基于RS232的8位数据采集系统设计论文.docx

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基于RS232的8位数据采集系统设计论文

题　　目:

基于RS-232的8位数据采集系统

【摘要】以AT89C2051单片机为核心，采用串行A/D转换器，设计一个串行数据采集/传输模块。

系统对模拟信号进行现场同步检测信号，经过滤波处理，输入到多路开关，用锁存器和译码器进行地址锁存和译码。

经过模数转换器后，送入单片机。

为使传输的距离增长，提高信号的准确性，采用基于RS-232的芯片，然后再与PC机相连。

【关键词】AD转换数据采集

【Abstract】ToAT89C2051asthecore,usingtheSerialA/Dconverters.Designaserialdatacollection/transmissionmodule.Analogsignalsystemon-sitesynchronousdetectionsignalafteramplificationandfiltering,multi-channelinputtotheswitch,withlatchesanddecoderfordecodingandaddresslatches.AfterAnalogtoDigital,intotheMCU.Toenablethetransmissiondistancegrowth,andimprovingtheaccuracyofsignals,basedontheRS-232chip.thenconnectedwiththePC.

【KeyWords】ADconverterDataAcquisition

目　　录

1概述1

2电路工作原理及说明2

2.1电路工作原理2

2.2原理框图3

3信号调理和数据采集各部分电路及元器件介绍4

3．1信号调理电路4

3．2数据采集电路5

3．2．1数据采集保持电路5

3．2．2多路模拟开关7

4AD转换部分电路及元器件介绍9

4.1AD转换器ADC08099

4.1.1A/D转换器的选取9

4.1.2ADC0809内部功能与引脚介绍10

4.1.3ADC0809的时序逻辑12

4.2AT89C2051芯片13

4.2.1AT89C2051的概括功能14

4.2.2AT89C2051的结构15

4.2.3AT89C2051的引脚说明15

4.2.4AT89C2051的振荡器和专用寄存器特性17

5通信电路及元器件介绍17

5.1MAX232芯片17

5.2RS-232接口标准19

5.2.1RS-232串行接口标准……………………………………………………20

5.2.2RS-232的电气特性20

6基于RS-232的8位数据采集系统电路图及其原理说明21

7总结22

8参考文献22

1概述

数据采集是对一个或多个信号获取对象信息的过程。

数据采集器是一种具有实验室或现场进行实时数据采集、自动存储记录、信号预处理、即时显示、即时状态分析、自动传输等功能的自动化设备。

本文主要介绍了数据采集系统的最新发展、系统并行串行总线接口、系统通信的新技术、国内外常用的数据采集器及不同采集器的特点和存在的问题。

随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。

数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。

同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。

随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。

在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。

总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。

此外，计算机的发展对通信起了巨大的推动作用.计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。

数据通信是计算机广泛应用的必然产物。

数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。

数据采集系统一般由数据输入通道，数据存储与管理，数据处理，数据输出及显示这五个部分组成。

输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号转换等工作。

数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。

数据处理就是从采集到的原始数据中，删除有关干扰噪声，无关信息和必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。

另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来物理量的形式，以可输出的形态在输出设备上输出，例如打印，显示，绘图等。

数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。

由于RS-232在微机通信接口中广泛采用，技术已相当成熟。

在近端与远端通信过程中，采用串行RS-232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。

在毕业设计中对多路数据采集系统作了基本的研究。

本系统主要解决的是怎样进行数据采集以及怎样进行多路的数据采集，并将数据上传至计算机。

2电路工作原理及说明

2.1电路工作原理（叙述框图的原理）

本课题要求以单片机为控制器，在接受到上位机的命令后，对2通道模拟信号作数据采集并进行8位转换，采集到的数据以中断方式接入内存，并送到上位机，进行处理。

由于信号比较多，计算机不可能把这些信号同时接收，因此需要由多路开关进行通道转换，分时地把信号送到采样/保持器（S/H）、A/D转换器，把模拟量转换成数字量，然后送到计算机。

智能化A/D板中，单片机完成数据的采集、滤波和非线性补偿等，主计算机只将其作为一个I/O口，每隔一定的时间，读其一次数据，因而大大减轻了主机的负担，提高了系统的扩展能力。

这样的智能化A/D板自身就是一个小的数据采集系统。

模拟量输入通道的主要任务就是把被测参数进行采集，并转换成数字量，以便使用微型机进行处理、显示或打印。

完成这一任务的核心部件是A/D转换器。

在选择系统结构时，必须认真考虑以下问题：

参数变化的速率、分辨率、精度和参数的通道数等，根据系统的不同要求，选择不同的结构形式。

单通道的转换比较简单，主要视其变化速度决定是否需要采样/保持器，并根据所要求的分辨率及精度选择合适位数的A/D转换。

多通道的数据转换系统则根据不同的要求，采用不同的结构形式。

正个系统受AT89C2051芯片的控制，定时器用来产生定时信号，因为一般模拟信号的采集都是每隔一段时间进行的，利用AT89C2051的片内定时/计数器配合，用相应的软件就可以完成该功能。

