原创 单片机串行数据采集传输模块的设计

+e-U?'LJ?0摘 要电子园51单片机学习网` _4~DkH |)W s R

    以GMS97C2051单片机为核心，采用TLC2543 12位串行A/D转换器，设计了一个串行数据采集/传输模块，给出了硬件原理图和主要源程序。电子园51单片机学习网,[T&Yw}GH]^
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关键词    串行A/D转换器    串行数据传输    GMS97C2051单片机电子园51单片机学习网'UL S0b e/a8_)C*W[

6O-s j{bmP0电子园51单片机学习网~ f Z|w
    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。电子园51单片机学习网g S3p"s,e

y0k9~A1G0电子园51单片机学习网 p5c7X~+?&P-K1du e S
1 主要器件介绍电子园51单片机学习网r+m P0e2bmf

3qe,jo(@6@R0电子园51单片机学习网;eJG?Wr
1.1 TLC2543串行A/D转换器电子园51单片机学习网w:E.@[6bN

B osasP'C0电子园51单片机学习网w.G_yJ;u`$LA
    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：

}JW7c0BM4Q0
_(O6Y&cE!w^F4c.P-d5L0（1）12位分辨率A/D转换器；
5}AG$xsqk-P8[:Rn0（2）在工作温度范围内10μs转换时间；
H q l:m.qj'n+eV;Ds-R0（3）11个模拟输入通道；电子园51单片机学习网yt*g$Lp8x S.y6z:vu U
（4）3路内置自测试方式；电子园51单片机学习网 bm^Q%Kgg1[+}
（5）采样率为66kbps；
_'m:C3Y\#v0（6）线性误差+1LSB（max）电子园51单片机学习网/a%D9D]!z7p2|:e
（7）有转换结束（EOC）输出；电子园51单片机学习网A8AidA9]NM
（8）具有单、双极性输出；
y#L G3y4Lk0（9）可编程的MSB或LSB前导；
+n1V"RNL[7o T0（10）可编程的输出数据长度。 

电子园51单片机学习网*hsE_.`J
 

O'J2?C8}'e0 电子园51单片机学习网'Sj:F9E;] dn O y~

+kX(J {!_dt0    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。

5V&m\;K*mC l-T'n0
:d8`5Hb@k01.2 GMS97C2051单片机

R)pp!n*m0电子园51单片机学习网m1E)| r*@.di
    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。电子园51单片机学习网I+] UH oqb)l

电子园51单片机学习网 B;ECS(L?N
1.3 电平转换器MAX3232电子园51单片机学习网/W+^p^^&k;w;cx

^"g7R5FF*R)Kp.r0
"x0Y!S!@oG \6e2u0    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。

'f8O%c%m+bi-e.r$~02 硬件设计

电子园51单片机学习网"G"S%e*T,msG
硬件电路如图4所示。   电子园51单片机学习网H9r3V~ p*e3~ F#x

3~ kU#@rU|2E0 电子园51单片机学习网Js6R'[:a%Q

  电子园51单片机学习网Ggk&\#tGU
电子园51单片机学习网&e'i3E$PFy

H8Z4y*g^Y,s1m#d0    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。电子园51单片机学习网;_ ?*f8VS1e&P

}-QN#C3TD(fu03 单片机软件设计

9eD%NkT @0    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。电子园51单片机学习网c@;e oFMi$h

电子园51单片机学习网AJ0`/\+Iy([f t
    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。电子园51单片机学习网4Ge)z KT4\U$~

