1、165基于 C8051 的数据采集系统设计Design of Data Acquisition System Based on C8051王 敏Wang Min（西安职业技术学院工业分院机电系， 陕西 西安 710032 ）（ Department of Mechanical 以太网 ; C8051中图分类号 ： TP274 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1671-4792-(2008)5-0030-03Abstract: A C8051F021 core date acquisition system was designed, through the Ethernet and PC m
2、ake communication,the acquisition signal was changed to electronic signal by the system, and after the process enlarges carrieson A/D transforms, obtains the current capacity information, and coordinates the time to read in together thedata-carrier storage. Part hardware circuit and part software de
3、sign flow chart was given, this scheme hasbetter design efficiency and application value.Keywords: Date Acquisition; Ethernet; C80510 引言数据采集， 是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程， 数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、 用户自定义的测量系统。 随着互联网络软硬件的迅猛发展， 网络用户快速增长，不仅为数据采集系统的应用开拓广阔前景， 也对数据采集技术的发展产生了深刻的影响。 在计算机网络互联的同时， 各种
4、仪器仪表、 家电设备以及工业生产中的数据采集与控制设备慢慢的走向网络化， 便于共享网络中丰富的信息资源。 在这种情况之下数据采集在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。1 数据采集系统结构由于生产和科研领域对测试的要求越来越高， 所需测试和处理的数据量也越来越大， 可能需要多个测试仪器同时进行处理， 也可能需要在各测试仪器之间进行数据交换 ; 而且， 有时不适合工作人员亲临现场， 这就需要进行网络控制。而数据采集是从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。 数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、 用户自定义的测量系统。该系统是以 C8051F021
5、单片机为核心， 对数据进行采集， 经过进行 A/D 转换， 通过以太网传送到 PC 机上。采集系统硬件如图一所示。图一 采集系统硬件框图C8051F021 器件是完全集成的混合信号系统级 MCU 芯片，具有 32 个数字 I/O 引脚。 具有以下的主要特性 :高速、 流水线结构的 8051 兼容的 CIP-51 内核 （可达基于C8051的数据采集系统设计166科技广场 2008.525MIPS ） ;全速、 非侵入式的在系统调试接口 （片内） ;真正 12 位、 100kbps 的 8 通道 ADC ， 带 PGA 和模拟多路开关 ;真正 8 位 500kbps 的 ADC ， 带 PGA
6、和 8 通道模拟多路开关 ;两个 12 位 DAC ， 具有可编程数据更新方式 ; 64K 字节可在系统编程的 FLASH 存储器 ; 4352 （ 4096+256 ） 字节的片内 RAM;可寻址 64K 字节地址空间的外部数据存储器接口。原理框图如图二所示。图二 C8051F021 原理框图2 硬件电路部分设计2.1 以太网控制器C8051F021 单片机在整个系统中， 完成数据采集与控制的功能， 通过以太网控制器 RTL8019 将采集的数据传输到 PC机上。 RTL8019 的作用主要是进行数据包的传输， RTL8019 可分三部分 : RTL8019 初始化部分 ; RTL8019
