本文采用***華邦公司生產(chǎn)的高性能Turbo-51系列單片機(jī) W77E58，實(shí)現(xiàn)了一種基于單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集和通訊儀的研制，具有較高的實(shí)用價(jià)值。為了使設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集儀應(yīng)用方便，系統(tǒng)利用PTR2000無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊與上位機(jī)進(jìn)行通訊，以便能隨時(shí)響應(yīng)控制中心的PC機(jī)的數(shù)據(jù)上傳命令，將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳給控制中心。

　　1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)的通用數(shù)據(jù)采集和通訊儀能夠?qū)Ω鞣N現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)進(jìn)行采集，包括傳感器輸出的0-5V/4-20mA模擬信號(hào);開(kāi)關(guān)量信號(hào);頻率量信號(hào);此外系統(tǒng)還具有RS-485接口，以便能夠與現(xiàn)場(chǎng)具有485接口的智能儀表相連接。為了實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)交互，系統(tǒng)擴(kuò)展了鍵盤(pán)輸入，液晶顯示，實(shí)時(shí)時(shí)鐘以及現(xiàn)場(chǎng)故障報(bào)警指示電路等模塊。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

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　　1.1 電源模塊電路設(shè)計(jì)

　　在單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，電源的設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的。本儀表設(shè)計(jì)采用電網(wǎng)和充電電池雙電源供電。電源設(shè)計(jì)如圖2所示。

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　　當(dāng)電網(wǎng)電壓正常時(shí)，220V交流電經(jīng)過(guò)24V穩(wěn)壓電源，電解電容器C1濾波后的電壓經(jīng)二極管D1后分成兩路，一路通過(guò)三極管Q1到7805三端穩(wěn)壓芯片，完成穩(wěn)壓輸出+5V電壓，供單片機(jī)W77E58等芯片所需的電源;另一路通過(guò)電阻R1對(duì)鎳鎘電池9V進(jìn)行充電，充電電流選擇約40mA。如果電網(wǎng)停電， C1放電為0V，這時(shí)，電池通過(guò)D2、Q1到7805向電路供電，使輸出端仍有+5V電壓，從而完成電網(wǎng)短時(shí)停電時(shí)，單片機(jī)后備電源的功能。

　　二極管D1起隔離作用，使得當(dāng)電網(wǎng)偶爾停電時(shí)，能夠阻止電池電流流向24V穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓管D3(5.6V)的作用，是防止電池(+9V)過(guò)放電，即當(dāng)電池放電下降到約6V時(shí)，因D3作用，三極管Q1截止，電池放電停止，此時(shí)單片機(jī)將停電。

　　1.2 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS12887

　　為了能夠?qū)崟r(shí)顯示系統(tǒng)時(shí)間以及實(shí)現(xiàn)按時(shí)間日期保存采集到的數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)擴(kuò)展了一片并行實(shí)時(shí)時(shí)鐘日歷芯片DS12887。DS12887是DALLAS半導(dǎo)體公司推出的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，采用CMOS技術(shù)制成，把時(shí)鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關(guān)電路集成于芯片內(nèi)部。DS12887芯片具有微功耗、外圍接口簡(jiǎn)單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)控制及智能儀器儀表中有著廣泛的用途。

　　1.3 鍵盤(pán)接口電路

　　為便于人機(jī)交互，采用專用鍵盤(pán)接口芯片8279，配合74LS138譯碼器，系統(tǒng)擴(kuò)展了3×8=24鍵的鍵盤(pán)。鍵盤(pán)上設(shè)置有0～9數(shù)字鍵，以便輸入各種信息。同時(shí)還設(shè)有各種控制按鍵。通過(guò)鍵盤(pán)能夠控制對(duì)各種類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。為提高CPU的效率，鍵盤(pán)采用中斷方式。

　　1.4 LCD液晶顯示模塊

　　為便于實(shí)時(shí)顯示采集的數(shù)據(jù)及人機(jī)交互，系統(tǒng)擴(kuò)展了圖文液晶顯示模塊MGLS-12032，MGLS-12032是由香港精電公司生產(chǎn)的內(nèi)置SED1520控制驅(qū)動(dòng)器的LCD模塊，使用簡(jiǎn)單方便。液晶顯示模塊MGLS-12032與W77E58的硬件接口。

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　　其中D0～D7與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連，A0、A1為單片機(jī)的P0口經(jīng)74LS373地址鎖存器后產(chǎn)生的低兩位地址線，系統(tǒng)用74LS138譯碼器產(chǎn)生的Y5、Y6作為MGLS12032兩個(gè)控制驅(qū)動(dòng)器工作的選通信號(hào)。

　　1.5 模擬信號(hào)采集電路

　　系統(tǒng)采用12位并行A/D轉(zhuǎn)換器MAX197對(duì)傳感器輸出的0-5v/4-20mA 模擬電信號(hào)進(jìn)行采集。MAX197是美國(guó)Maxim公司推出的多量程(本系統(tǒng)采用0-5V量程)、8通道、12位快速A/D轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近工作方式，片內(nèi)含有高精度的參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它可以在不需要任何外部電路和時(shí)鐘的情況下完成一切A/D轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。并且MAX197內(nèi)部具有輸入跟蹤/采樣保持電路，其并行輸出口很容易與單片機(jī)連接，僅需外接幾個(gè)電容即可。

　　MAX197與單片機(jī)的典型接口電路如圖4所示。設(shè)計(jì)采用MAX197的CH0-CH6通道采集7路0-5V電壓信號(hào)。而4-20mA電流信號(hào)則經(jīng)過(guò)8選 1模擬開(kāi)關(guān)CD4051輪流選通，再經(jīng)靈敏電阻，放大器轉(zhuǎn)化為0-5V電壓信號(hào)后，進(jìn)入MAX197的CH7通道進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，從而系統(tǒng)可以采集8路電流信號(hào)。

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