数据采集系统电子信息工程Word文档格式.docx

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该实例对其他相类似的无线数据采集、无线数据传输应用具有一定的参考价值

关键字:

A/D转换单片机　数据采集　AT89C2051

Abstract

Intheindustrialcontroldomain,needstogatherthemassivefielddatafrequently,thenthetransmissioncarriesonprocessingtothemainengine.WhatbutpresentdatatransmissionusualuseisRS485orisnetworksandsoonCAN.Notonlythesenetworksbasedonthewiretransmission,theyneedtoconsiderthecostelementintheuse,butmustconsiderinthedatatransmissionthedisturbancefactor.Buttransmitswirelesshascertainsuperiorityrelatively,thecostisrelativelylow,andtransmitsthedisturbancetobealsofew,thisalsotoacertainextentenhancedthetransmissionreliability.HasdesignedonebasedonthemonolithicintegratedcircuitATC89C2051wirelesstransmissionmoduledataacquisitionsystem.Thisexampletoothersimilarwirelessdataacquisition,thewirelessdatatransmissionapplicationhascertainreferencevalue

Keywords:

A/DconverterSCMDataAcquisitionAT89C2051

引言

在工业控制现场，常常需要采集大量的现场数据，如电压、电流、温度、湿度、气压等，并将这些数据采集模块采集的数据传输到主机进行处理，由主机根据处理的结果，将控制信号传输给现场执行模块进行各种操作。

目前数据的传输基本是基于有线的网络，如RS485，CAN等。

这些有线的网络一般具有成本比较高、维护不方便等缺点。

而无线传输相对具有一定的优势，如成本低、可靠性高、维护方便等。

本文介绍一个基于AT89C2051的无线数据采集系统。

通过本系统，不仅能了解数据采集的一般过程以及一般数据采集系统的构成，还能了解LM35D温度传感器、TC14433A/D转换器、无线接收模块TX315A-R01的功能。

综合利用所学集成电路的工作原理和使用方法，在单元电路的基础上进行小型数字系统设计。

使用集成电路芯片，设计并实际组装一个十分钟内的数字计时器,可以完成0分00秒～9分59秒的计时功能，并在控制电路的作用下具有开机凊零、快速校分、整点报时及定时和动态显示的功能。

通过综合实验，加深对数字逻辑电路基本概念的理解，掌握数字电路设计的一般方法，进一步培养分析问题解决问题的能力和实际动手能力，提高设计电路和调试电路的实验技能。

第一章系统设计

如图1-1所示是一种简单数据采集无线传输系统的原理图。

传感器检测到的信号通过A/D转换后，由单片机进行采集并通过串行口TXD输出，无线发射模块进行ASK调制和发射。

无线接收模块接收和解调后，送单片机串行口RXD，从并行口输出，进行数字显示。

图1-1系统原理方框图

第二章硬件电路

第一节、数据采集与无线发射电路

如图2-1所示，是一温度遥测为例设计的数据采集与无线发射电路。

采用不同的传感器可实现不同的遥测。

图2-1数据采集与无线发射电路

一、传感器

温度传感器采用内含放大的集成温度传感器LM35D。

LM35D集成温度传感器是一种电压型集成温度传感器。

它的测温范围是4-100℃，输出电压直接与摄氏温度成正比，灵敏度为1OmV/℃。

LM35D输出电压与温度的线性关系较好，其精确度为±

1℃。

电源电压为4-2OV，典型应用值为9V。

LM35D是一种内部电路已校准的集成温度传感器，其输出电压与摄氏温度成正比，线性度好，灵敏度高，精度适中。

其输出灵敏度为10.0MV／℃，精度达0.5℃。

其测量范围为-55——150℃。

在静止温度中自热效应低（0.08℃）。

工作电压较宽，可在4——20V的供电电压范围内正常工作，且耗电极省，工作电流一般小于60uA，输出阻抗低，在1MA负载为0.1Ω

二、A/D转换器TC14433

TC1433为3位半双积分式A/D转换器，与单片机接口方便，可广泛用与慢速测控系统。

三、数据采集与并/串转换电路

AT89C2051是一种高性能价格比单片机，仅有P1口和P3口，体积小，特别适合数字测量或遥测系统。

每次转换结束，TC14433的EOC输出的数据锁存信号经VT4反相后，作用于AT89C2051的外部0输入端P3.2请求中断，AT89C2051的P1口进行数据采集，存入指定单元，由串行口TXD发送。

