一个单片机串行数据采集/传输模块的设计[分享]

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西安第二炮兵工程学院180分队（710025） 吴勇军  陈祥初  赵军红  刘政波

摘 要    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。

    关键词    串行A/D转换器    串行数据传输    GMS97C2051单片机

    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。

1 主要器件介绍

1.1 TLC2543串行A/D转换器

    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：

（1）12位分辨率A/D转换器；
（2）在工作温度范围内10μs转换时间；
（3）11个模拟输入通道；
（4）3路内置自测试方式；
（5）采样率为66kbps；
（6）线性误差+1LSB（max）
（7）有转换结束（EOC）输出；
（8）具有单、双极性输出；
（9）可编程的MSB或LSB前导；
（10）可编程的输出数据长度。



    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。

1.2 GMS97C2051单片机

    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。

1.3 电平转换器MAX3232
    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，引脚排列如图3所示。


2 硬件设计

硬件电路如图4所示。
  
    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。

3 单片机软件设计

    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。

    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。

    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。

数据采集程序如下：

DATA_SAM:  
MOV     R0,#30H ；数据缓冲区首地址30H→R0

MOV     R1,#00000000B ；0通道方式/通道数据
ACALL  RD_AD ；第一次读取的转换结果可能不准确,丢弃。
MOV     R1,#00010000B ；1通道方式/通道数据
ACALL  RD_AD ；送1通道方式/通道数据并读第0通道转换结果
MOV     @R0,R2 ；转换结果存放到数据缓冲区,下同
INC    R0  
MOV     @R0,R3  
INC    R0  
MOV     R1,#00100000B ；2通道方式/通道数据
ACALL  RD_AD ；送2通道方式/通道数据并读第1通道转换结果
MOV     @R0,R2  
INC    R0  
MOV     @RO,R3  
INC    R0  
………… ；其它通道操作方式类推
RET  

    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。

CLK    EQU      P3.3  
DIN    EQU      P3.4  
DOUT   EQU      P3.5  
CS      EQU     P3.7  
RD_AD:  
CLR    CLK ；清I/O时钟
SETB   CS ；设置片选为高
CLR    CS ；设置片选为低
MOV     R4,#08 ；先读高8位
MOV    A, R1 ；把方式/通道控制字放到A
LOP1:  
     MOV    C,DOUT ；读转换结果
RLC    A ；A寄存器左移，移入结果数据位，移出方式/通道控制位
MOV     DIN,C ；输出方式/通道位
SETB   CLK ；设置I/O时钟