基于W77E58單片機的通用數據采集和通訊儀的設計

0 引言
單片機數據采集系統是指利用單片機對現場的各種信號，包括：非電量信號(如溫度、壓力、流量等)，電信號(電壓、電流)，以及開關量，頻率量信號等進行采集，存儲，顯示，傳輸的系統。目前，8位單片機由于其控制功能強大、品種多、價格低廉，正廣泛應用于各個領域，特別是應用在數據采集，設備控制等方面，是單片機應用中的主流機種。本文采用臺灣華邦公司生產的高性能Turbo-51系列單片機 W77E58，實現了一種基于單片機的通用數據采集和通訊儀的研制，具有較高的實用價值。為了使設計的數據采集儀應用方便，系統利用PTR2000無線數據傳輸模塊與上位機進行通訊，以便能隨時響應控制中心的PC機的數據上傳命令，將采集到的數據實時上傳給控制中心。

1 系統硬件設計
本文設計的通用數據采集和通訊儀能夠對各種現場設備的標準輸出信號進行采集，包括傳感器輸出的0-5V／4-20mA模擬信號；開關量信號；頻率量信號；此外系統還具有RS-485接口，以便能夠與現場具有485接口的智能儀表相連接。為了實現良好的人機交互，系統擴展了鍵盤輸入，液晶顯示，實時時鐘以及現場故障報警指示電路等模塊。系統總體框圖如圖1所示。

1．1 電源模塊電路設計
在單片機數據采集系統中，電源的設計是非常關鍵的。本儀表設計采用電網和充電電池雙電源供電。電源設計如圖2所示。

當電網電壓正常時，220V交流電經過24V穩(wěn)壓電源，電解電容器C1濾波后的電壓經二極管D1后分成兩路，一路通過三極管Q1到7805三端穩(wěn)壓芯片，完成穩(wěn)壓輸出+5V電壓，供單片機W77E58等芯片所需的電源；另一路通過電阻R1對鎳鎘電池9V進行充電，充電電流選擇約40mA。如果電網停電， C1放電為0V，這時，電池通過D2、Q1到7805向電路供電，使輸出端仍有+5V電壓，從而完成電網短時停電時，單片機后備電源的功能。
二極管D1起隔離作用，使得當電網偶爾停電時，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)過放電，即當電池放電下降到約6V時，因D3作用，三極管Q1截止，電池放電停止，此時單片機將停電。
1．2 實時時鐘芯片DS12887
為了能夠實時顯示系統時間以及實現按時間日期保存采集到的數據的功能，系統擴展了一片并行實時時鐘日歷芯片DS12887。DS12887是DALLAS半導體公司推出的實時時鐘芯片，采用CMOS技術制成，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關電路集成于芯片內部。DS12887芯片具有微功耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在現代工業(yè)控制及智能儀器儀表中有著廣泛的用途。