多路数据采集系统

摘要

本系统采用双单片机控制，主机使用美国C8051F020，从单片机使用

Cygnal公司推出的

C8051F系列单片机STC12C5204AD利用

STC12C5204AD单片机。实现用从单片机

内部自带的8路AD采集8路数据，同时应答主机发送的命令。讯中,由于传输距离大于

RS232 的标准, 故采用国际标准的

在主单片机与从单片机的通

RS485 差分方式接口。该系统

实现了一种实用型远距离数据采集传送的稳定主控单片机通过串行传输线路对各路数据进行和显示，并能实现循环采集和选择采集方式进行数据采集。同时显示地址和相应的数据，让人机界面更加直观。本系统采用信率高，距离远。通过对系统的调试与使用，标。b5E2RGbCAP

关键词：C8051F020多路数据采集

RS-485通信电路

显示采用128液晶显示器来

RS-485芯片进行通信，通

系统运行良好，达到了题目所有要求的性能指

一．系统方案论证和选择

根据本题要求自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz～2kHz范围变化，再经频率电压变换后输出相应2kHz对应5V）。在数据采集器第

1路输入自制

1～5V直流电压（200Hz对应1V，

2～7路分别输入来自

8位二

1～5V直流电压，第

直流源的5，4，3，2，1，0V直流电压，第进制数字信号，再经并

8路备用。将各路模拟信号分别转换成

/串变换电路，用串行码送入传输线路。主控器通过串行传输线路对

经经对题目任务分析，

多路数据采集系统可由下面三种方案来实

各路数据进行采集和显示。现：p1EanqFDPw

方案一：采用RC桥式振荡器电路产生正弦交流信号。以调节出200Hz～2kHz的频率，经过分出其他6路信号分别送到模数转换器单片机。STCC52单片机通过

F/V变换器变换成

利用可变电阻改变振荡频率就可1—5V的直流电压，再经过分压器

STCC52

ADC0809转换成8为二进制数字信号给

RS-485通信电路将8路不同的信号给发送出去。主控单片

1 / 14

机C8051F020通过RS-485通信电路将各路不同的信号和地址显示在路系统方框图如图

1—1所示：

DXDiTa9E3d

128液晶屏上。此电

该方案采用RC桥式振荡器电路，此电路需要满足相位平衡，震荡平衡条件和正弦波振

荡的起振条件才能正常工作。又由于该电路的频率稳定性差和制作困难。故此方案不采用。

RTCrpUDGiT

系统方框图如图1—1

方案二：采用ICL8038芯片作为正弦波发生器电路，系统方框图原理和工作方式基本

1—2所示：

5PCzVD7HxA

相似。此电路系统方框图如图

该方案采用了专业的波形产生芯片ICL8038输出的频率精度高，失真度小。但要使用8

jLBHrnAILg

路ADC0809转换电路，电路复杂，制作困难，成本高。故此方案不采用。

2 / 14

系统方框图如图1—2

STC12C5204单片机。内部自带

8路

方案三：此方案是在方案二的基础上加以该进，采用AD转换器，这样大大的减少了制作难度，

xHAQX74J0X

大力挖掘单片机内部资源。同时也减少产品成本。

综上三种方案论证决定采取方案三。

系统方框图如图1—3

3 / 14

二、通信方案论证和选择

方案一、采用方案二、采用

RS232通信，但RS232的可靠通信距离仅为

15米。

RS485总线，它采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能

200mV的电压，故传输信号能在千米以外

力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至

得到恢复。RS-485为双端电气接口，双端传送信号，其中DIRO为接收发送控制端，当DIR0=0时为接收数据；当

DIR0=1时为发送数据，其电压回路为双向，传输率可达

20Kbps。由于

本设计要求主控器能对RS485总线。

LDAYtRyKfE

100米以外的数据采集器的数据进行采集和控制，故本设计采用

三、系统硬件设计

多路数据采集系统由正弦波产生模块、

频率调节模块、频率电压转换模块、CST12C5204

处理器(内带8路模数转换A/D)、RS-485通信模块、电源模块、显示模块、按键模块和主控C8051F020系统组成。系统硬件结构框图如图1、正弦波产生器电路的设计与原理