1y'iieM4o:\aq0    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。

zkdG iJX0电子园51单片机学习网3T#d],c p_"v.E~DM
数据采集程序如下：
tLJ[C`1f0DATA_SAM: 
~4hmS9P`.F0 MOV     R0,#30H ；数据缓冲区首地址30H→R0
J9m-g-~yO/d Mx l0 MOV     R1,#00000000B ；0通道方式/通道数据电子园51单片机学习网 K e wD wl.|
 ACALL  RD_AD ；第一次读取的转换结果可能不准确,丢弃。电子园51单片机学习网i1f&X2G~$F#v|:O R
 MOV     R1,#00010000B ；1通道方式/通道数据
!\"`]|R#A0 ACALL  RD_AD ；送1通道方式/通道数据并读第0通道转换结果
#C^[Q1D&k|5x0 MOV     @R0,R2 ；转换结果存放到数据缓冲区,下同电子园51单片机学习网,J5`Xj FgB
 INC    R0 
z)F Lu+n#S1N a"i0 MOV     @R0,R3 
j p!N1r xDrrY0 INC    R0 电子园51单片机学习网(^Knf5p*b
 MOV     R1,#00100000B ；2通道方式/通道数据
5Iv_5N'}O4]0 ACALL  RD_AD ；送2通道方式/通道数据并读第1通道转换结果
1~!KS'y6w5T'qD(upe0 MOV     @R0,R2 
bDZ.\{8V1tE&q0 INC    R0 电子园51单片机学习网^9FM bEC)Ja j
 MOV     @RO,R3 
,j{9O@Y V0 INC    R0 
]:iBEIz0 ………… ；其它通道操作方式类推电子园51单片机学习网P8R9Mf P-J
 RET 

Y.Z$OP*fT`2q{ f]*b0
#v/N K`/z.Q5l1c0    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。电子园51单片机学习网xO_.X S }

Q hPN7G0电子园51单片机学习网.oLN?/eg
 CLK    EQU      P3.3 
d d%z{OgA!Z0 DIN    EQU      P3.4 电子园51单片机学习网oDW9P?6S~ Nn
 DOUT   EQU      P3.5 
NlE2~9py1~x0 CS      EQU     P3.7 电子园51单片机学习网5dgc r RQo'K
RD_AD: 电子园51单片机学习网J&}d7mo
 CLR    CLK ；清I/O时钟电子园51单片机学习网8n1f Y$X:\sqxD$bH1r
 SETB   CS ；设置片选为高
d c6i u~(h8`/`3G0 CLR    CS ；设置片选为低电子园51单片机学习网t@)s)s E!w f5Mo { kP
 MOV     R4,#08 ；先读高8位电子园51单片机学习网B1~rMQr
 MOV    A, R1 ；把方式/通道控制字放到A
{4~2kpo0LOP1: 
hf0VuNsj+_&e0MOV    C,DOUT ；读转换结果电子园51单片机学习网y0[7H*_~)M\
 RLC    A ；A寄存器左移，移入结果数据位，移出方式/通道控制位
7`;P.O J^lJa,LN0 MOV     DIN,C ；输出方式/通道位电子园51单片机学习网5SLk }`7U,Mu)p Y
 SETB   CLK ；设置I/O时钟为高电子园51单片机学习网 Q"Mq(QC @&x
 CLR    CLK ；清I/O时钟
bd;r,W.{!Eg%G$k0 DJNZ   R4,LOP1 ；R4不为0，则返回LOP1
W*D1{YV U N0 MOV     R2,A ；转换结果的高8位放到R2中
ICA[7gJ3n0 MOV     A,#00H ；复位A寄存器电子园51单片机学习网cX#M eQv+d^+L
 MOV     R4,#04 ；再读低4位电子园51单片机学习网u(G4N)tD.M9D,sl
LOP2: 
9@5BC U,{4Q#@A-[:~0 MOV     C,DOUT ；读转换结果电子园51单片机学习网bi.f3| ioi D
 RLC    A ；A寄存器左移，移入结果数据位电子园51单片机学习网A0d^3]@Z
 SETB   CLK ；设置I/O时钟为高
Bo'\ |ZY0 CLR    CLK ；清I/O时钟
7|/Q#Ge n!i0 DJNZ   R4,LOP2 ；R4不为0，则返回LOP2
-B| {9B7De#W0 MOV     R3,A ；转换结果的低4位放到R3中
EJ qP| Q@f0 SETB   CS ；设置片选为高电子园51单片机学习网B'PwfA3a
 RET 

