基于AT89S52單片機控制檢測系統(tǒng)設計

王 棟 ， 靳 鴻

（1.中北大學 電子測試技術國家重點實驗室，山西 太原 030051；

2.中北大學 儀器科學與動態(tài)測試教育部重點實驗室，山西 太原 030051）

數據采集系統(tǒng)在許多領域有越來越廣泛的應用，隨著計算機技術的飛速發(fā)展和普及，數據采集系統(tǒng)也迅速發(fā)展。由于機車車頂高壓設備為戶外安裝設備，要求25 kV高壓電氣設備與機車車頂有足夠的高壓絕緣性能，以防止由于雨、雪等惡劣天氣以及雷電的侵襲[1]。文中是針對機車車頂高壓設備配件是否接地的問題，設計的電壓信號采集系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)總體設計

本設計是對逆變器將蓄電池直流電變換成110 V/50 Hz交流電，通過高壓電壓互感器升壓至29 kV加在車頂高壓電器設備上的過程，電壓信號采集電路將逆變電源的測量電壓轉換成單片機可處理的0～5 V，并進行A/D轉換和信號處理，然后送入單片機處理。單片機系統(tǒng)將完成對A/D轉換后的數據進行判斷、記錄存儲并顯示在顯示屏上。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體原理圖Fig.1 System overall schematic diagram

1.1 主控模塊設計

主控制模塊采用AT89S52芯片，是低功耗、低電壓、高性能，采用CMOS工藝8位單片機，單片機內部有8 kB的可在線編程的FLASH存儲器[2]。芯片價格低廉、性能可靠、抗干擾能力強[3]。這些使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提高靈活，超有效的解決方案。

主控芯片的P3.5管腳接A/D芯片，管腳P3.6，P3.7接EEPROM存儲器，管腳 P2.7是報警控制，P1.0，P1.1，P1.2接實時時鐘，管腳 P0.0-P0.7，P2.0，P2.1，P2.2是數碼管供電和顯示。管腳 P2.3，P2.4，P2.5，P2.6是按鍵信號。管腳 3.0（RXD）—P3.1（TXD），P1.5，P1.6，P1.7 是單片機與 PC 機的通信信號。如圖2所示。

1.2 A/D采集模塊

A/D芯片采集選用 LM331，LM331是通用型 V/F轉換器，頻率范圍為1～100 kHz，最大非線性誤差為0.01%，最大溫漂為50 ppm/℃，電源范圍為4～40 V，輸入電壓范圍為一2.0 V～VS[4]。模擬信號經壓/頻轉換器LM331，把電壓信號轉化為脈沖信號，脈沖信號送到計算機的計數/定時端口，有計算機對頻率信號進行接收、處理、儲存。由于壓/頻轉換器LM331的壓/頻轉換關系成線性，所以我們可以根據采集到頻率數據知道模擬信號的大小，從而實現了模擬信號到數字信號的轉換.頻率計數器、定時器可以使用計算機的計數/定時端口，通過軟件編程實現。基準頻率，數據處理也是通過軟件編程實現，數據可以儲存到內部數據存儲器或外部數據存儲器中[5]。如圖3所示。

圖2 AT89S52單片機硬件連接圖Fig.2 AT89S52 microcontroller hardware connection diagram

圖3 A/D轉換芯片框圖Fig.3 A/D transformation chip diagram

1.3 EEPROM存儲器電路

EEPROM存儲器電路采用24C08A，通過5腳的串行數據SDA和6腳的串行時鐘SCL將數據送到單片機的P3.6、P3.7對數據進行存儲。原理圖如圖4所示。

圖4 EEPROM存儲器電路Fig.4 EEPROM memory circuit

24C08A支持I2C總線數據傳送協(xié)議，I2C總線協(xié)議規(guī)定，任何將數據傳送到總線的器件作為發(fā)送器任何從總線接收數據的器件為接收器數據傳送是由產生串行時鐘和所有起始停止信號的主器件控制的主器件和從器件都可以作為發(fā)送器或接收器 但由主器件控制傳送數據（發(fā)送或接收）的模式，通過器件地址輸入端 A0、A1和A2可以實現將最多8個24WC01和24WC02器件 4個 242C04器件，2個24WC08器件和1個24WC16器件連接到總線上[6]。A0、A1、A2為器件地址選擇，SDA為串行數據/地址，SCL為串行時鐘，WP為寫保護，VCC為工作電壓，GND為地。

