一个单片机串行数据采集/传输模块的设计

在微机测控系统中，经常要用到A/D转换。常用的方法是扩展一块或多块A/D采集卡。当模拟量较少或是温度、压力等缓变信号场合，采用总线型A/D卡并不是最合适、最经济的方案。这里介绍一种以GNS97C2051单片机为核心，采用TLC2543 12位串行A/D转换器构成的采样模块，该模块的采样数据由单片机串口经电平转换后送到上位机(IBM PC兼容机)的串口COM1或COM2，形成一种串行数据采集串行数据传输的方式。经实践调试证实：该模块功耗低、采样精度高、可靠性好、接口简便，有一定实用价值。

1 主要器件介绍

1.1 TLC2543串行A/D转换器

模块采用TI公司的TLC2543 12位串行A/D转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源，且价格适中。其特点有： (1)12位分辨率A/D转换器;(2)在工作温度范围内10μs转换时间;(3)11个模拟输入通道;(4)3路内置自测试方式;(5)采样率为66kbps;(6)线性误差+1LSB(max)(7)有转换结束(EOC)输出;(8)具有单、双极性输出;(9)可编程的MSB或LSB前导;(10)可编程的输出数据长度。

TLC2543的引脚排列如图1所示。图1中AIN0～AIN10为模拟输入端;

为片选端;DIN 为串行数据输入端;DOUT为A/D转换结果的三态串行输出端;EOC为转换结束端;CLK为I/O时钟;REF+为正基准电压端;REF-为负基准电压端;VCC为电源;GND为地。

1.2 GMS97C2051单片机

GMS97C2051是武汉力源公司和韩国LG公司联合推出的一种性能价格比极高的 8位单片机，其指令系统与MCS-51系列完全兼容。GMS97C2051与AT89C2051兼容(可直接替换)，但其性能价格比优于 AT89C2051。引脚排列如图2所示。

1.3 电平转换器

MAX3232 MAX3232为RS-232收发器，简单易用，单+5V电源供电，仅需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS-232电平的转换，引脚排列如图3所示。 2 硬件设计 硬件电路如图4所示。

单片机GMS97C2051是整个系统的核心，TLC2543对输入的模拟信号进行采集，转换结果由单片机通过P3.5(9脚)接收，AD芯片的通道选择和方式数据通过P3.4(8脚)输入到其内部的一个8位地址和控制寄存器，单片机采集的数据通过串口(3、2脚)经MAX3232转换成RS232电平向上位机传输。图中串行LCD显示电路仅用于调试，对采集/传输的数据进行监测。

3 单片机软件设计

单片机程序主要包括串行数据采集模块“DATA_SAM”和串行数据传输模块“RS232”，调试所用到的显示子程序在此略去。 TLC2543的通道选择和方式数据为8位，其功能为：D7、D6、D5和D4用来选择要求转换的通道，D7D6D5D4=0000时选择0通道，D7D6D5D4=0001时选择1通道，依次类推;D3和D2用来选择输出数据长度，本程序选择输出数据长度为12位，即D3D2=00或 D3D2=10;D1，D0选择输入数据的导前位，D1D0=00选择高位导前。

TLC2543在每次I/O周期读取的数据都是上次转换的结果，当前的转换结果在下一个I/O周期中被串行移出。第一次读数由于内部调整，读取的转换结果可能不准确，应丢弃。 数据采集程序如下： DATA_SAM: MOV R0,#30H ;数据缓冲区首地址30H→R0 MOV R1,#00000000B ;0通道方式/通道数据 ACALL RD_AD ;第一次读取的转换结果可能不准确,丢弃。 MOV R1,#00010000B ;1通道方式/通道数据 ACALL RD_AD ;送1通道方式/通道数据并读第0通道转换结果 MOV @R0,R2 ;转换结果存放到数据缓冲区,下同 INC R0 MOV @R0,R3 INC R0 MOV R1,#00100000B ;2通道方式/通道数据 ACALL RD_AD ;送2通道方式/通道数据并读第1通道转换结果 MOV @R0,R2 INC R0 MOV @RO,R3 INC R0 ………… ;其它通道操作方式类推 RET 单片机通过编程产生串行时钟，并按时序发送与接收数据位，完成通道方式/通道数据的写入和转换结果的读出，程序如下，供数据采集模块“DATA_SAM” 调用。

CLK EQU P3.3 DIN EQU P3.4 DOUT EQU P3.5 CS EQU P3.7 RD_AD: CLR CLK ;清I/O时钟 SETB CS ;设置片选为高 CLR CS ;设置片选为低 MOV R4,#08 ;先读高8位 MOV A, R1 ;把方式/通道控制字放到A LOP1: MOV C,DOUT ;读转换结果 RLC A ;A寄存器左移，移入结果数据位，移出方式/通道控制位 MOV DIN,C ;输出方式/通道位 SETB CLK ;设置I/O时钟为高 CLR CLK ;清I/O时钟 DJNZ R4,LOP1 ;R4不为0，则返回LOP1 MOV R2,A ;转换结果的高8位放到R2中 MOV A,#00H ;复位A寄存器 MOV R4,#04 ;再读低4位 LOP2: MOV C,DOUT ;读转换结果 RLC A ;A寄存器左移，移入结果数据位 SETB CLK ;设置I/O时钟为高 CLR CLK ;清I/O时钟 DJNZ R4,LOP2 ;R4不为0，则返回LOP2 MOV R3,A ;转换结果的低4位放到R3中 SETB CS ;设置片选为高 RET 串行数据传输模块包括串行口初始化子程序和数据传输子程序，各子程序分别如下。

其中数据传输采用查询方式，也可以方便地改为中断方式。 INIT_COM: MOV SCON,#50H ;串口方式1工作，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验 MOV PCON,#80H ;SMOD=1，波特率增倍 MOV TMOD,#20H ;波特率设置，[i]f[/i]OSC=12MHz，波特率=2* 2400，N=0F3H MOV TH1,#0F3H MOV TL1,#0F3H SETB TR1 ;启动定时器T1 RET RS232: MOV R0,#30H ;缓冲区首地址30H→R0 MOV R5,#22 ;发送数据长度→R5，11* 2=22 LOOP: MOV A,@R0 ;取数据→A MOV SBUF,A ;数据→SBUF WAIT: JBC TI,CONT ;判断发送中断标志，是1则转到CONT，并清TI SJMP WAIT CONT: INC R0 DJNZ R5,LOOP RET 4 上位机串口接收程序设计 上位机接收数据所用C语言程序包括初始化子程序和接收子程序。各子程序分别如下： void init_com1(void) /*初始化子程序*/ { outportb(0x3fb,0x80); /*线控制寄存器高位置1，使波特率设置有效*/ outportb(0x3f8,0x18); /*波特率设置，与单片机波特率一致为4800bps*/ outportb(0x3f9,0x00); outportb(0x3fb,0x03); /*线控制寄存器设置，8位数据位，1位停止位,无奇偶校验*/ outportb(0x3fc,0x03); /*Modem控制寄存器设置,使DTR和RTS输出有效*/ outportb(0x3f9,0x00); /*设置中断允许寄存器，禁止一切中断*/ } void receive_data(void) /*查询方式接收数据子程序*/ { while(!kbhit()) { while(!(inportb(0x3fd)%26;amp;0x01));/*若接收寄存器为空，则等待*/ printf("%x ",inportb(0x3f8)); /*读取结果并显示*/ } getch(); } 5 结论 本文给出的硬件和软件均经过实践检验，并且已经按照PC/104总线制作成数据采集卡，使用很方便，能够满足对数据采样频率要求不是特别高的应用场合。