'T mv,}"q5^e0
5y&g(d:rf PH%Q0    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。电子园51单片机学习网 j-Ht2AjB)n

ns_k@;Q |0电子园51单片机学习网v(~G8nB wS
INIT_COM: 电子园51单片机学习网1C/YW7AZ
 MOV   SCON,#50H ；串口方式1工作，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验电子园51单片机学习网p5Q6}LL4lB?i
 MOV   PCON,#80H ；SMOD=1，波特率增倍电子园51单片机学习网&F-wJ*q{r4{!?
 MOV   TMOD,#20H ；波特率设置，fOSC=12MHz，波特率=2* 2400，N=0F3H电子园51单片机学习网 N]2dh KVe!t
 MOV   TH1,#0F3H 电子园51单片机学习网Q*Khv EJ7u
 MOV   TL1,#0F3H 
6c$Vf:r.a u0 SETB  TR1 ；启动定时器T1
y;c&C.A&]q9q0 RET 电子园51单片机学习网SA6]}A:dp9w
RS232: 
7n+AF0c E F l0 MOV   R0,#30H ；缓冲区首地址30H→R0
7E3K"d M t0 MOV   R5,#22 ；发送数据长度→R5，11* 2=22电子园51单片机学习网X!IhQUc
LOOP: 电子园51单片机学习网9Y'A0T xAHq/m7]
 MOV   A,@R0 ；取数据→A
-B2mr8yS+x0 MOV   SBUF,A ；数据→SBUF
UGRK,gOS5}(E0WAIT:  电子园51单片机学习网NG Z0^v`9]$e
 JBC   TI,CONT ；判断发送中断标志，是1则转到CONT，并清TI电子园51单片机学习网W%PK-|hu
 SJMP  WAIT 电子园51单片机学习网 ^7NDH"{i]K
CONT: 电子园51单片机学习网o/MJ"{8@1u9r,\du
 INC   R0 电子园51单片机学习网E1L#I&l|[3u/u6s
 DJNZ  R5,LOOP 电子园51单片机学习网:{h{j v P.BR
 RET 电子园51单片机学习网1e0NSvfk%F)cS

9FsuwF!FC0
6m7oc8D,[_p04 上位机串口接收程序设计电子园51单片机学习网:k(hBUT!W hsfA%q,g

B'FbU\3c2K0
QU.w0I%Vgj0    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：电子园51单片机学习网5We9C5~ Z-|9| W

u%uZ5o&KB6b&^0void init_com1(void) /*初始化子程序*/电子园51单片机学习网rm:[9X:q@~
{
Rc^:b7X N{oe0outportb(0x3fb,0x80); /*线控制寄存器高位置1，使波特率设置有效*/
[Q-C/q4kpK0outportb(0x3f8,0x18); /*波特率设置，与单片机波特率一致为4800bps*/电子园51单片机学习网r.kG/hnV!C+b}
outportb(0x3f9,0x00);
'|e7kKmXP0outportb(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*/
:y&MO ~ tEY0outportb(0x3fc,0x03); /*Modem控制寄存器设置,使DTR和RTS输出有效*/电子园51单片机学习网 bP9^aXjA0D/p
outportb(0x3f9,0x00); /*设置中断允许寄存器，禁止一切中断*/电子园51单片机学习网.r {-jY+].@]
}电子园51单片机学习网s]4@k*Kr
void receive_data(void) /*查询方式接收数据子程序*/
+Hf!hq!BzO$o+\0{电子园51单片机学习网llT B8QA&]
     while(!kbhit())
f/mF1~i N7rX0     {电子园51单片机学习网!l9gc+d!M4j
 while(!(inportb(0x3fd)&0x01));/*若接收寄存器为空，则等待*/
a4s w&n u_W4Iz|!p0 printf("%x ",inportb(0x3f8)); /*读取结果并显示*/
HU+b]!gl ?0Ke0     }
n6v$p1R_Xe0     getch();电子园51单片机学习网 _v ^ T7g7S d
}  

v!^5kSWx05 结论

{``oI@%R8|l C0电子园51单片机学习网@%bGx6Di
    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。电子园51单片机学习网rKry"M.R&B