一个单片机串行数据采集-传输模块的设计

一个单片机串行数据采集/传输模块的设计以GMS97C2051单片机为核心，采用TLC254312位串行A/D转换器，设计了一个串行数据采集/传输模块，给出了硬件原理图和主要源程序。关键词串行A/D转换器串行数据传输GMS97C2051单片机在微机测控系统中，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TLC254312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（IBMPC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1.1TLC2543串行A/D转换器模块采用TI公司的TLC254312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。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。1.2GMS97C2051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MAX3232MAX3232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，引脚排列如图3所示。2硬件设计硬件电路如图4所示。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:MOVR0,#30H；数据缓冲区首地址30H→R0MOVR1,#00000000B；0通道方式/通道数据ACALLRD_AD；第一次读取的转换结果可能不准确,丢弃。MOVR1,#00010000B；1通道方式/通道数据ACALLRD_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INCR0MOV@R0,R3INCR0MOVR1,#00100000B；2通道方式/通道数据ACALLRD_AD；送2通道方式/通道数据并读第1通道转换结果MOV@R0,R2INCR0MOV@RO,R3INCR0…………；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。CLKEQUP3.3DINEQUP3.4DOUTEQUP3.5CSEQUP3.7RD_AD:CLRCLK；清I/O时钟SETBCS；设置片选为高CLRCS；设置片选为低MOVR4,#08；先读高8位MOVA,R1；把方式/通道控制字放到ALOP1:MOVC,DOUT；读转换结果RLCA；A寄存器左移，移入结果数据位，移出方式/通道控制位MOVDIN,C；输出方式/通道位SETBCLK；设置I/O时钟为高CLRCLK；清I/O时钟DJNZR4,LOP1；R4不为0，则返回LOP1MOVR2,A；转换结果的高8位放到R2中MOVA,#00H；复位A寄存器MOVR4,#04；再读低4位LOP2:MOVC,DOUT；读转换结果RLCA；A寄存器左移，移入结果数据位SETBCLK；设置I/O时钟为高CLRCLK；清I/O时钟DJNZR4,LOP2；R4不为0，则返回LOP2MOVR3,A；转换结果的低4位放到R3中SETBCS；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:MOVSCON,#50H；串口方式1工作，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验MOVPCON,#80H；SMOD=1，波特率增倍MOVTMOD,#20H；波特率设置，fOSC=12MHz，波特率=2*2400，N=0F3HMOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3HSETBTR1；启动定时器T1RETRS232:MOVR0,#30H；缓冲区首地址30H→R0MOVR5,#22；发送数据长度→R5，11*2=22LOOP:MOVA,@R0；取数据→AMOVSBUF,A；数据→SBUFWAIT:JBCTI,CONT；判断发送中断标志，是1则转到CONT，并清TISJMPWAITCONT:INCR0DJNZR5,LOOPRET4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：voidinit_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*/}voidreceive_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。参考文献1TLC2543模数转换器数据手册及应用笔记.武汉力源电子股份有限公司，19992一九九九年产品目录（第一期）.武汉力源电子股份有限公司,19993何立民.MS-51系列单片机应用系统设计.北京：北京航空航天大学出版社,19994NEWRELEASESDATABOOK（VolumeV）.MAXIM，1996:2-61～2-72