一種工業(yè)級數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言
隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展 ,單片機(jī)的可靠性和高性價(jià)比 ,使它成為控制系統(tǒng)、智能儀表和數(shù)據(jù)采集等各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展的主流。在當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究的各行業(yè)中 ,經(jīng)常會遇到利用微機(jī)控制,需要輸入各種模擬信號的情況,這時(shí)需要進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。在某些實(shí)際項(xiàng)目中,為了采集某些模擬量而選用一些數(shù)據(jù)采集卡 ,其特點(diǎn)是:可擴(kuò)展性差、安裝麻煩、易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾,在許多場合尤其是便攜式應(yīng)用場合不適用。USB是為解決計(jì)算機(jī)外設(shè)種類日益增加與有限的主板插槽和端口的矛盾,由 Intel、Microsoft、IBM及 NEC共同制定的微機(jī)總線接口規(guī)范。當(dāng)前的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,都在追求高速度和高通用性,USB總線接口技術(shù)適用了這種要求,并以速度快、使用方便、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),使外設(shè)向 USB過渡成為必然趨勢。
1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
基于 AT89S52的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖 1所示。系統(tǒng)的工作過程就是一個(gè)數(shù)據(jù)采集的過程 ,其中的每一步都需要不同組的支持。首先 ,溫度和壓力參數(shù)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成模擬信號,模擬信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換芯片 TLC2543變?yōu)閱纹瑱C(jī)可識別的數(shù)字信號。單片機(jī)將數(shù)字信號進(jìn)行處理之后,就可以送往 LED顯示或者通過 USB接口發(fā)送給上位機(jī) ,同時(shí)如果檢測出現(xiàn)了異常,通過蜂鳴報(bào)警模塊來加以警示。系統(tǒng)也可以通過按鍵來設(shè)定相關(guān)的操作。USB接口在主機(jī)需要的時(shí)候把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)進(jìn)行處理和顯示,同樣主機(jī)也可以通過USB口對下位機(jī)進(jìn)行控制。

2.1 采集模塊設(shè)計(jì)
TLC2543是一種開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器,片內(nèi)提供轉(zhuǎn)換時(shí)鐘,12位或 8位串行數(shù)據(jù)輸出?？刹杉?11路模擬輸入電壓 ,由片內(nèi)多路開關(guān)選通,并采樣保持。在本芯片工作溫度（0℃ ~70℃）范圍內(nèi) ,A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間 10微秒,具有單+5V電源工作的一大優(yōu)點(diǎn)。通過對該芯片內(nèi)數(shù)據(jù)輸入寄存器的編程,可實(shí)現(xiàn)：僅輸出轉(zhuǎn)換的高 8位或 12位、輸出二進(jìn)制數(shù)的格擴(kuò)展存儲器 PDIUSBD12 USB通信式為無符號數(shù)或有符號數(shù)、是最高有效位（ MSB）導(dǎo)前輸出還是最低有效位（ LSB）導(dǎo)前輸出。采集模塊電路如圖 2所示。89S52單片機(jī)的 P1.0、P1.1與 P1.2作輸出,其中 P1.0模擬片選,P1.1產(chǎn)生時(shí)鐘輸出 ,P1.2輸出地址與控制信息。TLC2543C數(shù)據(jù)輸出寄存器中的數(shù)據(jù)通過 P1.3輸入單片機(jī) ,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號通過 P1.4進(jìn)入單片機(jī)并被查詢。