一個(gè)單片機(jī)串行數(shù)據(jù)采集/傳輸模塊的設(shè)計(jì)
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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(gè)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(cè)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(hào)場(chǎng)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)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(jiǎn)便，有一定實(shí)用價(jià)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(jià)格適中。其特點(diǎn)有：
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TLC2543的引腳排列如圖1所示。圖1中AIN0～AIN10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(shí)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)
GMS97C2051是武漢力源公司和韓國(guó)LG公司聯(lián)合推出的一種性能價(jià)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(jià)格比優(yōu)于AT89C2051。引腳排列如圖2所示。
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1.3 電平轉(zhuǎn)換器MAX3232 MAX3232為RS-232收發(fā)器，簡(jiǎn)單易用，單+5V電源供電，僅需外接幾個(gè)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。 |
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單片機(jī)GMS97C2051是整個(gè)系統(tǒng)的核心，TLC2543對(duì)輸入的模擬信號(hào)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(gè)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(duì)采集/傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
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，D7D6D5D4=0000時(shí)選擇0通道，D7D6D5D4=0001時(shí)選擇1通道，依次類推；D3和D2用來選擇輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本程序選擇輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(gè)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30H→R0 | |
| MOV 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 R0 | ||
| MOV @R0,R3 | ||
| INC R0 | ||
| MOV 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,R2 | ||
| INC R0 | ||
| MOV @RO,R3 | ||
| INC 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(shí)鐘，并按時(shí)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“DATA_SAM” 調(diào)用。
| CLK EQU P3.3 | ||
| DIN EQU P3.4 | ||
| DOUT EQU P3.5 | ||
| CS EQU P3.7 | ||
| RD_AD: | ||
| CLR CLK | ；清I/O時(shí)鐘 | |
| SETB 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A | |
| LOP1: | ||
| 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 CLK | ；設(shè)置I/O時(shí)鐘為高 | |
| CLR CLK | ；清I/O時(shí)鐘 | |
| DJNZ R4,LOP1 | ；R4不為0，則返回LOP1 | |
| MOV 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 CLK | ；設(shè)置I/O時(shí)鐘為高 | |
| CLR CLK | ；清I/O時(shí)鐘 | |
| DJNZ R4,LOP2 | ；R4不為0，則返回LOP2 | |
| MOV 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位停止位，無(wú)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=0F3H | |
| MOV TH1,#0F3H | ||
| MOV TL1,#0F3H | ||
| SETB TR1 | ；啟動(dòng)定時(shí)器T1 | |
| RET | ||
| RS232: | ||
| MOV R0,#30H | ；緩沖區(qū)首地址30H→R0 | |
| MOV R5,#22 | ；發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度→R5，11* 2=22 | |
| LOOP: | ||
| MOV A,@R0 | ；取數(shù)據(jù)→A | |
| MOV SBUF,A | ；數(shù)據(jù)→SBUF | |
| WAIT: | ||
| JBC TI,CONT | ；判斷發(fā)送中斷標(biāo)志，是1則轉(zhuǎn)到CONT，并清TI | |
| SJMP WAIT | ||
| CONT: | ||
| INC R0 | ||
| DJNZ R5,LOOP | ||
| RET | ||
4 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(yǔ)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); /*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(wú)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(!(inportb(0x3fd)&0x01));/*若接收寄存器為空，則等待*/ | |
| printf("%x ",inportb(0x3f8)); /*讀取結(jié)果并顯示*/ | |
| } | |
| getch(); | |
| } | |
5 結(jié)論
本文給出的硬件和軟件均經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，并且已經(jīng)按照PC/104總線制作成數(shù)據(jù)采集卡，使用很方便，能夠滿足對(duì)數(shù)據(jù)采樣頻率要求不是特別高的應(yīng)用場(chǎng)合。
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