多通道數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)設(shè)計

引言

　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，環(huán)節(jié)眾多、流程復雜、數(shù)據(jù)不斷更新、隨著生產(chǎn)工藝改進的迫切要求，需要研制新型數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)即多通道數(shù)據(jù)實時采集系統(tǒng)。基于stc11f48xe具有完全兼容8051系列單片機、含有flash技術(shù)主導的存儲器、可反復進行單片機控制試驗等優(yōu)點，本文選用它作為數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的cpu。在和本地的通訊中采用rs485標準，相比rs232大大提高了通訊速率、傳輸距離和多機連接的能力，這樣使本文設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有抗干擾性強、響應(yīng)速度快的優(yōu)點，同時可擴展為多機通信。

系統(tǒng)總體方案設(shè)計

　　根據(jù)系統(tǒng)要求，整個系統(tǒng)由主要以下幾個部分組成：旋轉(zhuǎn)變壓器、ad2s1200、電源模塊、stc11f48xe、485通信模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)的工作原理為：旋轉(zhuǎn)變壓器綁定在電機轉(zhuǎn)軸上，通過ad2s1200給的勵磁信號產(chǎn)生正余弦信號送回給ad2s1200，ad2s1200對正余弦信號進行處理后得到轉(zhuǎn)軸的位置，把這個數(shù)據(jù)以入堆棧的方式存進stc11f48xe的ram中，當上位機請求讀取數(shù)據(jù)量時，單片機通過自定義的協(xié)議把數(shù)據(jù)傳送給上位機。

硬件電路設(shè)計

　　a/d轉(zhuǎn)換模塊

　　模擬數(shù)據(jù)量通過旋轉(zhuǎn)變壓器采集，通過ad2s1200芯片完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。ad2s1200是ad公司推出的12位帶參考振蕩器的r/d轉(zhuǎn)換器，具有以下主要特點：（1）并行和串行輸出方式；（2）系統(tǒng)錯誤檢測；（3）絕對位置和速度輸出；（4）差分輸入；（5）最大跟蹤速度為1000rps，可仿真12位分辨度的增量式編碼器；（6）與dsp和spi接口標準兼容。由于本文設(shè)計的是多路數(shù)據(jù)采集，所以我選用串行輸出方式。ad2s1200串行輸出時序圖如圖2所示。

　　如圖2所示，在sample信號拉低t2時間后，cs信號即片選信號被拉低，sample信號必須保持t1時間的低電平，rdvel信號我們選擇給以高電平，代表輸出信號是位置量。這時在so口會有數(shù)據(jù)輸出，要讀出so的數(shù)據(jù)還需要rd為低電平，且在sclk的下降沿，這樣讀出的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。讀串行數(shù)據(jù)的時間要求如圖3所示。

　　單片機和通信模塊

　　單片機采用宏晶科技的stc11f48xe。8051單片機在讀取外部狀態(tài)時i/o口必須先置高。傳統(tǒng)8051單片機執(zhí)行i/o口操作，檢測高低電平變化以及讀外部狀態(tài)都是12個時鐘周期，因此在讀取外部狀態(tài)i/o時相應(yīng)的i/o端口已經(jīng)是高電平。而stc11f48xe執(zhí)行相應(yīng)的操作只需要4個時鐘周期，在執(zhí)行完由低變高的指令后，需要再過一個時鐘周期該i/o口才會變高，這時可以通過增加兩個空操作延時指令來滿足讀狀態(tài)條件。單片機控制電路和通信電路如圖4所示。

　　單片機在數(shù)據(jù)通信時經(jīng)過一個總線收發(fā)器74hct245和一個施密特觸發(fā)器74ls14到達rs485的驅(qū)動電路，通過485接口和上位機進行數(shù)據(jù)傳輸。其中總線收發(fā)器是為了加強信號，施密特觸發(fā)器是為了修正波形。lbc184是常用的485通信芯片同時完成將ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平。