基于單片機的數據采集系統研究

【摘要】現代經濟科技的快速繁榮發達，促進了用電設備逐漸向快速化、自動化、復雜化的方向轉變，因此很容易出現使用設備一旦故障就會帶來巨大的經濟損失。所以，需要對機器設備和應用環境的數據及自然界中各種數據信息進行統一采集和分析處理。在控制器的經濟性和應用的穩定可靠性思想考慮，單片機是最佳的首選，投入小，故障率低，后期的維修改進易于實施的，所以基于AT89C52單片機的數據采集系統具有更為廣泛的應用前景。

【關鍵詞】AT89C52單片機;數據采集系統;ADC0809轉換器

1.引言

在大自然和日常生活中信號無處不在，它們以很多種形式存在，比如：位移、光強、流量、電磁場強度、速度、壓力和溫度等，無法用數據進行直接統計和記錄分析。為了將這些信息被人類認知，幫助改造自然，需要將這些信號信息轉換成人類能夠懂得理解的數字表格，這就進行了數據的采集。所以數據的采集及轉換是特別重要的，能更好了解生活和社會的變化，更能推動促進其發展進步。在自然界中的信號存在方式多種多樣，所以需要數據采集系統能夠首先采集到現場的信號的數據信息，然后進行集中的轉換、傳輸、處理、存儲、顯示等具體操作，完成數據的采集為以后的控制管理打下堅實的基礎。

時間的前進，使得科學技術獲得了更加迅速改進和發展，同時人類對自然的好奇心的推動，信號數據信息的采集技術研究已經成為現代科學技術研究中核心的關鍵課題之一。所以，越來越多的學者和專家全心全力投入到這項研究中。尤其，在實際應用中對于以單片機為控制器的的數據采集系統的研究和開發獲得了更多的成果，成功地促進加強了我國在數據信息采集方面的技術的發展革新。

在數據采集系統中，傳感器具有舉足輕重的作用。其中傳感器是把的自然環境中的所有信息的信號轉變成數字可識別的量值。用信號數據采集傳感器將信息收集到，之后將這些數據進行轉換，輸送到單片機中完成處理，最后進行輸出，這就是完整的基于單片機的數據采集系統。在該系統應用中，集中介紹了一種基于AT89C52單片機的數據采集系統，其中溫度數據收集傳感器DS18B20采集環境溫度，其中的模數轉換部分由芯片ADC0809完成，將溫度信號轉換成模擬電壓。

2.數據采集系統

2.1 系統總體設計

該數據采集系統主要分為：信號收集、信號轉換、數據處理、數據輸出四大部分。信號收集部分用DS18B20溫度傳感器采集溫度信號，信號轉換部分用ADC0809將溫度信號轉換成模擬電壓數據，數據處理是通過AT89C52單片機完成，數據輸出時通過數碼管顯示完成的。

為了增強系統的應用性，還在虛擬儀器Labview上完成了上位機的設計，令其溫度數據信息的顯示更為直接了，方便后期的管理和維修。完整的系統都是由軟件部分和硬件部分共同組成的，硬件是基礎，軟件是核心，需要協作才能完成數據的采集處理，缺一不可。。

2.2 控制單片機芯片AT89C52

數據采集系統的核心單片機選用最為常用的AT89S52芯片。該MSC-52系列的單片機能并行處理八位數據，實用性非常好，穩定性也很好，故障率極小。自ATMEL公司收購了MSC-51單片機的框架后，對其進行了內核性能的深化，加入了很多新功能，使得應用性更強，并且增大了芯片容量，還增加了Fash閃存功能等。因為51內核的單片機的優點有很多，所以不管是工業還是經濟等領域的自動化控制中都獲得了較為長久廣泛的應用，市場占有率居高不下。

AT89C52單片機芯片的實物頂面圖如2-1所示：共有32個引腳，也就是有32個I/O口，分為4組，分別是P0、P1、P2和P3，并且每組共有8個引腳。該單片機支持的最大外部存儲能夠擴展64K，并且還具有8Kb的Flash存儲區域。單片機的任何引腳不僅能完成普通的輸入及輸出，還具有第二功能，比如定時器、中斷等，能進行引腳復用，同時還具有看門口、斷電保護和定/計時功能。通常情況下該單片機的工作電壓為+5V。在工作中要持續不斷給單片機供電。

圖2-1 AT89C52單片機界面

2.3 溫度傳感器

在對自然界中的溫度信號進行收集時可以有很多種方法，以前較為常用的就是熱電偶法。但是實際應用中，誤差較大，反應較慢。而傳感器具有反應快、精確的特點，在該系統中應用DS18B20溫度傳感器收集溫度信號。該傳感器的總線為1-Wire類型，只需要一根信號線即可與單片機完成連接。該溫度傳感器的測量范圍為-55度～+125攝氏度，精確度為0.5攝氏度;并且工作電壓范圍較寬為3.0～5.5V。

2.4 ADC0809數據轉換器

在信號采集過程中，較為重要的環節就是講收集到的溫度信號轉變成單片機可以識別處理的電壓信號。并且在單片機中沒有模數轉換器，只能通過外加轉換器才可以完成。該系統的模數轉化主要通過ADC0809實現的，經過轉變期模擬數字電壓能較為準確地反應其溫度的高低強弱。

A/D轉換器ADC0809屬于逐次逼近式轉換器。是8位處理器，即是測量精度最高位為參考電壓的二百五十五分之一。并且只有一個轉換器，但開關共8路，還具有8個通道，決定了芯片能夠完成8路模擬電壓的測量，但不能同時工作。

在工作中三態輸出鎖存器和OE端高低電平改變控制數據的轉換和輸出。

為了驗證系統設計的可行性，采用 Proteus進行了模擬仿真，結果如圖2-2所示。在圖中選用滑動變阻器替代AD轉換后的電壓值，得知滑動變阻器改變時數碼管數據也會相應變化，證明系統設計合理可靠。

圖2-2 ADC0809的Proteus仿真界圖

3.總結

在生活的地球中信號無處不在，如要準確捕捉和測量這些信號，就要有可靠地數據采集系統，也就是基于單片機AT89C52的數據采集系統。

在系統中，信號轉換主要通過模數轉換器ADC0809實現的，還利用Labview完成PC端監控界面的設計，提高數據的直觀性及便捷性。該系統充分發揮了單片機的所有功能，增強了系統的靈活性、可靠性、便于擴展性等。所以，基于單片機AT89C52的數據采集系統具有更為廣大的應用前景和空間。

參考文獻

[1]馬凱.基于單片機的數據采集與控制系統[J].新技術，2014，119-122.

[2]楊創.基于單片機的數據采集器設計研究[J].單片機技術，2014，271-272.