位串行A/D轉(zhuǎn)換器，使用開關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完成A/D轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu)，能夠節(jié)省51系列單片機(jī)I/O資源，且價格適中。其特點(diǎn)有：（1）12位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器；（2）在工作溫度范圍內(nèi)10s轉(zhuǎn)換時間；（3）11個模

4、擬輸入通道；（4）3路內(nèi)置自測試方式；（5）采樣率為66kbps；（6）線性誤差+1LSB（max）（7）有轉(zhuǎn)換結(jié)束（EOC）輸出；（8）具有單、雙極性輸出；（9）可編程的MSB或LSB前導(dǎo)；（10）可編程的輸出數(shù)據(jù)長度。   TLC2543的引腳排列如圖1所示。圖1中AIN0AIN10為模擬輸入端；為片選端；DIN 為串行數(shù)據(jù)輸入端；DOUT為A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的三態(tài)串行輸出端；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束端；CLK為I/O時鐘；REF+為正基準(zhǔn)電壓端；REF-為負(fù)基準(zhǔn)電壓端；VCC為電源；GND為地。1.2 GMS97C2051單片機(jī)   GMS

5、97C2051是武漢力源公司和韓國LG公司聯(lián)合推出的一種性能價格比極高的 8位單片機(jī)，其指令系統(tǒng)與MCS-51系列完全兼容。GMS97C2051與AT89C2051兼容（可直接替換），但其性能價格比優(yōu)于AT89C2051。引腳排列如圖2所示。1.3 電平轉(zhuǎn)換器MAX3232    MAX3232為RS-232收發(fā)器，簡單易用，單+5V電源供電，僅需外接幾個電容即可完成從TTL電平到RS-232電平的轉(zhuǎn)換，引腳排列如圖3所示。2 硬件設(shè)計(jì)硬件電路如圖4所示。   單片機(jī)GMS97C2051是整個系統(tǒng)的核心，TLC2543對輸入的模擬信號

6、進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機(jī)通過P3.5（9腳）接收，AD芯片的通道選擇和方式數(shù)據(jù)通過P3.4（8腳）輸入到其內(nèi)部的一個8位地址和控制寄存器，單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過串口（3、2腳）經(jīng)MAX3232轉(zhuǎn)換成RS232電平向上位機(jī)傳輸。圖中串行LCD顯示電路僅用于調(diào)試，對采集/傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。3 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)   單片機(jī)程序主要包括串行數(shù)據(jù)采集模塊“DATA_SAM”和串行數(shù)據(jù)傳輸模塊“RS232”，調(diào)試所用到的顯示子程序在此略去。    TLC2543的通道選擇和方式數(shù)據(jù)為8位，其功能為：D7、D6、D5和D4用來選擇要求轉(zhuǎn)換的通道，D

7、7D6D5D4=0000時選擇0通道，D7D6D5D4=0001時選擇1通道，依次類推；D3和D2用來選擇輸出數(shù)據(jù)長度，本程序選擇輸出數(shù)據(jù)長度為12位，即D3D2=00或D3D2=10；D1，D0選擇輸入數(shù)據(jù)的導(dǎo)前位，D1D0=00選擇高位導(dǎo)前。    TLC2543在每次I/O周期讀取的數(shù)據(jù)都是上次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，當(dāng)前的轉(zhuǎn)換結(jié)果在下一個I/O周期中被串行移出。第一次讀數(shù)由于內(nèi)部調(diào)整，讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果可能不準(zhǔn)確，應(yīng)丟棄。數(shù)據(jù)采集程序如下：DATA_SAM:MOV     R0,#30H；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址30HR0MOV 

8、    R1,#00000000B；0通道方式/通道數(shù)據(jù)ACALL  RD_AD；第一次讀取的轉(zhuǎn)換結(jié)果可能不準(zhǔn)確,丟棄。MOV     R1,#00010000B；1通道方式/通道數(shù)據(jù)ACALL  RD_AD；送1通道方式/通道數(shù)據(jù)并讀第0通道轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV     R0,R2；轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū),下同INC    R0MOV     R0,R3INC    R

