CN101158855A - 串行接口式单片机数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种串行接口式单片机数据采集系统。本发明采用单片机连接键盘、液晶显示模块，其主要技术特征在于单片机的通用I/O口线模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，即串口接串行扩展电路，串行扩展电路接单片机，模拟量输入经模数转换器接单片机，开关量输入、时钟电路接单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随机存储器。解决了总线引出易受干扰、系统的可靠性降低、布线密度高、占用电路板空间大、外围元件较多时序复杂等缺陷。本发明采用单片机的通用I/O口线来模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，并通过软件编程来实现与各外围器件的通信功能，简化了系统接口设计的复杂程度，并提高了系统工作的可靠性。

Description

串行接口式单片机数据采集系统

技术领域

本发明涉及一种数据采集系统，特别涉及一种串行接口式单片机数据采集系统。

背景技术

在本发明之前，传统微机化的数据采集系统中，均是以总线方式来扩展各功能部件，如A/D转换器、程序存储器、数据存储器、日历/时钟器件、显示器件及微型打印机等。但是，由这种三总线方式构成的数据采集系统中，所存在的问题是由于总线引出，易受干扰，造成系统的可靠性降低，同时也带来了布线密度高，占用电路板空间大，外围元件较多，时序复杂等问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述缺陷，设计、研制一种基于串行接口方式的单片机数据采集系统。

本发明的技术方案是：

串行接口式单片机数据采集系统，单片机连接键盘、液晶显示模块，其主要技术特征在于单片机的通用I/O口线模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，即串口接串行扩展电路，串行扩展电路接单片机，模拟量输入经模数转换器接单片机，开关量输入、时钟电路接单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随机存储器。

本发明的优点和效果在于采用单片机的通用I/O口线，来模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，并通过软件编程来实现与各外围器件的通信功能，简化了系统接口设计的复杂程度，并提高了系统工作的可靠性。

具体表现在：

1.实现了对多路模拟量和开关量的数据采集；

2.提供开漏输出信号，方便电平转换和驱动；

3.采用图形液晶显示模块，可直接显示汉字，一目了然；

4.可实现上位机的实时监控。

本发明的其他优点和效果将在下面继续描述。

附图说明

图1--本发明的方框示意图。

图2--本发明应用示意图。

具体实施方式

如图1所示：

根据实际采集数据的需要，分别设计了模拟量采集接口电路(图中是模拟量输入)、开关量采集接口电路(图中是开关量输入)、数字量采集接口电路(图中是STC89C58单片机)，基本涵盖了各种数据信息的采集；E2PROM存储器(图中为E2PROM在座器)用来保存系统的一些重要数据和参数，也可用于保存采集到的数据；时钟电路产生日期数据，实现了数据的定时采集和按时间日期保存数据的功能；键盘和液晶显示模块实现了人机接口，键盘用于输入数据和参数，输入的数据和参数可同时在液晶显示模块中显示出来，液晶显示模块还可实时显示采集到的数据；串行扩展电路为RS232，二线串行总线是通过此串行扩展电路RS232，使单片机具有了2个串行通信口，即串口1和串口2；串口1用于和上位机进行通信，将采集到的数据发送至上位机进行处理分析，上位机也可通过串口1发送数据和参数给采集系统；串口2用于扩展连接其他的现场智能设备，通过串口2可以将现场许多设备串接在一起，实现上位机对众多设备的集中监控；TLC1543是模数转换器，具有11个模拟量输入通道，10位分辨率的A/D转换器，因而本系统最多可实现11路模拟量的采集任务，模拟量的变化范围为0-5V，模拟输入端可以采集诸如温度、湿度、传感器的输出等模拟信号，转换成数据后供上位机分析处理；开关量输入用于采集外部开关信号，实现对开关量的数据采集，使开关量的输出实现控制功能，用于控制继电器、指示灯或其他的智能设备，达到实施控制的目的。数字量的采集直接使用单片机自身硬件资源，对于数字传感器输出的数字信号可直接使用单片机的口线完成数字信息的采集任务，这里将单片机的P1口作数字量采集接口。随机存储器采用32K字节容量的HM62256芯片，用于保存程序运行过程中的随机数据及数据的运算过程。

因为STC89C58单片机并不直接支持各种串行总线接口，所以这里采用了单片机的通用I/O口线，来模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线。TLC1543的接口采用SPI数据接口，SPI接口有3根线连接，分别是片选线、数据输入线和数据输出线，而STC89C58不具有SPI接口，因此用单片机的P1口的3根线分别连接片选线、数据输入线和数据输出线，单片机通过软件在这3根线上按照SPI接口的信号格式，在软件中将P10的3根线模拟成SPI接口，来实现与TLC1543的数据交换。同样，单片机也采用软件模拟方式来模拟I2C接口，实现同E2PROM存储器的数据交换。

因为串行扩展技术简单的硬件接口是以复杂的接口时序为代价的，因而在上述软件编程时一定要严格遵守器件的操作时序。

由于采用了SPI接口、I2C接口的芯片，单片机和每个芯片的连线只需3根线，而且可直接相连，而以前的3总线方式单片机与每个芯片至少要有10根线的连接，且它们与单片机不能直接连接，单片机需要通过增加译码电路和外围扩展芯片才能与它们连接。因此采用SPI和I2C接口后，减少了芯片的数量，也大大减少了线路的连接，在同样面积的线路板上减少了布线密度，提高了抗干扰能力。

如图1、图2所示：

总结应用本发明的过程：

该发明的模拟输入端可连接各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、压力传感器等设备，还可以和其他智能设备项链并交换数据；输出端用来控制其它被控设备，包括继电器、电磁阀等设备；可定时采集各路模拟信号，并将模拟信号转换成数据，保存在采集系统的存储器中；采集系统同时对采集到的数据进行分析处理，根据分析处理的结果向输出端输出信号，去控制被控设备动作。上位机可实时监控采集系统的运行情况，并和采集系统实时交换数据，以对传感器采集的数据进行分析处理并做出判断。

Claims (4)

1.串行接口式单片机数据采集系统，单片机连接键盘、液晶显示模块，其特征在于单片机的通用I/O口线模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，即串口接串行扩展电路，串行扩展电路接单片机，模拟量输入经模数转换器接单片机，开关量输入、时钟电路接单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随机存储器。

2.根据权利要求1所述的串行接口式单片机数据采集系统，其特征在于单片机的通用I/O口线是P1口线接模数转换器的SPI接口。

3.根据权利要求2所述的串行接口式单片机数据采集系统，其特征在于单片机的通用I/O口线是P1口线的三根线分别接模数转换器的SPI接口的片选线、数据输入线、数据输出线。

4.根据权利要求1所述的串行接口式单片机数据采集系统，其特征在于连接串行扩展电路的串口有串口1、串口2，串口1接上位机，串口2接现场智能设备。

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