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[摘要]根据高速单片机c8051f300和串行A/D转换芯片max1270的特点，介绍多路数据采集系统的硬件设计和软件设计，应用表明该系统运行稳定。
[关键词]c8051f300 A/D转换 数据采集
中图分类号：TP368.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1010025－01
在一般测控系统中，常常用到多路数据采集技术。本文利用高速单片机c8051f300和一片串行A/D芯片实现了8路高速数据采集系统。
一、系统工作原理与组成框图
系统组成框图如图1所示：由于信号源通常是微弱信号，因此首先将信号经滤波，整形，放大等电路调理到A/D转换器的输入工作范围后再接入模数转换器，由单片机c8051f300来控制A/D转换实现数据采集，采集到的数据可通过单片机的标准异步串口传输到下一级控制器进行处理。
二、系统硬件电路设计
（一）单片机选型
为了节省印制板面积，单片机选用cygnal公司的超小型c8051F300单片机，其外形采用11脚微型封装，占用面积极小。cygnal公司的c8051F3XX系列单片机是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容，除具有标准8051的数字外设部件外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，其主要特性为：高速，流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）；全速，非侵入式的在系统调试接口；真正8位500ksps的11通道ADC，带PGA和模拟多路器；高精度可编程的25MHZ内部振荡器；2/4/8K字节可在系统编程的FLASH存贮器；256字节片内RAM；硬件实现的SMBUS/I2C和增强型UART串型接口；三个通用的16位定时器；具有三个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA)；片内上电复位，VDD监视器和温度传感器；片内电压比较器；8个端口I/O。
由此可见，c8051F300单片机是真正能够独立工作的片上系统，FLASH存贮器具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存贮，并允许现场更新8051固件。其片内C2开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式，全速，在系统调试，不需要单独的防真器和编程器，因此调试非常方便。
（二）A/D转换器选型
A/D转换器种类很多，就位数来分，有8位，10位，12位，16位等，位数越高，其分辨率越高，但价格也越贵。A/D转换器就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。随着大规模集成电路的发展，又生产出多功能A/D转换芯片，其内部集成多路开关，数据放大器，采样－保持器等。A/D转换器的主要性能指标有分辨率，转换时间，精度，输入电压范围，供电电源，数字输出特性，工作环境等。对于A/D转换器来说，最重要的2个技术指标是转换的速度以及转换的精度。根据香农定律，要使信号不失真，采样速率必须大于等于信号最大变化频率的两倍。
尽管c8051F300单片机内部有两个8位的11通道ADC，但为了提高转换精度，同时考虑到c8051F300只有8个可用的I/O引脚，故另外扩展一片12位的串行ADC芯片，经选择MAXIM公司的MAX1270比较适合。
MAX1270可方便的与单片机接口，最小转换时间只须6us，满足采样速率的要求，其主要特性如下：12位的分辨率，1/2LSB的线性度；与微处理器兼容的3线串行接口；输入模拟电压范围软件可编程为:0－10V，0－5V，±10V，±5V；8个模拟输入通道；110kbps的采样率。
（三）电源芯片选型
由于系统供电电源只有15v的电源，而c8051F300的工作电源电压为2.7v－3.6v，故须进行电源转换。本设计用三端集成稳压器7805将＋15v的电压转换为＋5v的电压后，再用TI公司的TPS76333芯片将＋5v的电压转换为＋3.3v的电压给单片机及其他芯片供电。
（四）串行通讯用电平转换芯片选型
为了将采集到的数据传送给下一级处理器，可以利用串口进行RS232异步串行通讯，因此选用MAXIM公司的MAX232芯片实现TTL电平与RS-232电平的转换，用于完成标准RS-232串行通讯接口。
三、系统软件程序设计
系统软件程序采用模块化设计方法，用C51和汇编语言混合编程，其可读性强、移植性好、易于模块化。主程序流程图见图2。
主程序用C51语言编写。在主程序中，首先完成定时器初始化，串口初始化，系统时钟初始化，PCA模块初始化，交叉开关和IO口初始化等工作，然后进入主循环，主循环不断调用A/D转换子程序来完成8个通道的数据采集任务。由于汇编语言可控性好，为了严格满足MAX1270的转换时序，以得到准确的转换结果，特意用汇编语言编写了A/D转换子程序。为了提高软件的抗干扰能力，防止程序跑飞，利用了单片机的看门狗功能，一旦程序跑飞，看门狗可以使系统复位，从而提高了软件的可靠性。需要注意的是，这里有一个C51和汇编语言的接口问题，本程序使用以下预编译指令来实现混合编程时的接口问题：
＃pragma asm
汇编语句
#pragmaendasm
四、结论
本文介绍了由c8051f300单片机和串行A/D转换芯片max1270组成的多路数据采集系统，该系统硬件连接简单，印制板面积小，可靠性高，运行稳定，已成功应用于某型光电跟踪产品中。
参考文献：
[1]何立民,单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社.2002.225-230.
[2]胡汉才，单片机原理及系统设计.清华大学出版社. 2002.41-42.
[3]潘新民，微型计算机控制技术.电子工业出版社.2003.47-48.
