基于GNS97C2051单片机的数据采集系统设计

21ic 发表于 2019-09-20 16:00:30 收藏 已收藏
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基于GNS97C2051单片机的数据采集系统设计

21ic 发表于 2019-09-20 16:00:30
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在微机测控系统中,经常要用到A/D转换。常用的方法是扩展一块或多块A/D采集卡。当模拟量较少或是温度、压力等缓变信号场合,采用总线型A/D卡并不是最合适、最经济的方案。这里介绍一种以GNS97C2051单片机为核心,采用TLC2543 12位串行A/D转换器构成的采样模块,该模块的采样数据由单片机串口经电平转换后送到上位机(IBM PC兼容机)的串口COM1或COM2,形成一种串行数据采集串行数据传输的方式。经实践调试证实:该模块功耗低、采样精度高、可靠性好、接口简便,有一定实用价值。

1 主要器件介绍

1.1 TLC2543串行A/D转换器

模块采用TI公司的TLC2543 12位串行A/D转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O资源,且价格适中。其特点有:

(1)12位分辨率A/D转换器;

(2)在工作温度范围内10μs转换时间;

(3)11个模拟输入通道;

(4)3路内置自测试方式;

(5)采样率为66kbps;

(6)线性误差+1LSB(max)

(7)有转换结束(EOC)输出;

(8)具有单、双极性输出;

(9)可编程的MSB或LSB前导;

(10)可编程的输出数据长度。

基于GNS97C2051单片机的数据采集系统设计

TLC2543的引脚排列如图1所示。图1中AIN0~AIN10为模拟输入端; 为片选端;DIN 为串行数据输入端;DOUT为A/D转换结果的三态串行输出端;EOC为转换结束端;CLK为I/O时钟;REF+为正基准电压端;REF-为负基准电压端;VCC为电源;GND为地。

1.2 GMS97C2051单片机

GMS97C2051是武汉力源公司和韩国LG公司联合推出的一种性能价格比极高的 8位单片机,其指令系统与MCS-51系列完全兼容。GMS97C2051与AT89C2051兼容(可直接替换),但其性能价格比优于AT89C2051。引脚排列如图2所示。

1.3 电平转换器MAX3232

MAX3232为RS-232收发器,简单易用,单+5V电源供电,仅需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS-232电平的转换。

2 硬件设计

硬件电路如图4所示。

基于GNS97C2051单片机的数据采集系统设计

单片机GMS97C2051是整个系统的核心,TLC2543对输入的模拟信号进行采集,转换结果由单片机通过P3.5(9脚)接收,AD芯片的通道选择和方式数据通过P3.4(8脚)输入到其内部的一个8位地址和控制寄存器,单片机采集的数据通过串口(3、2脚)经MAX3232转换成RS232电平向上位机传输。图中串行LCD显示电路仅用于调试,对采集/传输的数据进行监测。

3 单片机软件设计

单片机程序主要包括串行数据采集模块“DATA_SAM”和串行数据传输模块“RS232”,调试所用到的显示子程序在此略去。

TLC2543的通道选择和方式数据为8位,其功能为:D7、D6、D5和D4用来选择要求转换的通道,D7D6D5D4=0000时选择0通道,D7D6D5D4=0001时选择1通道,依次类推;D3和D2用来选择输出数据长度,本程序选择输出数据长度为12位,即D3D2=00或D3D2=10;D1,D0选择输入数据的导前位,D1D0=00选择高位导前。

TLC2543在每次I/O周期读取的数据都是上次转换的结果,当前的转换结果在下一个I/O周期中被串行移出。第一次读数由于内部调整,读取的转换结果可能不准确,应丢弃。

数据采集程序如下:

DATA_SAM:

