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1、电子下载站 本站所有资料版权归原作者所有 严禁用于商业用途 转载请注明来源于：欢迎光临中国最大的电子工程师应用网站网址：一个单片机串行数据采集/传输模块的设计西安第二炮兵工程学院 180 分队（710025）吴勇军 陈祥初 赵军红 刘政波摘要 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，
2、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
3、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 10s 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。电子下载站 本站所有资料版权归原作者所有 严禁用于商业用途 转载请注明来源于：欢迎光临中国最大的电子工程师应用网站网址：TLC2543 的引脚排列如图 1 所示。图 1 中 AIN0AIN10 为模拟输入端；为片选端；DIN
4、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
5、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。电子下载站 本站所有资料版权归原作者所有 严禁用于商业用途 转载请
6、注明来源于：欢迎光临中国最大的电子工程师应用网站网址：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。TLC254
7、3 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: MOV R0,#30H ；数据缓冲区首地址 30HR0MOV R1,#00000000B ；0 通道方式/ 通道数据 ACALL RD_AD ；第一次读取的转换结果可能不准确,丢弃。 MOV R1,#00010000B ；1 通道方式/ 通道数据 ACALL RD_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 INC R0 MO
8、V R0,R3 INC R0 MOV R1,#00100000B ；2 通道方式/ 通道数据 ACALL RD_AD ；送 2 通道方式/通道数据并读第 1 通道转换结果 MOV R0,R2 INC R0 MOV RO,R3 INC R0 ；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。CLK EQU P3.3 DIN EQU P3.4 DOUT EQU P3.5 电子下载站 本站所有资料版权归原作者所有 严禁用于商业用途 转载请注明来源于：欢迎光临中国最大的
9、电子工程师应用网站网址：CS EQU P3.7 RD_AD: CLR CLK ；清 I/O 时钟 SETB CS ；设置片选为高 CLR CS ；设置片选为低 MOV R4,#08 ；先读高 8 位 MOV A,R1 ；把方式/通道控制字放到 A LOP1: MOV C,DOUT ；读转换结果 RLC A ；A 寄存器左移，移入结果数据位，移出方式/通道控制位 MOV DIN,C ；输出方式/通道位 SETB CLK ；设置 I/O 时钟为高 CLR CLK ；清 I/O 时钟 DJNZ R4,LOP1 ；R4 不为 0，则返回 LOP1 MOV R2,A ；转换结果的高 8 位放到 R2 中
10、 MOV A,#00H ；次籄寄存器 MOV R4,#04 ；再读低 4 位 LOP2: MOV C,DOUT ；读转换结果 RLC A ；A 寄存器左移，移入结果数据位 SETB CLK ；设置 I/O 时钟为高 CLR CLK ；清 I/O 时钟 DJNZ R4,LOP2 ；R4 不为 0，则返回 LOP2 MOV R3,A ；转换结果的低 4 位放到 R3 中 SETB CS ；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: MOV SCON,#50H ；串口方式 1
11、工作，8 位数据位，1 位停止位，无奇偶校验 MOV PCON,#80H ；SMOD=1，波特率增倍 MOV TMOD,#20H ；波特率设置，fOSC=12MHz，波特率=2*2400，N=0F3H MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H SETB TR1 ；启动定时器 T1 RET RS232: MOV R0,#30H ；缓冲区首地址 30HR0 MOV R5,#22 ；发送数据长度R5 ，11*2=22 LOOP: 电子下载站 本站所有资料版权归原作者所有 严禁用于商业用途 转载请注明来源于：欢迎光临中国最大的电子工程师应用网站网址：MOV A,R0 ；取数据A MOV
12、SBUF,A ；数据SBUF WAIT: JBC TI,CONT ；判断发送中断标志，是 1 则转到 CONT，并清 TI SJMP WAIT CONT: INC R0 DJNZ R5,LOOP RET 4 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：void init_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(0x3f9,0x0
13、0); 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*/ void receive_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(
14、); 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,1999电子下载站 本站所有资料版权归原作者所有 严禁用于商业用途 转载请注明来源于：欢迎光临中国最大的电子工程师应用网站网址：3 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,19994NEW RELEASES DATA BOOK（Volume V ）.MAXIM，1996:2-612-72