外扩的ROM是用来存放用户程序，也就是系统的控制程序。

串行通信，所传送的各位按顺序一位一位地发送或接收。

在串行通信仅需一到两根传输线即可。

异步方式，串行通信的数据或字符是分为一帧一帧地传送地，在异步通信中，一帧数据先用一个起始位“0”表示字符地开始，然后是5到8位数据即该字符地代码，规定低位在前，高位在后，最后一个停止位“1”表示字符地结束。

由于异步通信每传送一帧有固定格式，通信双方只需按约定的帧格式来发送和接收数据，还能利用校验位检测错误。

通过对地址的选择，对不同的地址，地址开关选通不同的模块，从而达到分布式数据采集。

2.2原理框图

3信号调理和数据采集各部分电路及元器件介绍

数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。

本个课题研究的是以AT89C2051为核心，采用串行A/D转换器，设计一个串行数据采集/传输模块。

这个模块有以下几个重要电路组成：

信号调理电路，多路开关，采样保持电路，串行A/D转换电路，串口通信电路这几个重要部分组成。

3．1信号调理电路

信号调理的任务将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。

对于多通道数据采集系统的输入通道，设置多路选择开关，可降低硬件开销。

如图2所示。

为避免小信号通过模拟开关造成较大的附加误差，在传感器输出信号过小时，每个通道应设前置放大环节（本课题可不加以考虑）。

3．2数据采集电路

把连续变化量变成离散量的过程称为量化，也可理解为信号的采样。

把以一定时间间隔T逐点采集连续的模拟信号，并保持一个时间t，使被采集的信号变成时间上离散、幅值等于采样时刻该信号瞬时值的一组方波序列信号，即采样信号。

3．2．1数据采集保持电路

我们在这里为了简便将使用芯片LF398来实现数据采集保持。

LF398集成电路：

它具有采样和保持功能，它是一种模拟信号储存器，在逻辑指令控制下，对输入的模拟量进行采样和寄存。

图3是该器件的顶视图。

各引脚端的功能是：

①和④端分别为VCC和VEE电源端。

电源电压范围为正负5V~正负15V。

②端为失调调零端。

当输入Vi=0,且在逻辑输入为1采样时，可调节

（2）端使Vo=0。

③端为模拟量输出端。

⑤端为输出端。

⑥端为采样保持电容CH端。

⑦端为逻辑基准端（接地）。

⑧端为逻辑输入控制端。

该端电平为1时采样，为0时保持。

LF398内部电路结构原理和典型电路如图4和图5所示。

当8端为“1”电平时，使LF398的内部开关闭合，此时A1和A2构成1：

1的电压跟随器，所以，Vo=Vi，并使CH迅速充电到Vo=Vi，并使CH迅速充电到Vi，电压跟随器A2输出的电压等于CH上的电压。

当8端为“0”电平时，内部开关断，输出电压Vo。

值为控制端8由“1”跳到“0”时CH上保持的电压，以实现保持目的。

端8的逻辑输入又次为“1”、再次采样时，输出电压跟随变化。

3．2．2多路模拟开关

多路模拟开关的作用主要是用于信号切换，如在某一时刻接通某一路，让该路信号输入而让其他路断开，从而达到分时进行多通道检测的目的。

理想的多路开关其开路电阻无穷大，而接通时的导通电阻为零。

此外，还需要切换速度快、噪声小、寿命长、工作可靠。

①常用的多路开关

Ⅰ　机械触点式多路开关：

这类开关主要有干簧继电器、水银继电器和机械振子式继电器等。

其特点是：

断开电阻大，导通电阻小，寿命长，输入电压，电流容量大，动态范围宽。

主要缺点是：

体积大，切换频率低，在通断时存在抖动现象。

因此一般用于低速、高精度检测系统中。

Ⅱ　模拟集成多路开关：

模拟集成开关是指在一个单片上包含多路开关。

其中采用CMOS工艺的模拟开关最为广泛。

其特点是切换速度快，无抖动。

但其导通电阻较大，输入电压、电流容量较小，动态范围有限，常用于高速且系统体积小的场合。

②选择多路开关时要考虑的参数

Ⅰ　泄露电流：

如果信号源内阻很大，传输的是电流量，此时就更多考虑多路开关的泄露电流，一般希望泄露电流越小越好。

Ⅱ　切换速度：

对于需要传输快速信号的场合，就要求多路开关的切换速度高。

同时要考虑其后级采样保持电路和A/D的速度，开关切换速度只需大于它们的速度即可。

Ⅲ　开关电阻：

断开电阻尽可能大，导通电阻应远小于负载电阻。

否则会使信号衰减。

Ⅳ　在进行精密数据采集和测量时，需考虑模拟开关的传输精度问题，尤其需注意模拟开关漂移特性，因为如果性能稳定，即使开关导通电阻较大，也可以采取补偿措施来消除影响。

但如果阻值和漏电流等漂移很大，将会大大影响测量精度。

由于模拟开关在接通时有