四、无线发射模块TX315A-T01

该模块采用ASK调制方式，载波频率为315MHZ，工作电压为3~~12V，与无线接收模块TX315A-R01配合使用，传输距离为几米到几十米。

第二节、无线接收与数据显示电路

无线接收与数据显示电路如图2-2所示。

1、TX315A-R01是与TX315A-T01配套使用的无线接收模块，为超外差接受方式。

它只有电源，解调输出和无线几根引线。

解调输出的串行数据经VT1放大提高逻辑摆幅后送单片机串行口RXD

2、数据接受与串/并转换电路

AT89C2051将接受的数据存入暂存单元。

四位全部接收完毕，送显示缓冲区。

P1口的低字节输出BCD码，高字节输出显示位扫描信号。

3、译码与显示电路

该电路采用CD4511将BCD码译为7段显示杩，驱动LED数码显示器，简化了程序。

最高位只接不b，c段，负号由g段显示，显示千位时，若P1.2为0，则表示数据为负值，VT2截止，g段亮。

该系统中，由于传感器与放大器输出模拟信号代表的温度灵敏度为10MV/，故小数点点在十位上，显示分辨率为0.1

图2-2无线接收与数据显示电路

第三节、AT89C205芯片简介

AT89C2051内部结构与功能：

一、AT89C2051主要性能

AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器（EEPROM）的8位单片机,它具有如下主要特性：

•和MCS-51产品的兼容

•2K字节可重编程闪速存储器

•耐久性：

1,000写／擦除周期

•2.7V～6V的操作范围

•全静态操作：

0Hz～24MHz

•两级加密程序存储器

•128×

8位内部RAM

•15根可编程I/O引线

•两个16位定时器/计数器

•六个中断源

•可编程串行UART通道

•直接LED驱动输出

•片内模拟比较器

•低功耗空载和掉电方式

图2-3：

AT89C2051内部结构图

二、AT89C2051的结构框图

AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体（EEPROM）的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。

如图2-4所示。

它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。

通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMELAT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。

图2-4AT89C2051的结构框图

此外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外）,引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。

三、AT89C2051的引脚说明

AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,引脚如图10.1所示,与8051内部结构进行对比可发现,AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口）,使它最大可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。

AT89C2051芯片的20个引脚功能为：

1、Vcc：

电源电压。

2、GND：

地。

3、P1口：

P1口是一8位双向I/O口。

口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。

P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。

P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入（AIN0）和反相输入（AIN1）。

P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。

当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。

当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流（IIL）。

P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。

4、P3口：

P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。

P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。

P3口缓冲器可吸收20mA电流。

当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。

用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流（IIL）。

P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表10-1所示。

P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

5、RST：

复位输入。

RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。

当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。

每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。

6、XTAL1：

作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。

7、XTAL2：

作为振荡器反相放大器的输出。

表2-1P3口的功能

P3口引脚

功能

P3.0

RXD（串行输入端口）

P3.1

TXD（串行输出端口）

P3.2

INT0（外中断0）

P3.3

INT1（外中断1）

P3.4

TO（定时器0外部输入）

P3.5

T1（定时器1外部输入）

P3口引脚功能

P3.0RXD（串行输入端口）

P3.1TXD（串行输出端口）

P3.2INT0（外中断0）

P3.3INT1（外中断1）

P3.4TO（定时器0外部输入）

P3.5T1（定时器1外部输入）

从上述引脚说明可看出,AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I