MOV R0,#30H ;数据缓冲区首地址30H→R0

MOV R1,#00000000B ;0通道方式/通道数据

ACALL RD_AD ;第一次读取的转换结果可能不准确,丢弃。

MOV R1,#00010000B ;1通道方式/通道数据

ACALL RD_AD ;送1通道方式/通道数据并读第0通道转换结果

MOV @R0,R2 ;转换结果存放到数据缓冲区,下同

INC R0

MOV @R0,R3

INC R0

MOV R1,#00100000B ;2通道方式/通道数据

ACALL RD_AD ;送2通道方式/通道数据并读第1通道转换结果

MOV @R0,R2

INC R0

MOV @RO,R3

INC R0

………… ;其它通道操作方式类推

RET

单片机通过编程产生串行时钟,并按时序发送与接收数据位,完成通道方式/通道数据的写入和转换结果的读出,程序如下,供数据采集模块“DATA_SAM” 调用。

CLK EQU P3.3

DIN EQU P3.4

DOUT EQU P3.5

CS EQU P3.7

RD_AD:

CLR CLK ;清I/O时钟

SETB CS ;设置片选为高

CLR CS ;设置片选为低

MOV R4,#08 ;先读高8位

MOV A, R1 ;把方式/通道控制字放到A

LOP1:

MOV C,DOUT ;读转换结果

RLC A ;A寄存器左移,移入结果数据位,移出方式/通道控制位

MOV DIN,C ;输出方式/通道位

SETB CLK ;设置I/O时钟为高

CLR CLK ;清I/O时钟

DJNZ R4,LOP1 ;R4不为0,则返回LOP1

MOV R2,A ;转换结果的高8位放到R2中

MOV A,#00H ;复位A寄存器

MOV R4,#04 ;再读低4位

LOP2:

MOV C,DOUT ;读转换结果

RLC A ;A寄存器左移,移入结果数据位

SETB CLK ;设置I/O时钟为高

CLR CLK ;清I/O时钟

DJNZ R4,LOP2 ;R4不为0,则返回LOP2

MOV R3,A ;转换结果的低4位放到R3中

SETB CS ;设置片选为高

RET

串行数据传输模块包括串行口初始化子程序和数据传输子程序,各子程序分别如下。其中数据传输采用查询方式,也可以方便地改为中断方式。

INIT_COM:

MOV SCON,#50H ;串口方式1工作,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验

MOV PCON,#80H ;SMOD=1,波特率增倍

MOV TMOD,#20H ;波特率设置,fOSC=12MHz,波特率=2* 2400,N=0F3H

MOV TH1,#0F3H

MOV TL1,#0F3H

SETB TR1 ;启动定时器T1

RET

RS232:

MOV R0,#30H ;缓冲区首地址30H→R0

MOV R5,#22 ;发送数据长度→R5,11* 2=22

LOOP:

MOV A,@R0 ;取数据→A

MOV SBUF,A ;数据→SBUF

WAIT:

JBC TI,CONT ;判断发送中断标志,是1则转到CONT,并清TI

SJMP WAIT

CONT:

INC R0

DJNZ R5,LOOP

RET

4 上位机串口接收程序设计

上位机接收数据所用C语言程序包括初始化子程序和接收子程序。各子程序分别如下:

void init_com1(void) /*初始化子程序*/

{

outportb(0x3fb,0x80); /*线控制寄存器高位置1,使波特率设置有效*/

outportb(0x3f8,0x18); /*波特率设置,与单片机波特率一致为4800bps*/

outportb(0x3f9,0x00);

outportb(0x3fb,0x03); /*线控制寄存器设置,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验*/

outportb(0x3fc,0x03); /*Modem控制寄存器设置,使DTR和RTS输出有效*/

outportb(0x3f9,0x00); /*设置中断允许寄存器,禁止一切中断*/

}

void receive_data(void) /*查询方式接收数据子程序*/

{

while(!kbhit())

{

while(!(inportb(0x3fd)&0x01));/*若接收寄存器为空,则等待*/

printf(“%x ”,inportb(0x3f8)); /*读取结果并显示*/

}

getch();

}

5 结论

本文给出的硬件和软件均经过实践检验,并且已经按照PC/104总线制作成数据采集卡,使用很方便,能够满足对数据采样频率要求不是特别高的应用场合。
来源;21ic

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