通用数据采集和通讯仪的设计与实现

0 引言

单片机自动完成赋予它的任务的过程，也就是单片机执行程序的过程，即一条条执行的指令的过程，所谓指令就是把要求单片机执行的各种操作用的命令的形式写下来，这是在设计人员赋予它的指令系统所决定的，一条指令对应着一种基本操作；单片机所能执行的全部指令，就是该单片机的指令系统，不同种类的单片机，其指令系统亦不同。为使单片机能自动完成某一特定任务，必须把要解决的问题编成一系列指令（这些指令必须是选定单片机能识别和执行的指令），这一系列指令的集合就成为程序，程序需要预先存放在具有存储功能的部件——存储器中。存储器由许多存储单元（最小的存储单位）组成，就像大楼房有许多房间组成一样，指令就存放在这些单元里，单元里的指令取出并执行就像大楼房的每个房间的被分配到了唯一一个房间号一样，每一个存储单元也必须被分配到唯一的地址号，该地址号称为存储单元的地址，这样只要知道了存储单元的地址，就可以找到这个存储单元，其中存储的指令就可以被取出，然后再被执行。

1 系统硬件设计

本文设计的通用数据采集和通讯仪能够对各种现场设备的标准输出信号进行采集，包括传感器输出的0-5V／4-20mA模拟信号；开关量信号；频率量信号；此外系统还具有RS-485接口，以便能够与现场具有485接口的智能仪表相连接。为了实现良好的人机交互，系统扩展了键盘输入，液晶显示，实时时钟以及现场故障报警指示电路等模块。系统总体框图如图1所示。

1.1 电源模块电路设计

在单片机数据采集系统中，电源的设计是非常关键的。本仪表设计采用电网和充电电池双电源供电。电源设计如图2所示。

当电网电压正常时，220V交流电经过24V稳压电源，电解电容器C1滤波后的电压经二极管D1后分成两路，一路通过三极管Q1到7805三端稳压芯片，完成稳压输出+5V电压，供单片机W77E58等芯片所需的电源；另一路通过电阻R1对镍镉电池9V进行充电，充电电流选择约40mA。如果电网停电， C1放电为0V，这时，电池通过D2、Q1到7805向电路供电，使输出端仍有+5V电压，从而完成电网短时停电时，单片机后备电源的功能。

二极管D1起隔离作用，使得当电网偶尔停电时，能够阻止电池电流流向24V稳压电源。稳压管D3（5.6V）的作用，是防止电池（+9V）过放电，即当电池放电下降到约6V时，因D3作用，三极管Q1截止，电池放电停止，此时单片机将停电。

1.2 实时时钟芯片DS12887

为了能够实时显示系统时间以及实现按时间日期保存采集到的数据的功能，系统扩展了一片并行实时时钟日历芯片DS12887。DS12887是DALLAS半导体公司推出的实时时钟芯片，采用CMOS技术制成，把时钟芯片所需的晶振和外部锂电池相关电路集成于芯片内部。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高、工作稳定可靠等优点，在现代工业控制及智能仪器仪表中有着广泛的用途。

1.3 键盘接口电路

为便于人机交互，采用专用键盘接口芯片8279，配合74LS138译码器，系统扩展了3×8=24键的键盘。键盘上设置有0～9数字键，以便输入各种信息。同时还设有各种控制按键。通过键盘能够控制对各种类型数据进行采集。为提高CPU的效率，键盘采用中断方式。

1.4 LCD液晶显示模块

LCD投影机按内部液晶板的片数可分为单片式和三片式两种，现代液晶投影机大都采用3片式LCD板。三片式LCD投影机是用红、绿、蓝三块液晶板分别作为红、绿、蓝三色光的控制层。光源发射出来的白色光经过镜头组后会聚到分色镜组，红色光首先被分离出来，投射到红色液晶板上，液晶板“记录”下的以透明度表示的图像信息被投射生成了图像中的红色光信息。绿色光被投射到绿色液晶板上，形成图像中的绿色光信息，同样蓝色光经蓝色液晶板后生成图像中的蓝色光信息，三种颜色的光在棱镜中会聚，由投影镜头投射到投影幕上形成一幅全彩色图像。三片式LCD投影机比单片式LCD投影机具有更高的图像质量和更高的亮度。LCD投影机体积较小、重量较轻，制造工艺较简单，亮度和对比度较高，分辨率适中，现在LCD投影机占有的市场份额约占总体市场份额的70%以上，是目前市场上占有率最高、应用最广泛的投影机。

为便于实时显示采集的数据及人机交互，系统扩展了图文液晶显示模块MGLS-12032，MGLS-12032是由香港精电公司生产的内置SED1520控制驱动器的LCD模块，使用简单方便。液晶显示模块MGLS-12032与W77E58的硬件接口

其中D0～D7与单片机的数据总线相连，A0、A1为单片机的P0口经74LS373地址锁存器后产生的低两位地址线，系统用74LS138译码器产生的Y5、Y6作为MGLS12032两个控