设计中采用ICL8038来产生正弦波。通过调节20HZ∽20KHZ，RP3用于改善正弦波负向失真。原理图如1—4所示：

dvzfvkwMI1

1-3所示。

Zzz6ZB2Ltk

RP1来改变频率，其范围值为

RP4改善正弦波正向失真。正弦波发生器

图1—4 正弦波发生器原理图

4 / 14

上图还可以同时产生方波、三角波等信号。2 、F/V变换电路设计将正弦信号输入到1—5所示：

F/V变换电路之前要对正弦信号进行滤波、放大。

F/V变换原理图如图

图1—5 F/V变换原理图

F/V 变换模块采用精密且廉价的

F/V 变换器

LM331，此集成电路线形度可达

0.06%，该

1～

IC输出电压Vo与输出频率的关系为5V的电压，可得到变换式为：

Vo=fi，而设计要求将

rqyn14ZNXI

200～2000HZ的频率变换为

V=0.00222f+0.556

故应对F/V变换的结果进行电位平移。3、电源模块的设计与原理

根据本系统的要求设计电源，变压成

由于本系统对电源的要求不高故选用

15V/0.6A的变压器

15V交流电再经过桥式整流电路整流成直流电。又由于需要提供外部电路（如

±12V

LM331、ICL8038、运放的芯片）的电源。故采用7812CV和7912CV集成稳压芯片稳压成电源为外部电路提供电源。再通过集成稳压芯片

7805CV稳压成5V为STC12C5204控制器

1-6所示：

EmxvxOtOco

和主控器C8051F020系统提供电源。电源模块电路图如图

5 / 14

如图1-6 电源模块电路图

4、键盘模块电路设计根据设计需求，本系统采用了并且还采用了

8个按键，用8个上拉电阻和瓷片电容来消除按键的抖动，

1—7所示：

SixE2yXPq5

74HCT245芯片来进一步的隔离按键误抖动。电路如图

6 / 14

图1—7 键盘模块电路设计

5、显示模块的设计与原理

由于本设计要显示的内容较多，

LED已不能胜任，故采用图形液晶显示模块

128，显

6ewMyirQFL

示分辨率为128×点。显示原理图如图1—8所示：

图1—8 显示模块原理图

7 / 14

6、RS-485电路设计与原理

通过题目要求采用RS-485通信电路实现主控单片机C8051F020与从单片机STC12C5404AD进行通信。由于考虑到通信电路的干扰问题特在电路中加了三个光电耦合器来进行隔离干扰信号。

RS-485电路图如图1—9所示：

kavU42VRUs

图1—9 RS-485通信电路

7、信号采集处理单元模块设计

在此方案采用双单片机，即在数据采集的远端、近端均采用单片机控制，远端完成数据的采集、抽样、平滑、发送；近端完成数据的接收、校验、纠错、处理与显示等。

由于从单片机只做数据采集和通信工作，故电路设计的繁琐和成本问题。特采用了小单片机路8位的A/D转换器采集外部的

I/O不需很多。又为了减少

y6v3ALoS

8路A/D硬件

8

STC12C5204作为从单片机。它内部有

8路数据信号，满足本设计要求。内部自带

M2ub6vSTnP

8路A/D转换

器从单片机STC12C5204原理图如图1—10所示：

8 / 14

图1—10 单片机STC12C5204系统原理图

四、系统软件设计

系统的软件采用C语言编程，软件开发采用新华龙

Silicon Laboratories

IDE软件平台进行调试。为了编写和调试的方便，节省资源，程序使用模块化设计，根据各功能要求分别设计程序，大大简化了程序的设计和调试工作，计周期。

0YujCfmUCw

节省设

五、系统调试与分析

9 / 14

六、总结

本系统采用双单片机控制，主机使用

C8051F系列单片机C8051F020，从单

片机使用STC12C5204AD单片机。实现用从单片机STC12C5204AD利用内部自带的8路AD采集8路数据，同时应答主机发送的命令。在主单片机与从单片机的通讯中,由于传输距离大于 RS232 的标准, 故采用国际标准的RS485 差分方式接口。该系统实现了一种实用型远距离数据采集传送的稳定主控单片机通过串行传输线路对各路数据进行和显示，并能实现循环采集和选择采集方式进行数据采集。显示采用128液晶显示器来同时显示地址和相应的数据，

让人机界面更加

直观。在系统设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计要求。因为时间有限，该系统还有许多值的改进的地方，红外线有一定的缺陷，在光线较强的环境下输出的高低电平不稳定，发管上加上屏蔽罩减小与外界环境的接触。

eUts8ZQVRd

因此在红外接

参考文献

10 / 14

1 高吉祥主编. 全国大学生电子设计竞赛培训系列教程电子工业出版社，

2009年

sQsAEJkW5T

—基本技能训练与单元电路设计.

2 黄智伟主编. 全国大学生电子设计竞赛训练教程3 何希才主编. 常用电子电路应用

. 电子工业出版社，2005年

365例. 电子工业出版社.，2006年

2001年

.高等教育出版社，

1991年

4 刘仁宇主编. 模拟电子技术. 机械工业出版社，5 孙肖子主编. 实用电子电路手册（模拟电路部分）6 张鑫，王翠萍主编

. C语言程序设计基础

. 北京理工大学出版社，2006年

2007年

7 张培仁编. 基于C语言C8051F系列微控制器原理与应用8 徐仁贵，廖哲智主编

. 单片机微型计算机应用技术

. 清华大学出版社，

. 机械工业出版社，2007年

2003年

9 邹其洪，黄智伟，高嵩主编. 电工电子实验与计算机仿真. 电子工业出版社，

10沈慧，郭维，朱大中26卷，第03期

. 脉宽调制型大功率LED恒流驱动芯片的研究，2006年，第

11潘琢金，施国君. C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用

2002年.GMsIasNXkA

. 北京航空航天大学出版社，

附录

附录一从单片机控制原理图

11 / 14

附图1 从单片机控制器

附图二正弦波发生器原理图

12 / 14

附图三 F/V

变换原理图

附录二

主单片机控制系统

13 / 14

附录三程序流程图

14 / 14