一個單片機(jī)串行數(shù)據(jù)采集/傳輸模塊的設(shè)計
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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)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)實踐調(diào)試證實:該模塊功耗低、采樣精度高、可靠性好、接口簡便,有一定實用價值。
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。其特點有:
|
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 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
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“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時鐘為高 | |
CLR CLK | ;清I/O時鐘 | |
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時鐘為高 | |
CLR CLK | ;清I/O時鐘 | |
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,無奇偶校驗 | |
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 | ;啟動定時器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
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); /*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*/ | |
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)過實踐檢驗,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,能夠滿足對數(shù)據(jù)采樣頻率要求不是特別高的應(yīng)用場合。