1.4 信號顯示模塊

信息顯示模塊是時鐘信號傳輸到單片機，74HC595是具有速度快、功耗小、操作簡單的特點，可以很方便的用于單片機接口進行驅動LED的操作[7]。本設計是采用兩片74HC595控制16個數碼管顯示電力機車車頂絕緣檢測裝置的時間、日期、次數和電壓。

1.5 通信接口模塊

RS232通信接口電路主要實現存儲記錄的轉儲。RS-232是PC機與通信工業(yè)中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準[8]。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。RS232串行接口總線適用于:設備之間的通訊距離不大于15 m，傳輸速率最大為20 kB/s，當然這兩個指標具有相關性，適當降低通信速度，可以提高通信距離，反之亦然。如圖5所示。

圖5 232通信接口電路圖Fig.5 Communication interface circuit

2 系統(tǒng)軟件設計

根據設計要求，按照實現功能的分類，系統(tǒng)軟件主要完成5項任務：系統(tǒng)初始化、數據采集、數據處理、鍵盤響應和數據顯示。數據采集系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 數據采集系統(tǒng)程序流程圖Fig.6 Data acquisition system program flow diagram

3 結束語

基于AT89S52單片機控制檢測系統(tǒng)設計完成后，將程序編譯生成的文件寫入單片機，并對系統(tǒng)的運行狀況進行觀察，實驗表明：本系統(tǒng)具有性能穩(wěn)定、操作簡單、性價比好的特點，很好的實現了數據采集的要求。

[1]許玉清，張建明，朱賀棟.電力機車車頂高壓設備絕緣故障檢測[J].機車電傳動，2005（2）：59-60.

XU Yu-qin，ZHANG Jian-ming，ZHU He-dong.High-voltage electric locomotive roof insulation failure detection device[J].Locomotive Electric Drive，2005（2）：59-60.

[2]譚偉娟.基于AT89S52單片機的數據采集系統(tǒng) [J].計算機與信息技術，2011（5）：63-64.

TAN Wei-juan.AT89S52 microcontroller-based data acquisition system[J].Computer and Information Technology，2011（5）：63-64.

[3]王旭陽，王文哲.基于AT89S52單片機的溫度控制系統(tǒng)[J].研究與研發(fā)，2009 28（8）:48.

WANG Xu-yang，WANG Wen-zhe.AT89S52 microcontroller based temperature control system[J].Research and Development，2009，28（8）:48.

[4]翟彥.基于LM331和單片機的壓力數據[J].電子設計工程，2009（3）：95-96.

ZHAI Yan.LM331 and microcontroller-based pressure data[J].Electronic Design Engineer，2009（3）：95-96.

[5]赫飛，汪玉鳳，劉雨剛，等.LM331在A/D轉換電路中的應用[J].微計算機信息，2001，20（11）:116-117.

HE Fei，WANG Yu-feng，LIU Yu-gang，et al.LM331 in A/D switching circuit application[J].Micro Computer Information，2001，20（11）:116-117.

[6]陳健，鄧建春.基于AT89S52的多路多功能溫度監(jiān)測器設計[J].電子科學，2009（22）：8.

CHEN Jian，DENG Jian-chun.Based on AT89S52 multichannel multi-purpose temperature monitor design[J].Electronic Science，2009（22）：8.

[7]黃建新.74HC595芯片驅動LED的電路[J].科技資訊，2010（31）：116-117.

HUANG Jian-xin.74HC595 chip LED driving circuit[J].Technology News，2010（31）：116-117.

[8]唐曦文，邵芳.基于RS一232總線的測控系統(tǒng)開發(fā)[J].制造業(yè)自動化，2012 34（4）：38.

TANG Xi-wen，SHAO Fang.Development of measurement and control system based on RS 1232[J].Manufacturing Automation，2012 34（4）：38.