串行接口式单片机数据采集系统技术方案

本发明专利技术涉及一种串行接口式单片机数据采集系统。本发明专利技术采用单片机连接键盘、液晶显示模块，其主要技术特征在于单片机的通用Ｉ／Ｏ口线模拟Ｉ２Ｃ总线、ＳＰＩ总线及二线串行总线，即串口接串行扩展电路，串行扩展电路接单片机，模拟量输入经模数转换器接单片机，开关量输入、时钟电路接单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随机存储器。解决了总线引出易受干扰、系统的可靠性降低、布线密度高、占用电路板空间大、外围元件较多时序复杂等缺陷。本发明专利技术采用单片机的通用Ｉ／Ｏ口线来模拟Ｉ２Ｃ总线、ＳＰＩ总线及二线串行总线，并通过软件编程来实现与各外围器件的通信功能，简化了系统接口设计的复杂程度，并提高了系统工作的可靠性。

Data acquisition system of serial interface single chip microcomputer

The invention relates to a serial interface single chip microcomputer data acquisition system. The invention adopts single-chip microcomputer keyboard, LCD module, which is mainly characterized in that the single chip Universal I / O line simulation of I2C bus, SPI bus and serial bus line, namely serial connection serial expansion circuit, serial expansion circuit connected to the microcontroller, analog input connected to the microcontroller through the analog-to-digital converter, switch input, clock circuit with MCU, MCU output switch output, memory, random access memory. The utility model solves the defects that the bus lead is easy to be interfered, the reliability of the system is reduced, the wiring density is high, the circuit board space is large, the peripheral component is more and the time sequence is complicated. The invention adopts single-chip universal I / O port to simulate I2C bus, SPI bus and serial bus line, and through software programming to realize the communication function with the peripheral devices, and simplify the complexity of system interface design, and improves the reliability of the system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数据采集系统，特别涉及一种串行接口式单片机数据采集系统。
技术介绍
在本专利技术之前，传统微机化的数据采集系统中，均是以总线方式来扩展各功能部件，如A/D转换器、程序存储器、数据存储器、日历/时钟器件、显示器件 及微型打印机等。但是，由这种三总线方式构成的数据采集系统中，所存在的问 题是由于总线引出，易受干扰，造成系统的可靠性降低，同时也带来了布线密度 高，占用电路板空间大，外围元件较多，时序复杂等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于克服上述缺陷，设计、研制一种基于串行接口方式的单 片机数据采集系统。本专利技术的技术方案是串行接口式单片机数据采集系统，单片机连接键盘、液晶显示模块，其主要 技术特征在于单片机的通用I/O 口线模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线， 即串口接串行扩展电路，串行扩展电,单片机，模拟量输入经模数转换器接单 片机，开关量输入、时钟电^4姿单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随 机存储器。本专利技术的优点和效果在于采用单片机的通用I/O 口线，来模拟I2C总线、 SPI总线及二线串行总线，并通过软件编程来实现与各外围器件的通信功能，简 化了系统接口设计的复杂程度，并提高了系统工作的可靠性。具体表现在1. 实现了对多路模拟量和开关量的数据采集；2. 提供开漏输出信号，方^^电平转换和驱动；3. 采用图形液晶显示^^莫块，可直接显示汉字， 一目了然；4. 可实现上位机的实时监控。本专利技术的其他优点和效果将在下面继续描述。 附图说明图1一一本专利技术的方框示意图。图2—一本专利技术应用示意图。