基于Aduc845 单片机数据采集最小系统的设计

　　摘要：随着计算机技术的发展，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。本设计采用两个Aduc845 单片机和其它芯片构成数据采集系统，下位机通过负责模拟数据的采集，并应答主机发送的命令，从机负责采集四路数据，上位机负责处理接受过来的数字量并对其进行储存及实时显示。同时，上位机可通过串行口与PC 机进行通信，可对存储的数据进一步处理。该系统即继承了传统系统的优点也可实现数据的查询与处理。

　　0 引言

　　在工业、农业、建筑、冶金等行业中由于某些场所物理环境比较恶劣，不方便人工采集数据，但实际生产又需要实时采集处理数据以支持后面的生产，因此如何实现方便快捷的采集数据和准确高效的处理数据就成为我们研究的重点，因此本文提出了基于Aduc845 单片机的数据采集系统的设计。

　　1 总体设计

                            

　　Aduc845 单片数据采集系统是采集温度、湿度、光照强度、CO2浓度的采集系统。图中传感器电路用来采集四路数据；单片机Ⅰ用来处理和转换传感器电路的信号和应答主机发送的命令；单片机Ⅱ用来发送采集命令和处理接受的数字量， 同时与LCD 显示电路和存储器相连对各个量进行实时显示、储存并通过通信芯片和PC 机进行通信。

　　2 电路设计

　　2.1 传感器电路设计

　　传感器电路采用TSL2561、DHT11 和基于LM393 的CO2检测传感器三个数字传感器分别采集光照强度、温度和湿度、CO2浓度四路数据。此三个传感器均为数字输出不需要D/A 转换即可与从机相互应答，其灵敏度高，抗干扰能力强，具有快速响应的特性并且低功耗、噪音低的特点。因此，本设计采用此三种传感器作为传感器电路。电路图如图2:

　　2.2 主机与从机通信电路设计

　　Aduc845 具有三种串行输入/输出接口：通用串行异步接口、串行外设接口（SPI）和I2C 串行接口。

　　SPI 允许8 位数据同时同步的发送和接收，但SPI 引脚和P2 引脚复用，所以只有SPE 引脚被置位时，复用的引脚才有SPI 功能，否则，随着SPI 被清零，这些引脚将保持标准的P2 功能。

　　Aduc845 也支持完全的I2C 串行接口， 此接口可配置为软件主操作和硬件从操作模式。I2C 接口可同时用作SPI 接口，它可供用户使用且其不与芯片上使用其它I/O 口复用， 这就意味着ADuC845 芯片上的I2C 接口和SPI 接口可同时使用。当使用I2C 接口时，由于他们都使用同一中断程序，在有中断产生时，必须查询接口以确定是哪一个接口触发职断服务程序请求。

　　由于只有一个从机，且P2 引脚用于显示电路中，所以为了避免引脚复用，我们采用I2C 接口实现主从机的通信，电路图如图3:

　　2.3 显示电路设计

　　在单片机应用系统中， 通常用LED 显示器和LCD 显示器作为显示电路。LED 显示器虽然显示清晰、亮度高、适用电压低、寿命长，但是其显示信息简单。LCD 显示器体积小，重量轻、功耗低、显示内容丰富。

　　由于本设计显示信息量较大，所以采用RT-1602C 字符型LCD 液晶显示器作为显示电路，电路图如图4:

　　2.4 键盘输入设计

　　非编码键盘有两种接口方法：一种是独立按键接口；另一种是矩阵式按键接口。

　　2.4.1 独立按键接口

　　在单片机中，如果所需的按键较少，可采用独立式键盘。每只按键接单片机的一条I/O 线，通过对线的查询，即可识别各按键的状态。如图5 所示。6 只按键分别在单片机的P1.0~P1.3I/O 线上。无按键按下时，P1.0~P1.3 线上均输入高电平。当某按键按下时，与其相连的I/O 线将得到低电平输入。

　　2.4.2 矩阵式按键接口

　　在单片机中需要的按键较多时，通常把键排成矩阵形式，这样可以节省硬件资源。如对于20 只按键接口，如采用按键独立方式，需要20 个I/O 口。如采用矩阵式按键方式，则只需要9 个I/O 口。如图6 所示。单片机系统中的非编码式键盘程序主要由判别是否有键按下子程序、键的识别子程序、找到闭合键后，读入相应的键值，再转到相应的键处理程序几个部分组成。

　　在该系统中所用到的按键有6 个，所以采取独立按键接口方式。

　　2.5 存储电路设计

　　ADuC845 包含一个64K 字节闪速/电擦除程序存储器， 其中低62K 字节供用户使用，可用作程序存储器或附加NV 数据存储器。由于程序存储器与数据存储器共有64K 其容量显然对于存储数据太小，所以我们用两个6264 存储芯片进行了数据存储扩展开扩大数据存储空间，设计电路如下：

　　2.6 与PC 机的通信设计

　　一般的通信方式有并行通信和串行通信两种。并行通信虽然通信速度快，但是其传输信号线多，传输距离较远时线路复杂，成本高；串行通信又分为串行异步通信和串行同步通信两种，同步方式传送的位数多，对发送时钟要求较高，控制线路复杂，但传送速度较快；异步传送的位数较少，对发送时钟线路和接收时钟的要求相对不高，线路简单，但传送速度较慢。与我们的设计要求相比，我们选择线路较简单，对时钟要求不高的串行异步传送方式与PC 机进行通信。电路图如下：

                           

　　3 软件设计

　　整个系统通过单片机控制按键来决定所要的动作，以期获得所需的主要参数，系统流程如图9 所示：

                                      

　　4 总结

　　该设计终实现了对温度、湿度、光照强度和CO2浓度的四路数据采集。该系统采用主从应答式对四路数据进行实时采集、显示和存储，并通过串行口与PC 机进行通信，通过PC 机对数据进行进一步分析处理。该系统分辨率高，噪音低，克服了传统数据采集系统的不足。