一种使用FLASH存储器的多功能大容量数据采集系统

　　数据采集是许多智能化仪器的重要组成部分和计算机应用课题的重要环节。为了在工业现场恶劣和困难的条件下,采集具有庞大数据量的信号,数据采集器应具备大容量数据采集和长时间数据保持的能力,并可以适应现场可能出现的复杂情况。为此,我们研制了一种用于这种目的的大容量多功能数据采集器。这种采集器具有完整的信号调理功能和专用传感器接口,除使用串行通信口与系统机联系之外,还有D/A转换器及脉冲量输出能力,因此可以用数字和模拟2种方式输出所采信号及采样间距控制脉冲。仪器备有LCD显示屏,可以供用户随时观察采样的结果。实时钟可以记录采集数据的时间,方便数据的管理。系统还具有电力不足警告和自动关机功能。

　　1　硬件结构

　　系统使用大容量的半导体存储器作为存储体。考虑到采集器的便携性和现场使用交流电网供电可能带来的不便和干扰,采集器带有自备蓄电池,可以在脱离交流电源的情况下正常运行。为节省能源、延长采集器连续运行时间、并在断电时保证数据的安全,系统选用了自备编程电压产生电路,可以使用单一+5V电源供电的29F系列FLASH存储器芯片。

　　采集器使用1片AT89C52微处理器作为控制核心,负责管理A/D转换,存储器写入、擦除,串行通信,LCD数据/图形显示和程控放大器的控制。微处理器与MCS—51产品兼容。系统的结构框图如图1。

　　系统的模拟电路部分包括输入缓冲器、程控增益放大器和电平偏移电路。根据需要也可以加入程控滤波器等。全部数字电路芯片都采用CMOS型,运算放大器则采用微功耗、高性能且具有rail-to-rail特性的TLC2254。由1片低功耗4路串行D/A转换器TLC5620构成程控放大器、电平偏移器并兼作D/A转换器及脉冲量输出,如图2。

　　系统配备4MB的数据存储器(8片29F040),并可以根据需要作进一步扩展。由于89C52仅有16根地址线,CPU最多只能直接管理64KB的存储器,所以采用了分块管理的技术。以64KB为1个基本单元(块),块内利用89C52的16根地址线由CPU直接寻址,存储器的高位地址A16～A20由CPU的I/O口和附加的译码器提供,其中A16～A18直接使用I/O的输出,A17～A19则经1片74HC138译码后驱动各存储器的片选端。所有的外设均采用存储器统一编址的管理方法。由于外设和存储器地址在低64KB范围内重叠,所以系统以P1.7作为IO/M选择端,以对有关的寻址进行区别,如图3。

　　实时钟芯片使用DS1320,它除了有实时钟功能外还能提供31B的非易失性RAM,可以用来保持系统设置和一些不应在关机时丢失的关键数据。DS1320和TLC5620一样,均使用串行I/O方式,可以部分共用I/O口以提高CPU引脚的利用率。AD转换器仍选用8bit的ADC0804。由于实际检测工作的需要,系统的采样由来自传感器的等间隔采样控制器发出的采样控制脉冲操纵。为提高效率,A/D转换器采用间接控制方式,即由来自传感器的等间隔采样控制脉冲启动A/D转换器,待转换结束后,A/D转换器的/EOC信号向CPU发出中断请求,CPU响应中断后可以直接读出转换结果,避免了如图2的由CPU启动A/D转换器并等待转换结果的时间延迟。系统的数字输出采用串行方式。实际电路利用89C52的RXD和TXD充当串行通信口,并采用1片MAX232进行电平转换,构成简化的RS232串口。为简化设计和操作,系统仅备有少量按键,配合LCD显示器的菜单提示来实现与用户的交互。系统的+5V电源由1片低压差线性稳压器TPS7350对蓄电池的供电稳压后取得,该芯片还可以提供系统复位信号。此外,利用它的允许端/EN可以实现自动关机。