具体实施方式如图1所示根据实际采集数据的需要，分别设计了模拟量采集接口电路(图中是模拟量 输入)、开关量采集接口电路(图中是开关量输入)、数字量采集接口电路(图中 是STC89C58单片机),基本涵盖了各种数据信息的采集；E2PROM存储器(图 中为E2PROM在座器)用来保存系统的一些重要数据和参数，也可用于保存采 集到的数据；时钟电路产生日期数据，实现了数据的定时采集和按时间日期保存 数据的功能；键盘和液晶显示模块实现了人机接口，键盘用于输入数据和参数， 输入的数据和参数可同时在液晶显示模块中显示出来，液晶显示模块还可实时显示采集到的数据；串行扩展电路为RS232， 二线串行总线是通过此串行扩展电 路RS232，使单片机具有了 2个串行通信口，即串口 l和串口 2;串口 l用于 和上位机进行通信，将采集到的数据发送至上位机进行处理分析，上位机也可通 过串口 1发送数据和参数给采集系统；串口 2用于扩展连接其他的现场智能设 备，通过串口 2可以将现场许多设备串接在一起，实现上位机对众多设备的集 中监控；TLC1543是才莫数转换器，具有11个^f莫拟量输入通道，10位分辨率 的A/D转换器，因而本系统最多可实现11路模拟量的采集任务，模拟量的变 化范围为0-5V，模拟输入端可以采集诸如溫度、湿度、传感器的输出等模拟信 号，转换成数据后供上位机分析处理；开关量输入用于采集外部开关信号，实现 对开关量的数据采集，使开关量的输出实现控制功能，用于控制继电器、指示灯 或其他的智能设备，达到实施控制的目的。数字量的采集直接使用单片机自身硬 件资源，对于数字传感器输出的数字信号可直接使用单片机的口线完成数字信息 的采集任务，这里将单片机的P1 口作数字量采集接口。随机存储器采用32K字 节容量的HM62256芯片，用于保存程序运行过程中的随机数据及数据的运算过 程。因为STC89C58单片机并不直接支持各种串行总线接口 ，所以这里采用了 单片机的通用I/O 口线，来模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线。TLC1543 的接口采用SPI数据接口， SPI接口有3根线连接，分别是片选线、数据输入线 和数据输出线，而STC89C58不具有SPI接口，因此用单片机的P1 口的3根线分 别连接片选线、数据输入线和数据输出线，单片机通过软件在这3根线上按照 SPI接口的信号格式，在软件中将Pl0的3根线模拟成SPI接口 ，来实现与TLC1543 的数据交换。同样，单片机也采用软件模拟方式来模拟12C接口，实现同E2PR0M 存储器的数据交换。因为串行扩展技术简单的硬件接口是以复杂的接口时序为代价的，因而在上 述软件编程时一定要严格遵守器件的操作时序。由于采用了 SPI接口 、 I2C接口的芯片，单片机和每个芯片的连线只需3 根线，而且可直接相连，而以前的3总线方式单片机与每个芯片至少要有IO根 线的连接，且它们与单片机不能直接连接，单片机需要通过增加译码电路和外围 扩展芯片才能与它们连接。因此采用SPI和I2C接口后，减少了芯片的数量， 也大大减少了线路的连接，在同样面积的线路板上减少了布线密度，提高了抗干 扰能力。如图1、图2所示总结应用本专利技术的过程该专利技术的模拟输入端可连接各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、压力 传感器等设备，还可以和其他智能设备项链并交换数据；输出端用来控制其它被 控设备，包括继电器、电磁阀等设备；可定时采集各路模拟信号，并将模拟信号 转换成数据，保存在采集系统的存储器中；采集系统同时对采集到的数据进行分 析处理，根据分析处理的结果向输出端输出信号，去控制被控设备动作。上位机 可实时监控采集系统的运行情况，并和采集系统实时交换数据，以对传感器采集 的数据进行分析处理并做出判断。权利要求1.串行接口式单片机数据采集系统，单片机连接键盘、液晶显示模块，其特征在于单片机的通用I/O口线模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，即串口接串行扩展电路，串行扩展电路接单片机，模拟量输入经模数转换器接单片机，开关量输入、时钟电路接单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随机存储器。2. 根据权利要求1所述的串行接口式单片机数据采集系统，其特征在于单 片机的通用I/O 口线是Pl 口线接模数转换器的SPI接口。3. 根据权利要求2所述的串行接口式单片机数据采集系统，其特征在于单 片机的通用I/O 口线是Pl 口线的三根线分别接模数转换器的SPI接口的 片选线、数据输入线、数据输出线。4. 根据权利要求1所述的串行接口式单片机数据采集系统，其特征在于连 接串行扩展电路的串口有串口 1、串口 2,串口 l接上位机，串口 2接现 场智能设备。全文摘要本专利技术涉及一种串行接口式单片机数据采集系统。本专利技术采用单片机连接键盘、液晶显示模块，其主要技术特征在于单片机的通用I/O口线模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，即串口接串行扩展电路，串行扩展电路接单片机，模拟量输入经模数转换器接单片机，开关量输入、时钟电路接单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随机存储器。解决了总线引出易受干扰、系统的可靠性降低、布线密度高、占用电路板空间大、外围元件较多时序复杂等缺陷。本专利技术采用单片机的通用I/O口线来模拟I2C总线、SPI总线及二线串行总线，并通过软件编程来实现与各外围器件的通信功能，简化了系统接口设计的复杂程度，并提高了系统工作的可靠性。文档编号G05B19/04GK101158855SQ20071013395公开日2008年4月9日 申请日期2007年10月25日 优先权日2007年10月25日专利技术者本文档来自技高网...

【技术保护点】
串行接口式单片机数据采集系统，单片机连接键盘、液晶显示模块，其特征在于单片机的通用Ｉ／Ｏ口线模拟Ｉ２Ｃ总线、ＳＰＩ总线及二线串行总线，即串口接串行扩展电路，串行扩展电路接单片机，模拟量输入经模数转换器接单片机，开关量输入、时钟电路接单片机，单片机输出接开关量输出、存储器、随机存储器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雪良，
申请(专利权)人：苏州工业园区新大诚科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]