一种分布式应变数据采集器的硬件设计

高学群

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州 213025）

一种分布式应变数据采集器的硬件设计

高学群

（常州刘国钧高等职业技术学校，江苏 常州 213025）

单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点，用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统，可以说，现在的家用电器基本上都采用了单片机控制，而且现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为计算机网络和通信设备的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制。

单片机；模拟量；集成电路；晶振

本设计主要是通过对数据采集器接收显示的电路进行设计，达到数据采集固有的基本功能和技术要求。整个设计利用单片机的串行口进行通信，接收下位机的四路开关模拟量信息，并将接收的四路开关模拟量信息进行分析，采取DLT-492协议串口通信。应用四位七段数码管显示下位机采集到的开关量信息和模拟量信息。运用Protel 99绘制电路原理图，并制作出PCB板，使元器件布局美观合理、无虚焊、焊点光滑等。硬件仿真调试正确，串口开关量信息和模拟量信息接收准确。通过软硬件的调试，确认此硬件设计已经达到设计要求，并使电路运行可靠稳定。

1 设计任务的分析

课题是一种分布式应变数据采集器的设计（上位机），所要达到的要求如下：①误码率：10-7。②采集时间：5ms。③采集误差：1%。④线路板焊点饱满、圆润，无虚焊等现象。⑤焊点符合规范，电路仿真正确。⑥PCB板制作要求线路清晰、布局合理。

本次设计主要是要通过软硬件的配合实现数据采集的功能，就是通过串口在数码管上显示开关量和模拟量。AT89S52具有高速度、低电压、低功耗、且可靠性和成本都比较低的特点，因此本次毕业设计采用AT89S52单片机作为整个电路核心控制器件。对于本次数据采集的原理和实现的功能，实现气味数码管显示开关模拟量，因此上位机只需一块AT89C52单片机就够了。设计电路时运用89S52系列单片机的接口来实现各种输入、输出功能。P1.0口用来作输出口，向发声电路输出信号；P2口和P0口共同实现一个矩阵键盘的功能。同时设计了一个直流稳压电路增加电路的适应性，使整个系统更加紧凑，工作十分稳定。

2 系统的总体设计规划

（1）硬件部分。本次毕业设计采用AT89S52单片机作为面板控制部件，AT89S52用上电自动复位，11.0592MHZ的晶振和两个瓷片电容形成晶振电路。面板上由七位数码管和上拉电阻，以及7407与门构成显示部分，硬件系统框图如图1所示。

图1 硬件原理电路框图

（2）软件部分。软件部分采用C语言编写程序。C语言程序设计步骤：第一步：分析问题。第二步：画出程序的基本轮廓。第三步：实现该程序。

3 系统的硬件设计

3.1 上位机硬件模块简介

该电路采用AT89S52单片机最小化应用，采用共阴7段LED显示器，P2.4～P2.7口作为列扫描输出，P0口输出断码数据，采用P3.0RX串口接收；采用11.0592MHz，可提高可靠的波特率。

根据本次上位机硬件设计的任务：电路由复位电路、时钟电路、振荡电路、四个7407与门和四位七段数码管构成整个上位机的硬件。通过制作电路原理图和仿真调试确定电路布线合理和连接正确。

3.2 上位机各部分电路功能原理及元器件选取

（1）复位电路。为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V±5%，即4.75～5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。

（2）时钟电路。时钟电路是单片机的心脏，它控制着单片机的工作节奏，可以提高时钟频率来提高CPU的速度。在单片机内部有一个可控的反相放大器，引脚XTAL1、XTAL2为方向放大器的输入输出端，在XTAL1、XTAL2上外接晶振和电容便组成振荡器。而电容C1、C2的典型值为30pf±10pf。振荡器的频率主要取决于晶振的频率，因为上位机需要稳定的起振荡，因此一般选用11.0592MHz的晶振，因为11.0592的晶振可以提供稳定的波特率。

在时钟电路中振荡器的电容一般叫负载电容。该电容是根据晶振厂家提供的晶振要求负载电容选值的，换句话说，晶振的频率就是在它提供的负载电容下测得的，能最大限度地保证频率值的误差，也能保证温漂等误差。两个电容的取值都是相同的，或者说相差不大，如果相差太大，容易造成谐振的不平衡，也容易造成停振或者干脆不起振，因此一般选用30pf±10pf。所以，在硬件设计中选用两个负载电容值C1=C2=10u。

［1］张义和，陈敌北.例说8051［M］.北京：人民邮电出版社，2006.

［2］张友德，赵志英.单片微型机［M］.上海：复旦大学出版社，2006.

［3］蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2006.

［4］胡耀辉.单片机系统开发经典［M］.北京：冶金工业出版社，2006.

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高学群（1963-），男，江苏常州人，实验师，维修电工高级技术，主要研究方向：电工电气。