基于單片機AT89C51的電流信號采集系統

彭豪

（西華大學，四川 成都 610039）

1、引言

近年來，人們對電信號的采集越來越重視，且對采樣系統的精度要求越來越高。因為采樣結果精度的高低直接影響到了人們對模擬信號的分析，進而影響到了人們所采取的措施。本文采用了以AT89C51為核心的采樣系統，其采集速度快。并且還采用了AD526所構成的程控放大模塊，提高了的對電流信號的采集精度。

圖1 系統結構框圖

2、芯片功能介紹

AT89C51是美國ATMEL公司生產的，具有功耗低、性能高、速度快、系統掉電后重要數據和重要信息不會丟失等特點，并且它兼容了MCS--51系列的單片機，其可重復可擦除的次數很高，可以達到1000次，這不僅有利于系統程序的調試，還可通過系統程序的調整，使系統具有更多的功能；該單片機具有32位可編程I/O線、128*8位的內部RAM、片內振蕩器和時鐘電路，最高頻率可達24Msps等功能，這些功能完全可達到系統設計要求。

AD526是一款性價比高，可通過程序控制的可編程增益放大器（SPGA），并且提供了多種增益放大倍數，分別為1、2、4、8、16五種增益。其內部擁有電阻網絡、TTL兼容型鎖存輸入以及放大器等多種功能。雙芯片級聯情況下其增益范圍為1至256的二進制增益，且增益誤差小，溫度漂移低至0.5ppm/℃，線性度低，建立10V信號變化時間快，直流進度好等優點。

MAX118是MAX公司生產的一款速具有8個通道的8位模數轉換芯片，通道之間的轉換速度快，很容易與ups接口進行連接，帶有1uA的關斷模式，+5V電源供電，采樣頻率為1Msps。在本設計系統中，該芯片與單片機AT89C51的連接也是十分方便的。

3、系統工作原理

本系統是以AT89C51為核心的控制系統，配以AD526構成的程控放大電路以及MAX118構成的模數轉換電路。系統的基本結構圖如圖1所示。

首先，在單片機中設置程控放大電路的增益窗口，當采樣信號的幅值高于某值時，單片機命令程控放大器不需要對采樣信號進行放大；當采樣信號的幅值低于某值時，單片機命令程控放大器對采樣信號進行放大。開始時，設置程控放大器的增益倍數為1，系統采集的信號經程控放大電路直接輸入到AD轉換模塊，由AD轉換模塊將模擬信號轉換成數字信號，然后單片機對數字信號的大小進行判斷，若信號太小，則單片機命令程控放大電路對模擬信號進行放大，然后再把信號重新輸入到AD轉換電路進行轉換。這樣做雖不能很好的降低采樣誤差，但還是較為提高了系統的采集精度。

4、AD轉換模塊與單片機部分硬件電路設計

該硬件電路圖如圖2所示，其中MAX118的IN0～IN7為模擬信號輸入端，A0A1A2控制模擬信號的輸入端口，如A0A1A2=000，則對應IN0模擬輸入端；MAX118的D0～D7接單片機的P1端口，用于數據的傳輸；MAX118的RD接單片機的RD端口，當單片機RD為輸出低電平時，單片機從MAX118中讀取數據；MAX的INT端口接單片機的INT0端口，兩者之間采取中斷式傳輸方式；MAX的WR端接單片機的WR端，當WR為低時，單片機向MAX118寫入數據；MAX118的A0A1A2端連接在單片機的P0.0～P0.2端，用于單片機控制MAX118的模擬通道；VCC接5伏的源，GND接地。

圖2 部分硬件電路圖

5、軟件部分設計

本系統采用C語言對系統進行編程，并用keil軟件作為編譯的環境。C語言兼顧了多種高級語言的特點，編程方法十分靈活，編譯速度快，編譯效率高，且具有豐富的庫函數，可移植性強，很適合用于單片機的程序編輯。Keil軟件是美國keil software 公司開發的可用于51系列單片機兼容C語言的軟件開發系統，編譯操作簡單，非常適合單片機程序的編譯與調試。本系統的程序的任務是控制單片機對AD進行數據讀取，并把數據存儲起來。其流程圖如圖3所示。

圖3 程序流程圖

6、結論

本系統采用以AT89C51為核心的控制電路，該電路操作性強，電路簡單，實時性較強，且精度較高，且成本低。實驗結果證明了該設計系統的準確性。

7、結束語

本系統對電流信號盡性采集，在該系統中采用了以AD526為核心的可編程程控放大模塊，該模塊提高了系統的采樣精度，為之后人們對電流信號的分析和處理提供了精度保證。

【1】電子線路 第4版 羅杰 謝自美 主編 電子工業出版社

【2】C語言程序設計 第3版 譚浩強 主編 清華大學出版社

【3】電子技術基礎 數字部分 第5版 華中科技大學電子技術課程組 編 主編 康光華 副主編 鄒壽彬 秦臻 高等教育出版社

【5】AT89C51-data sheet

【6】MAX118-data sheet