9、0MOV     R1,#00100000B；2通道方式/通道數(shù)據(jù)ACALL  RD_AD；送2通道方式/通道數(shù)據(jù)并讀第1通道轉(zhuǎn)換結(jié)果MOV     R0,R2INC    R0MOV     RO,R3INC    R0；其它通道操作方式類推RET   單片機(jī)通過編程產(chǎn)生串行時鐘，并按時序發(fā)送與接收數(shù)據(jù)位，完成通道方式/通道數(shù)據(jù)的寫入和轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀出，程序如下，供數(shù)據(jù)采集模塊

10、“DATA_SAM” 調(diào)用。CLK    EQU      P3.3DIN    EQU      P3.4DOUT   EQU      P3.5CS      EQU     P3.7RD_AD:CLR    CLK；清I/O時鐘SETB

11、0;  CS；設(shè)置片選為高CLR    CS；設(shè)置片選為低MOV     R4,#08；先讀高8位MOV    A, R1；把方式/通道控制字放到ALOP1:     MOV    C,DOUT；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果RLC    A；A寄存器左移，移入結(jié)果數(shù)據(jù)位，移出方式/通道控制位MOV     DIN,C；輸出方式/通道位SETB  

12、 CLK；設(shè)置I/O時鐘為高CLR    CLK；清I/O時鐘DJNZ   R4,LOP1；R4不為0，則返回LOP1MOV     R2,A；轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位放到R2中MOV     A,#00H；復(fù)位A寄存器MOV     R4,#04；再讀低4位LOP2:MOV     C,DOUT；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果RLC    A；A寄存器左移，移入結(jié)果數(shù)據(jù)位SETB&#

13、160;  CLK；設(shè)置I/O時鐘為高CLR    CLK；清I/O時鐘DJNZ   R4,LOP2；R4不為0，則返回LOP2MOV     R3,A；轉(zhuǎn)換結(jié)果的低4位放到R3中SETB   CS；設(shè)置片選為高RET   串行數(shù)據(jù)傳輸模塊包括串行口初始化子程序和數(shù)據(jù)傳輸子程序，各子程序分別如下。其中數(shù)據(jù)傳輸采用查詢方式，也可以方便地改為中斷方式。INIT_COM:MOV   SCON,#50H；串口方式1工作，8位數(shù)據(jù)位，1

14、位停止位，無奇偶校驗(yàn)MOV   PCON,#80H；SMOD=1，波特率增倍MOV   TMOD,#20H；波特率設(shè)置，fOSC=12MHz，波特率=2* 2400，N=0F3HMOV   TH1,#0F3HMOV   TL1,#0F3HSETB  TR1；啟動定時器T1RETRS232:MOV   R0,#30H；緩沖區(qū)首地址30HR0MOV   R5,#22；發(fā)送數(shù)據(jù)長度R5，11* 2=22LOOP:MOV   A,R0；取數(shù)據(jù)AMOV&#

15、160;  SBUF,A；數(shù)據(jù)SBUFWAIT:JBC   TI,CONT；判斷發(fā)送中斷標(biāo)志，是1則轉(zhuǎn)到CONT，并清TISJMP  WAITCONT:INC   R0DJNZ  R5,LOOPRET4 上位機(jī)串口接收程序設(shè)計(jì)    上位機(jī)接收數(shù)據(jù)所用C語言程序包括初始化子程序和接收子程序。各子程序分別如下：void init_com1(void) /*初始化子程序*/outportb(0x3fb,0x80); /*線控制寄存器高位置1，使波特率設(shè)置有效*/outportb(0x3f8,0x18

16、); /*波特率設(shè)置，與單片機(jī)波特率一致為4800bps*/outportb(0x3f9,0x00);outportb(0x3fb,0x03); /*線控制寄存器設(shè)置，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位,無奇偶校驗(yàn)*/outportb(0x3fc,0x03); /*Modem控制寄存器設(shè)置,使DTR和RTS輸出有效*/outportb(0x3f9,0x00); /*設(shè)置中斷允許寄存器，禁止一切中斷*/void receive_data(void) /*查詢方式接收數(shù)據(jù)子程序*/     while(!kbhit()     while(!(in