基于C8O51f060单片机的数据采集系统

0 引言

    随着测控系统自动化、智能化的发展，要求传感器及仪表的准确度更高，可靠性更强，并具有一定的数据处理能力及自检、自校验、自补偿等功能。传统测控方式已不能满足这些要求。近几年来，由微计算机、传感器和通讯等技术结合而产生的功能强大的传感器数据采集系统可以准确、及时地获得并处理信息，提高了收集环境信息的有效性和速度。智能化、数字化数据采集系统己成为当今科技界研究的热门课题。

1 总体方案设计

    该系统是以C8051f060单片机为核心，对数据进行放大滤波采集，经过单片机内部A／D转换，最后将数据存入FLASH， 同时可以通过串口将数据传送到PC机上显示。采集系统硬件框图如图1所示。

1．1 信号放大电路设计

    本系统所用Ad623是一款性能非常好的仪表放大器，它有以下特点：a．在单电源3~12V下提供满电源幅度输出，使设计更为简单；b．虽为单电源工作方式优化设计，但在±2．5~±6V双电源时，仍有优良性能；c．增益通过一只外接电阻可方便地调节。无外接电阻时，被设置为单位增益(G=1)，接人电阻时，增益可高达1000：d．共模抑制比随增益的增加而增大，保持最小误差；e．低功耗，宽电源电压，适合电池供电电路，线性度、温度稳定性、可靠性好；f．具有较宽的共模输入范围，可以放大具有低于地电平150 mv的共模电压信号。

1．2 信号滤波电路设计

    本系统所用MAX291是MAXIM公司生产的八阶巴特沃斯型开关电容式有源低通滤波器，它的3dB截止频率可以在0．1～25kHz之间选择，具有固定的归一化频率响应。时钟频率fCLK与截止频率fC的比值为100：1；噪声低，典型值为-70dB THD+Noi se。如果直接利用MAX291的内部时钟振荡器，只需外接一个电容，电容值和3dB截止频率满足:

    
    由式(1)可知，截止频率由引脚CLK的外接电容的大小控制。选用MAX291实现抗混叠滤波器有巨大的优势。

    图2是滤波电路的滤波效果对比图。

    从图中可以看出，信号纹波大大减小，达到了较好的滤波效果。

1．3 A／D转换的设计与实现

    C8051F060的ADC子系统包括两个1Msps、16位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路、可编程窗口检测器和：DMA接口，这两个ADC可以被配置为两个独立的单端方式。这两个ADC也可以被独立使能或禁止，窗口检测器和DMA接口都可用特殊功能寄存器控制，其原理框图如图3所示。

2 软件设计

    系统加电后，首先对微处理器进行必要的初始化，才能使系统正常工作，主要包括时钟初始化、数字交叉开关(即端口模式)初始化。然后通过计算机发送命令，让传感器完成相应的功能。这些功能是单片机里的程序实现的。这些功能主要包括：a．采集传感器信号并且经过A／D转换后保存在FLASH存储器中；b．读取FLASH存储器的数据，经过RS232串口送到计算机；c．读取FLASH存储器的数据，这些数据经过滤波处理后经过RS232串口送到计算机；d．擦除FLASH存储器。其流程图如图4所示。

    计算机接收到的单片机输出的部分数据如图5所示。

3 结束语

    由于生产和科研领域对测试的要求越来越高，所需测试和处理的数据量也越来越大，通过采用大容量存储器和高精度A／D可解决问题，因此本数据采集系统具有一定的应用价值。