基于C8O51fO6O單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

0 引言
    隨著測(cè)控系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化的發(fā)展，要求傳感器及儀表的準(zhǔn)確度更高，可靠性更強(qiáng)，并具有一定的數(shù)據(jù)處理能力及自檢、自校驗(yàn)、自補(bǔ)償?shù)裙δ?。傳統(tǒng)測(cè)控方式已不能滿(mǎn)足這些要求。近幾年來(lái)，由微計(jì)算機(jī)、傳感器和通訊等技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的功能強(qiáng)大的傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以準(zhǔn)確、及時(shí)地獲得并處理信息，提高了收集環(huán)境信息的有效性和速度。智能化、數(shù)字化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)己成為當(dāng)今科技界研究的熱門(mén)課題。

1 總體方案設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)是以C8051f060單片機(jī)為核心，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行放大濾波采集，經(jīng)過(guò)單片機(jī)內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換，最后將數(shù)據(jù)存入FLASH， 同時(shí)可以通過(guò)串口將數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)上顯示。采集系統(tǒng)硬件框圖如圖1所示。

1．1 信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)所用Ad623是一款性能非常好的儀表放大器，它有以下特點(diǎn)：a．在單電源3~12V下提供滿(mǎn)電源幅度輸出，使設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單；b．雖為單電源工作方式優(yōu)化設(shè)計(jì)，但在±2．5~±6V雙電源時(shí)，仍有優(yōu)良性能；c．增益通過(guò)一只外接電阻可方便地調(diào)節(jié)。無(wú)外接電阻時(shí)，被設(shè)置為單位增益(G=1)，接人電阻時(shí)，增益可高達(dá)1000：d．共模抑制比隨增益的增加而增大，保持最小誤差；e．低功耗，寬電源電壓，適合電池供電電路，線(xiàn)性度、溫度穩(wěn)定性、可靠性好；f．具有較寬的共模輸入范圍，可以放大具有低于地電平150 mv的共模電壓信號(hào)。
1．2 信號(hào)濾波電路設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)所用MAX291是MAXIM公司生產(chǎn)的八階巴特沃斯型開(kāi)關(guān)電容式有源低通濾波器，它的3dB截止頻率可以在0．1～25kHz之間選擇，具有固定的歸一化頻率響應(yīng)。時(shí)鐘頻率fCLK與截止頻率fC的比值為100：1；噪聲低，典型值為-70dB THD+Noi se。如果直接利用MAX291的內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，只需外接一個(gè)電容，電容值和3dB截止頻率滿(mǎn)足:

    
    由式(1)可知，截止頻率由引腳CLK的外接電容的大小控制。選用MAX291實(shí)現(xiàn)抗混疊濾波器有巨大的優(yōu)勢(shì)。
    圖2是濾波電路的濾波效果對(duì)比圖。

    從圖中可以看出，信號(hào)紋波大大減小，達(dá)到了較好的濾波效果。
1．3 A／D轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    C8051F060的ADC子系統(tǒng)包括兩個(gè)1Msps、16位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路、可編程窗口檢測(cè)器和：DMA接口，這兩個(gè)ADC可以被配置為兩個(gè)獨(dú)立的單端方式。這兩個(gè)ADC也可以被獨(dú)立使能或禁止，窗口檢測(cè)器和DMA接口都可用特殊功能寄存器控制，其原理框圖如圖3所示。

2 軟件設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)加電后，首先對(duì)微處理器進(jìn)行必要的初始化，才能使系統(tǒng)正常工作，主要包括時(shí)鐘初始化、數(shù)字交叉開(kāi)關(guān)(即端口模式)初始化。然后通過(guò)計(jì)算機(jī)發(fā)送命令，讓傳感器完成相應(yīng)的功能。這些功能是單片機(jī)里的程序?qū)崿F(xiàn)的。這些功能主要包括：a．采集傳感器信號(hào)并且經(jīng)過(guò)A／D轉(zhuǎn)換后保存在FLASH存儲(chǔ)器中；b．讀取FLASH存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)RS232串口送到計(jì)算機(jī)；c．讀取FLASH存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)濾波處理后經(jīng)過(guò)RS232串口送到計(jì)算機(jī)；d．擦除FLASH存儲(chǔ)器。其流程圖如圖4所示。

    計(jì)算機(jī)接收到的單片機(jī)輸出的部分?jǐn)?shù)據(jù)如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)
    由于生產(chǎn)和科研領(lǐng)域?qū)y(cè)試的要求越來(lái)越高，所需測(cè)試和處理的數(shù)據(jù)量也越來(lái)越大，通過(guò)采用大容量存儲(chǔ)器和高精度A／D可解決問(wèn)題，因此本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。