7、数据包接收 ; RTL8019 数据包发送。 在完成了 RTL8019 的初始化后， 就可以利用 RTL8019 进行数据包的接收和发送。 在接收数据包时， 会向 CPU 发出一个中断请求， CPU 在检测到中断后， 立即进行处理。 RTL8019 部分管脚接线图如图三所示。2.2 光电耦合光电耦合器具有体积小、 使用寿命长、 工作温度范围宽、抗干扰性能强、 无触电且输入与输出在电气上完全隔离等特点， 因而在各种电子设备上得到广泛的应用。 光电耦合器可用于隔离电路、 负载接口及各种家用电器等电路中， 起到了隔离作用。 在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光， 光的强度取决于激励电流的大小， 此
8、光照射到封装在一起的受光器上后， 因光电效应而产生了光电流， 由受光器输出端引出， 这样就实现了电光电的转换， 连接图如图四所示。图四 光电耦合器连接图2.3 滤波放大运算放大器 LM324 是四运放集成电路， 它采用 14 脚双列直插封装， 它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，四组运放相互独立。 运算放大器电路如图五所示， 它有 5 个引出脚， 其中 “ + ”、 “ - ” 为两个信号输入端， “ V+ ”、 “ V- ” 为正、 负电源端， “ Vo ” 为输出端。 两个信号输入端中， Vi- （ - ）为反相输入端， 表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相反 ; Vi+
9、（ + ） 为同相输入端， 表示运放输出端 Vo 的信号图三 RTL8019 部分管脚接线图167与该输入端的相位相同。图五 运算放大器电路2.4 A/D 转换C8051F021 的 ADC0 子系统包括一个 9 通道的可编程模拟多路选择器 （ AMUX0 ）， 一个可编程增益放大器 （ PGA0 ） 和一个 100kbps 、 12 位分辨率的逐次逼近寄存器型 ADC ， ADC 中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。 C8051F021 的 ADC1子系统包括一个 8 通道的可配置模拟多路开关 （ AMUX1 ）， 一个可编程增益放大器 （ PGA1 ） 和一个 500kbps 、 8
10、位分辨率的逐次逼近寄存器型 ADC ， 该 ADC 中集成了跟踪保持电路。 每个 C8051F021 器件都有两个片内 12 位电压方式数 / 模转换器（ DAC ）， 每个 DAC 的输出摆幅均为 0V 到 （ VREF-1LSB ）， 对应的输入码范围是 0x000 到 0xFFF 。 可以用对应的控制寄存器DAC0CN 和 DAC1CN 使能 / 禁止 DAC0 和 DAC1 。 在被禁止时， DAC的输出保持在高阻状态， DAC 的供电电流降到 1 A 或更小。3 软件设计主流程图如图六所示， 首先是初始化工作， 初始化串口、网卡各自的接受和发送缓冲区、 存储区等。 然后从串口的接受缓
11、冲区取一句命令语句， 然后操作。 如果存储成功， 那么开始进行数据的处理 ; 如果存储失败， 那么系统将重新进行数据的采集。 于是， 拷贝数据到单片机自己的数据区， 放到发送缓冲区中。 发送缓冲区是包含发送数据包和一些描述数据包信息的结构体的数组， 它是用来暂存发送数据包的。当发送数据包成功， 且处于发送有效期内， 根据发送数据包的信息， 执行操作。 如发送数据包有效， 就复制到RTL8019 自身的发送缓冲去中， 就可以发送该数据包了 ; 接受数据包， 读取 RTL8019 ， 判断是否收到数据包。 收到的话，根据数据包信息， 选择是否处理。 如果处理， 先复制到接收缓冲区中， 再根据数据包
12、的信息进行相应操作。 如果收到 PC机传来的控制信息， 就通过串口中断方式发送给单片机。4 结束语由于生产和科研领域对测试的要求越来越高， 所需测试和处理的数据量也越来越大， 可能需要多个测试仪器同时进行处理， 也可能需要在各测试仪器之间进行数据交换， 通过网络控制可以避免工作人员亲临现场， 因此该数据采集系统具有一定的应用价值。参考文献1 何立民 .MS-51 系列单片机应用系统设计 M. 北京 :北京航空航天大学出版社 ,2003.2 周航慈 . 单片机程序设计技术 M. 北京 : 北京航空航天大学出版社 ,2002.3 全面易用型数据采集系统 J. 国外电子元器件 ,2003,(08).4 康华光 . 电子技术基础 M. 北京 : 高等教育出版社 ,1999.作者简介王敏 （ 1972 ）， 女， 陕西临潼人， 毕业于西安交通大学计算机应用技术专业， 工学硕士， 讲师， 任教于西安职业技术学院工业分院机电系， 从事计算机、 电工电子技术、 智能控制等方面的教学及研究。图六 主流程图基于C8051的数据采集系统设计
