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多路数据采集系统设计

2023.06

题目规定

所设计的数据采集系统，共有16路信号输入，每路信号都是0~10mV，每秒钟采集一遍，将其数据传给上位PC计算机，本采集地址为50H。规定多路模拟开关用4067，A/D转换用ADC0809，运算放大器用OP07，单片机用89C51，芯片用MAX232。

设计其电路原理图，用C51语言编制工作程序。

总体方案设计

根据题目规定，传感器一方面采集16路信号，然后被多路模拟开关4067选通某一路信号，接着通过信号调理电路，由A/D转换器进行模/数转换后发送给单片机，之后通过MAX232由RS232串口进行通讯，最终将数据传递到上位PC计算机。因此，数据采集系统重要涉及以下几个重要环节：

信号选通环节

由于题目规定采集的信号路数达成了16路，每一路信号的流通路线均相同。假如为每路信号都设立相应的放大、A/D转换单元，成本将大幅度提高。因此可以接入一个多路模拟开关4076，轮流选通每一路信号，实现多路信号共用一个运算放大器和A/D转换单元，即减少了成本，又简化了电路。

4067为16路模拟开关，其内部涉及一个16选1的译码器和被译码输出所控制的16个双向模拟开关。当严禁端INH置0时，在I/N0－I/N15中被选中的某个输入端与输出公共端X接通，外部地址输入端A、B、C、D决定了被选通端；当INH置1时，所有模拟开关均处在断路状态。

信号调理电路

为了方便信号的进一步传输和解决，一般均要在传感器的输出端接入信号调理电路，对传感器输出的信号进行变换、隔离、放大、滤波等解决。此处的信号波动范围只有0～10mV，属于薄弱信号，需要进行放大解决。按照题目规定，本文设计的系统选用运算放大器OP07。OP07是一种高精的度单片运算放大器，其输入失调电压和漂移值均很低，适合用作前级放大器。

A/D转换器

由于单片机只能解决数字信号，所以需要接入A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。本文采用题目提供的ADC0809，它可以和单片机直接通讯。ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。

此处采用中断的方式使数据在单片机与ADC0809之间进行互换，端口地址为FF50H；P0口和信号共同生成单片机的启动转换信号；为了在启动转换的同时选通通道，将通道地址锁存信号ALE与START相连；把P0口和同时处在有效位的组合信号与A/D转换器的输出信号OE相连，那么通道的地址选择和数据输出共用一个地址，但是两者不同时出现；转换结束信号EOC通过非门后接至89C51的端。

串口发送电路

RS232是用正负电压来表达逻辑状态，与TTL以高低电平表达逻辑状态的规定不同。为了可以同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在RS232与TTL电路之间进行电平的转换。本文选用题目提供的MAX232芯片完毕TTL，EIA的双向电平转换。

系统原理框图

通信模块

通信模块

（MAX232、RS232）

16路模拟信号输入

多路模拟开关（4067）

运算放大器（OP07）

A/D转换器（ADC0809）

单片机（89C51）

PC上位计算机

图

图SEQ图\*ARABIC1系统原理框图

电路原理图

根据上文叙述的设计方案的原理，可以设计相应的硬件电路图，如REF_Ref\h图2所示。

图SEQ图\*ARABIC2电路原理图

程序设计方案

根据前文所述，要实现题目规定，系统程序要包含3个重要模块，即初始化系统、A/D转换模块以及数据通信模块。程序的总体流程图如REF_Ref\h图3所示。

图SEQ图\*ARABIC

图SEQ图\*ARABIC3程序总体流程图

系统初始化

A/D转换

数据通信

系统中断

系统初始化完毕以及选通某一路模拟信号时，单片机启动A/D转换器，对信号进行的读取、存储操作。当上位机发出请求且规定的地址为50H时，单片机进入中断解决子程序，上传数据。

系统初始化

重要完毕定期器，串行通信，中断的相关设立。

（1）定期器T0工作于模式1，充当16位定期器，计数初值4C00H（相应50ms），便于实现1s的巡回采样；定期器T1工作于模式2，充当波特率发生器，计数初值FDH，SMOD＝0，得到波特率为9.6K。

（2）串行通信SMOD置1，允许单片机接受信号。

（3）使能定期器T0、外中断1、串行通信的中断。其中，T0中断完毕1s的巡回采样，外中断1完毕A/D转换，串行通信中断完毕与上位机的通信。

A/D转