測試系統的數據采集及通訊

【摘要】利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的軟件能幫助創建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統集成，擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，充分發揮模塊化性能高、擴展性強、開發時間少，以及出色的集成這四大優勢。以虛擬儀器作為設計理念，將測試系統與計算機相結合，更靈活地利用軟件來進行高效測試，并利用計算機進行高效的數據處理能力來分析結果。使用單片機作為下位機的控制單元，利用單片機的小巧和較高的集成性，達到下位控制的靈活可變，整體上實現測試系統的交互性和可擴展性。

【關鍵詞】模塊化測試系統；51單片機；ADC0809

1.引言

隨著計算機系統的應用和微機網絡的發展，各種控制設備之間的通信功能越來越顯得重要。在設計的數據采集系統中，控制器（下位機）采用AT89C51單片機，用于對數/模轉換芯片ADC0809實施控制，以指定頻率進行采樣，同時將測量得到的數據以RS-232串行通信協議發送給上位機。上位機采用便攜式PC機，上、下位機之間通過MAX232芯片實現串行數據通信。在上位機方面，以Visual Basic作為軟件設計語言，設計了一個虛擬的示波器，將采集到的數據以波形顯示，并可以保存采集到的數據。

2.虛擬儀器和串行通訊基本概念

2.1 虛擬儀器

虛擬儀器（virtual instrument）技術就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。

2.2 RS-232串行通訊

RS-232C使用-3到-25V表示數字“1”，使用3V到25V表示數字“0”，RS-232C在空閑時處于邏輯“1”狀態，在開始傳送時，首先產生一起始位，起始位為一個寬度的邏輯“0”，緊隨其后為所要傳送的數據，所要傳送的數據有最低位開始依此送出，并以一個結束位標志該字節傳送結束，結束位為一個寬度的邏輯“1”狀態。PC機一般使用8250或16550作為串行通訊的控制器，使用9針或25針的接插件將串行口的信號送出。

3.模型系統設計

3.1 硬件設計

3.1.1 系統硬件組成

由AT89C51單片機組成的數據采集系統，它由電壓信號輸入、數/模轉換以及通訊接口組成。

電壓信號為0～5V，送至ADC0809芯片的模入端IN0。數據采集采用實時時鐘中斷定時，由AT89C51片內T0定時器產生1ms時鐘定時，定時器時間到就向CPU申請中斷，CPU響應中斷后，從0809中讀取A/D轉換結果。片內T1定時器產生1200Hz的頻率作波特率發生器，經過MAX232接口的電平轉換，將結果通過串行口送至PC機。

3.1.2 AT89C51硬件連線

P1.0～P1.2 三個端口分別接LED指示燈的三個陰極引腳（藍、紅、綠），端口為低電平時，LED指示燈點亮。三種指示燈在模型中代表三種不同狀態，分別是暫停、停止和運行。此三種工作狀態由PC機控制。

P1.3接ADC0809的EOC， 該信號告訴單片機A/D轉換已完成，單片機接收到此信號后讀取A/D結果值。RST經按鈕接高電平，按下按鈕，單片機復位。P0口與ADC0809的8位數據口相連，接收A/D轉換后的電壓值。P2.7為ADC0809的地址選通位。

RXD、TXD串行通訊口需連接接口MAX232，祥見后文的MAX232電平轉換電路。

3.1.3 MAX232電平轉換電路

不同于傳統的TTL等數字電路的邏輯電平，RS-232的邏輯電平以公共地為對稱，其邏輯“0”電平規定在+3～+25V之間，邏輯“1”電平規定在-3～-25V之間，因此需要使用正負極性的雙電源供電。由于其與TTL等數字電路的邏輯電平不兼容，因此兩者之間的連接必須使用電平轉換。

一些公司推出了使用單電源供電的電平轉換電路，如Intersil公司的ICL232、Maxim公司MAX202/232/232A等。這些芯片可以在+5V電源供電的情況下將TTL電平轉換為±10V的RS-232電平，簡化了電路的設計。

3.1.4 ADC0809模入通道的選擇及轉換啟動

ADC0809的八個模入通道（IN0～IN7）在數據采集中選擇哪一個通道由通道選擇端ADD A、ADD B、ADD C的輸入信號來選擇。為了少占用單片機通道口的位線，可采用由P0口之P0.0、P0.1、P0.2作為通道地址信號。由于0809本身帶有地址鎖存器，只要將該三位地址線與數據總線D0、D1、D2直接相連，不另加地址鎖存器。

取P2.7（低電平）有效作為ADC0809的片選信號，當P2.7及/WR均為低電平有效，并與ALE信號相配合，就將P0口中P0.0～P0.2上的地址信號鎖存入ADC0809，就選中了某通道。本系統僅使用IN0，輸入通道地址號為78FF H。

本系統采用選擇輸入通道的同時啟動A/D轉換方式。當CPU執行對ADC0809的寫操作時，P2.7及信號/WR有效，利用其輸出信號的上升沿鎖存地址信號，其下降沿啟動A/D轉換。其模擬量輸入電壓范圍為0～+5V，對應的數字量輸出為00H～FFH， 轉換時間為100μS

3.1.5 其他外圍芯片

參考文獻

[1]丁元杰.單片微機原理及應用[M].上海：機械工業出版社，1999.

[2]范逸之，陳立元.Visual Basic 與RS-232串行通信控制[M].北京：中國青年出版社，2002.

[3]張立科.單片機通信技術與工程實踐[M].北京：人民郵電出版社，2005.

作者簡介：周成俊 （1980—），男，測試工程師，研究方向：控制工程。