基于C8051F020單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)

摘要：闡述了一種以C8051F020芯片為核心的數(shù)據(jù)采集電路，該電路通過電壓轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)操縱桿模擬信號(hào)的高速、高精度的采集，并通過RS-422串口通信模塊實(shí)現(xiàn)與光電穩(wěn)定平臺(tái)的通信控制。該電路具有響應(yīng)速度快，精度高，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，易擴(kuò)展等特點(diǎn)，在很大程度上提高了模擬信號(hào)采集的效率，完全可以滿足信號(hào)采集處理對(duì)高精度和實(shí)時(shí)性的要求。
關(guān)鍵詞：C8051F020；A／D轉(zhuǎn)換；RS-422串口通信；信號(hào)采集

數(shù)據(jù)采集是為了對(duì)溫度、壓力、流量、速度、位移、光強(qiáng)度、聲音等物理量進(jìn)行在線測(cè)量和控制，通過傳感器把上述物理量轉(zhuǎn)換成模擬物理量的電信號(hào)。然后將模擬電信號(hào)經(jīng)過處理并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量，送入計(jì)算機(jī)處理、存儲(chǔ)、傳輸和顯示。
在操縱桿控制器的工作過程中，需要對(duì)操縱桿X軸和Y軸輸出的2路電壓信號(hào)進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)范圍要求在-1 500～1 500，采樣精度為12位。另外還需要對(duì)采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并通過串口與兩自由度光電穩(wěn)定平臺(tái)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)定平臺(tái)的功能控制，通信周期為80 ms。出于成本的考慮，沒有采用傳統(tǒng)專用A／D芯片+單片機(jī)的設(shè)計(jì)模式，只用了一片C8051F020單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了上述功能。

1 芯片簡(jiǎn)介
Cygnal公司的C8051F020單片機(jī)是一款高性能的數(shù)字／模擬混合微處理器，具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內(nèi)核。具有豐富的片內(nèi)資源和外圍接口，-40～+85℃的工作環(huán)境，內(nèi)置有12位精度的A／D采集接口，在工業(yè)甚至軍用領(lǐng)域中自動(dòng)控制和智能監(jiān)控等方面得到了廣泛的應(yīng)用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號(hào)處理電路復(fù)雜龐大，且采集速率慢，溫漂大，抗干擾性差。所以本系統(tǒng)采用C8051F020單片機(jī)直接將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳給穩(wěn)定平臺(tái)系統(tǒng)，電路簡(jiǎn)單實(shí)用，采集速率快，精度高并且通過RS 422通信模塊與穩(wěn)定平臺(tái)通信，抗干擾性強(qiáng)。
該系統(tǒng)由C8051F020單片機(jī)、晶體、電源模塊及RS 422通信模塊等部分組成。外部電源為+28 V，經(jīng)DC28S5電源模塊變換后輸出+5 V，給操縱桿和MAX490芯片供電。由于單片機(jī)需要3．3 V的電源才能工作，因此需要將+5 V電源經(jīng)三端穩(wěn)壓器LT1117-3．3 V變換后供給單片機(jī)使用。然后把經(jīng)過電壓調(diào)制的操縱桿模擬信號(hào)連接到單片機(jī)的ADC輸入端口上，啟動(dòng)單片機(jī)內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換電路，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)到內(nèi)存。最后，按照規(guī)定的通信格式，通過單片機(jī)的串口和MAx490芯片將信號(hào)發(fā)送給穩(wěn)定平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定平臺(tái)的操縱控制過程。
系統(tǒng)工作原理如圖1所示。

2．1 基準(zhǔn)電壓的配置
單片機(jī)ADC0模塊所使用的電壓基準(zhǔn)采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓1．2 V，其內(nèi)部電壓基準(zhǔn)電路由一個(gè)1．2 V1 5 ppm／典型值的帶隙電壓基準(zhǔn)發(fā)生器和一個(gè)兩倍增益的輸出緩沖放大器組成內(nèi)部基準(zhǔn)電壓(2．4 V)。通過VREF引腳連到芯片的VREF0引腳，并在VREF引腳與AGND之間接入0．1 μF和4．7μF的旁路電容，用來將VREF的開啟時(shí)間控制在2 ms。