基于W77E58單片機的通用數(shù)據(jù)采集和通訊儀的設計

0 引言
單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是指利用單片機對現(xiàn)場的各種信號，包括：非電量信號(如溫度、壓力、流量等)，電信號(電壓、電流)，以及開關量，頻率量信號等進行采集，存儲，顯示，傳輸?shù)南到y(tǒng)。目前，8位單片機由于其控制功能強大、品種多、價格低廉，正廣泛應用于各個領域，特別是應用在數(shù)據(jù)采集，設備控制等方面，是單片機應用中的主流機種。本文采用臺灣華邦公司生產(chǎn)的高性能Turbo-51系列單片機 W77E58，實現(xiàn)了一種基于單片機的通用數(shù)據(jù)采集和通訊儀的研制，具有較高的實用價值。為了使設計的數(shù)據(jù)采集儀應用方便，系統(tǒng)利用PTR2000無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與上位機進行通訊，以便能隨時響應控制中心的PC機的數(shù)據(jù)上傳命令，將采集到的數(shù)據(jù)實時上傳給控制中心。

1 系統(tǒng)硬件設計
本文設計的通用數(shù)據(jù)采集和通訊儀能夠?qū)Ω鞣N現(xiàn)場設備的標準輸出信號進行采集，包括傳感器輸出的0-5V／4-20mA模擬信號；開關量信號；頻率量信號；此外系統(tǒng)還具有RS-485接口，以便能夠與現(xiàn)場具有485接口的智能儀表相連接。為了實現(xiàn)良好的人機交互，系統(tǒng)擴展了鍵盤輸入，液晶顯示，實時時鐘以及現(xiàn)場故障報警指示電路等模塊。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

1．1 電源模塊電路設計
在單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，電源的設計是非常關鍵的。本儀表設計采用電網(wǎng)和充電電池雙電源供電。電源設計如圖2所示。

當電網(wǎng)電壓正常時，220V交流電經(jīng)過24V穩(wěn)壓電源，電解電容器C1濾波后的電壓經(jīng)二極管D1后分成兩路，一路通過三極管Q1到7805三端穩(wěn)壓芯片，完成穩(wěn)壓輸出+5V電壓，供單片機W77E58等芯片所需的電源；另一路通過電阻R1對鎳鎘電池9V進行充電，充電電流選擇約40mA。如果電網(wǎng)停電， C1放電為0V，這時，電池通過D2、Q1到7805向電路供電，使輸出端仍有+5V電壓，從而完成電網(wǎng)短時停電時，單片機后備電源的功能。
二極管D1起隔離作用，使得當電網(wǎng)偶爾停電時，能夠阻止電池電流流向24V穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓管D3(5．6V)的作用，是防止電池(+9V)過放電，即當電池放電下降到約6V時，因D3作用，三極管Q1截止，電池放電停止，此時單片機將停電。
1．2 實時時鐘芯片DS12887
為了能夠?qū)崟r顯示系統(tǒng)時間以及實現(xiàn)按時間日期保存采集到的數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)擴展了一片并行實時時鐘日歷芯片DS12887。DS12887是DALLAS半導體公司推出的實時時鐘芯片，采用CMOS技術制成，把時鐘芯片所需的晶振和外部鋰電池相關電路集成于芯片內(nèi)部。DS12887芯片具有微功耗、外圍接口簡單、精度高、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點，在現(xiàn)代工業(yè)控制及智能儀器儀表中有著廣泛的用途。