【单片机课程设计】数据采集系统的设计与实现.pdf

数据采集系统的设计与实现

1设计目的和要求分析

设计一个数据采集系统，系统要采集10路模拟量(10位精度)，20路开关

量，采集的数据每隔1秒，通过串行通讯方式RS485向一台工控机传送。

要求：

①选择合适的芯片；

②设计原理电路（包含译码电路）；

③编制数据采集的程序段；

④编制数据通信程序段；

本次任务是设计一个数据采集系统，系统要采集10路模拟量(10位精度)，

20路开关量，采集的数据每隔1秒，通过串行通讯方式RS485向一台工控机传

送。由以上要求可知该系统设计可分为四个部分：模拟量采集电路、开光量采集

电路、单片机与PC机的串口通讯电路及程序设计部分。下面分别做详细的介绍。

2模拟量采集电路设计

摸拟量的采集要用到A/D转换芯片，而且要求精度为10位，这里选择TLC15

43A/D转换器。同时TLC1543有11路模拟通道输入满足采集10路模拟量的要求。

TLC1543是一种低功耗、低电压的10位开关电容逐次逼近模数转换器，最大非

线性误差小于1LSB，TLC1543A/D转换芯片有三个输入端和一个3态输出端片选

CS、输入/输出时钟（I/OCLOCK）地址输入（ADDRESS）和数据输出DATAOUT，

这样就和主处理器的串行口有一个直接的4线接口。除了高速的转换器和通用的

控制能力外，这些器件有一个片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任

何一个或3个内部自测试（self-test）电压中的一个。采样-保持是自动的。

在转换结束时,“转换结束”（EOC）输出端变高以指示转换的完成。。开关电容

的设计可以使在整个温度范围内有较小的转换误差。TLC1543详细资料如下：

（1）TLC1543引脚如下图1所示：

1

图1TLC1543引脚图

（2）TLC1543工作时序图如下图所示：

图2TLC1543工作时序图

（3）TLC1543A/D芯片的数据读取程序设计

A/D芯片的数据读取程序是根据TLC1543的工作时序来进行设计的。TLC1543

工作时序如图2所示，其工作过程分为两个周期：访问周期和采样周期。工作状

态由CS使能或禁止，工作时CS必须置低电平。CS为高电平时，I/OCLOCK、ADDRESS

被禁止，同时DATAOUT为高阻状态。当CPU使CS变低时，TLC1543开始数据转换，

2

I/OCLOCK、ADDRESS使能，DATAOUT脱离高阻状态。随后，CPU向ADDRESS端提供

4位通道地址，控制14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压

中选通1路送到采样保持电路。同时，I/OCLOCK端输入时钟时序，CPU从DATAOUT

端接收前一次A/D转换结果。I/OCLOCK从CPU接受10个时钟长度的时钟序列。前

4个时钟用4位地址从ADDRESS端装载地址寄存器，选择所需的模拟通道，后6个时

钟对模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4个I/OCLOCK的下

降沿，而采样一直持续6个I/OCLOCK周期，并一直保持到第10个I/OCLOCK的下

降沿。转换过程中，CS的下降沿使DATAOUT引脚脱离高阻状态并起动一次I/O

CLOCK的工作过程。CS的上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使DATAOUT

引脚返回到高阻状态，经过两个系统时钟周期后禁止I/OCLOCK和ADDRESS端。

TLC1543数据采集子程序流程图如图3所示。该程序通过CPU通道地址的

写操作，发出A/D转换启动脉冲，启动以后CPU查询A/D转换是否结束，一旦结

束CPU通过对通道地址的读操作读取数值，值得注意的是在TLC1543启动后，从

A/D转换时序可知EOC约在启动脉冲之后300ns才变为高电平。

开始

设置通道地址