基于AT89S52单片机控制检测系统设计

王 栋 ， 靳 鸿

（1.中北大学 电子测试技术国家重点实验室，山西 太原 030051；

2.中北大学 仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051）

数据采集系统在许多领域有越来越广泛的应用，随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速发展。由于机车车顶高压设备为户外安装设备，要求25 kV高压电气设备与机车车顶有足够的高压绝缘性能，以防止由于雨、雪等恶劣天气以及雷电的侵袭[1]。文中是针对机车车顶高压设备配件是否接地的问题，设计的电压信号采集系统。

1 系统总体设计

本设计是对逆变器将蓄电池直流电变换成110 V/50 Hz交流电，通过高压电压互感器升压至29 kV加在车顶高压电器设备上的过程，电压信号采集电路将逆变电源的测量电压转换成单片机可处理的0～5 V，并进行A/D转换和信号处理，然后送入单片机处理。单片机系统将完成对A/D转换后的数据进行判断、记录存储并显示在显示屏上。如图1所示。

图1 系统的总体原理图Fig.1 System overall schematic diagram

1.1 主控模块设计

主控制模块采用AT89S52芯片，是低功耗、低电压、高性能，采用CMOS工艺8位单片机，单片机内部有8 kB的可在线编程的FLASH存储器[2]。芯片价格低廉、性能可靠、抗干扰能力强[3]。这些使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提高灵活，超有效的解决方案。

主控芯片的P3.5管脚接A/D芯片，管脚P3.6，P3.7接EEPROM存储器，管脚 P2.7是报警控制，P1.0，P1.1，P1.2接实时时钟，管脚 P0.0-P0.7，P2.0，P2.1，P2.2是数码管供电和显示。管脚 P2.3，P2.4，P2.5，P2.6是按键信号。管脚 3.0（RXD）—P3.1（TXD），P1.5，P1.6，P1.7 是单片机与 PC 机的通信信号。如图2所示。

1.2 A/D采集模块

A/D芯片采集选用 LM331，LM331是通用型 V/F转换器，频率范围为1～100 kHz，最大非线性误差为0.01%，最大温漂为50 ppm/℃，电源范围为4～40 V，输入电压范围为一2.0 V～VS[4]。模拟信号经压/频转换器LM331，把电压信号转化为脉冲信号，脉冲信号送到计算机的计数/定时端口，有计算机对频率信号进行接收、处理、储存。由于压/频转换器LM331的压/频转换关系成线性，所以我们可以根据采集到频率数据知道模拟信号的大小，从而实现了模拟信号到数字信号的转换.频率计数器、定时器可以使用计算机的计数/定时端口，通过软件编程实现。基准频率，数据处理也是通过软件编程实现，数据可以储存到内部数据存储器或外部数据存储器中[5]。如图3所示。

图2 AT89S52单片机硬件连接图Fig.2 AT89S52 microcontroller hardware connection diagram

图3 A/D转换芯片框图Fig.3 A/D transformation chip diagram

1.3 EEPROM存储器电路

EEPROM存储器电路采用24C08A，通过5脚的串行数据SDA和6脚的串行时钟SCL将数据送到单片机的P3.6、P3.7对数据进行存储。原理图如图4所示。

图4 EEPROM存储器电路Fig.4 EEPROM memory circuit

24C08A支持I2C总线数据传送协议，I2C总线协议规定，任何将数据传送到总线的器件作为发送器任何从总线接收数据的器件为接收器数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的主器件和从器件都可以作为发送器或接收器 但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，通过器件地址输入端 A0、A1和A2可以实现将最多8个24WC01和24WC02器件 4个 242C04器件，2个24WC08器件和1个24WC16器件连接到总线上[6]。A0、A1、A2为器件地址选择，SDA为串行数据/地址，SCL为串行时钟，WP为写保护，VCC为工作电压，GND为地。

1.4 信号显示模块

信息显示模块是时钟信号传输到单片机，74HC595是具有速度快、功耗小、操作简单的特点，可以很方便的用于单片机接口进行驱动LED的操作[7]。本设计是采用两片74HC595控制16个数码管显示电力机车车顶绝缘检测装置的时间、日期、次数和电压。

1.5 通信接口模块

RS232通信接口电路主要实现存储记录的转储。RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准[8]。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。RS232串行接口总线适用于:设备之间的通讯距离不大于15 m，传输速率最大为20 kB/s，当然这两个指标具有相关性，适当降低通信速度，可以提高通信距离，反之亦然。如图5所示。

图5 232通信接口电路图Fig.5 Communication interface circuit

2 系统软件设计

根据设计要求，按照实现功能的分类，系统软件主要完成5项任务：系统初始化、数据采集、数据处理、键盘响应和数据显示。数据采集系统如图6所示。

图6 数据采集系统程序流程图Fig.6 Data acquisition system program flow diagram

3 结束语

基于AT89S52单片机控制检测系统设计完成后，将程序编译生成的文件写入单片机，并对系统的运行状况进行观察，实验表明：本系统具有性能稳定、操作简单、性价比好的特点，很好的实现了数据采集的要求。

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