作者简介：
袁玲珑，男，湖北孝感，工学硕士，主要从事嵌入式系统应用，自动控制技术等的研究。
[关键词]c8051f300 A/D转换 数据采集
中图分类号：TP368.2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597(2008)1010025－01
在一般测控系统中，常常用到多路数据采集技术。本文利用高速单片机c8051f300和一片串行A/D芯片实现了8路高速数据采集系统。
一、系统工作原理与组成框图
系统组成框图如图1所示：由于信号源通常是微弱信号，因此首先将信号经滤波，整形，放大等电路调理到A/D转换器的输入工作范围后再接入模数转换器，由单片机c8051f300来控制A/D转换实现数据采集，采集到的数据可通过单片机的标准异步串口传输到下一级控制器进行处理。
二、系统硬件电路设计
（一）单片机选型
为了节省印制板面积，单片机选用cygnal公司的超小型c8051F300单片机，其外形采用11脚微型封装，占用面积极小。cygnal公司的c8051F3XX系列单片机是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，具有与8051兼容的微控制器内核，与MCS-51指令集完全兼容，除具有标准8051的数字外设部件外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件，其主要特性为：高速，流水线结构的8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）；全速，非侵入式的在系统调试接口；真正8位500ksps的11通道ADC，带PGA和模拟多路器；高精度可编程的25MHZ内部振荡器；2/4/8K字节可在系统编程的FLASH存贮器；256字节片内RAM；硬件实现的SMBUS/I2C和增强型UART串型接口；三个通用的16位定时器；具有三个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA)；片内上电复位，VDD监视器和温度传感器；片内电压比较器；8个端口I/O。
由此可见，c8051F300单片机是真正能够独立工作的片上系统，FLASH存贮器具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存贮，并允许现场更新8051固件。其片内C2开发接口允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式，全速，在系统调试，不需要单独的防真器和编程器，因此调试非常方便。
（二）A/D转换器选型
A/D转换器种类很多，就位数来分，有8位，10位，12位，16位等，位数越高，其分辨率越高，但价格也越贵。A/D转换器就其结构而言，有单一的A/D转换器，有内含多路开关的A/D转换器。随着大规模集成电路的发展，又生产出多功能A/D转换芯片，其内部集成多路开关，数据放大器，采样－保持器等。A/D转换器的主要性能指标有分辨率，转换时间，精度，输入电压范围，供电电源，数字输出特性，工作环境等。对于A/D转换器来说，最重要的2个技术指标是转换的速度以及转换的精度。根据香农定律，要使信号不失真，采样速率必须大于等于信号最大变化频率的两倍。
尽管c8051F300单片机内部有两个8位的11通道ADC，但为了提高转换精度，同时考虑到c8051F300只有8个可用的I/O引脚，故另外扩展一片12位的串行ADC芯片，经选择MAXIM公司的MAX1270比较适合。
MAX1270可方便的与单片机接口，最小转换时间只须6us，满足采样速率的要求，其主要特性如下：12位的分辨率，1/2LSB的线性度；与微处理器兼容的3线串行接口；输入模拟电压范围软件可编程为:0－10V，0－5V，±10V，±5V；8个模拟输入通道；110kbps的采样率。
（三）电源芯片选型
由于系统供电电源只有15v的电源，而c8051F300的工作电源电压为2.7v－3.6v，故须进行电源转换。本设计用三端集成稳压器7805将＋15v的电压转换为＋5v的电压后，再用TI公司的TPS76333芯片将＋5v的电压转换为＋3.3v的电压给单片机及其他芯片供电。
（四）串行通讯用电平转换芯片选型
为了将采集到的数据传送给下一级处理器，可以利用串口进行RS232异步串行通讯，因此选用MAXIM公司的MAX232芯片实现TTL电平与RS-232电平的转换，用于完成标准RS-232串行通讯接口。
三、系统软件程序设计
系统软件程序采用模块化设计方法，用C51和汇编语言混合编程，其可读性强、移植性好、易于模块化。主程序流程图见图2。
主程序用C51语言编写。在主程序中，首先完成定时器初始化，串口初始化，系统时钟初始化，PCA模块初始化，交叉开关和IO口初始化等工作，然后进入主循环，主循环不断调用A/D转换子程序来完成8个通道的数据采集任务。由于汇编语言可控性好，为了严格满足MAX1270的转换时序，以得到准确的转换结果，特意用汇编语言编写了A/D转换子程序。为了提高软件的抗干扰能力，防止程序跑飞，利用了单片机的看门狗功能，一旦程序跑飞，看门狗可以使系统复位，从而提高了软件的可靠性。需要注意的是，这里有一个C51和汇编语言的接口问题，本程序使用以下预编译指令来实现混合编程时的接口问题：
＃pragma asm
汇编语句
#pragmaendasm
四、结论
本文介绍了由c8051f300单片机和串行A/D转换芯片max1270组成的多路数据采集系统，该系统硬件连接简单，印制板面积小，可靠性高，运行稳定，已成功应用于某型光电跟踪产品中。
参考文献：
[1]何立民,单片机应用系统设计.北京航空航天大学出版社.2002.225-230.
[2]胡汉才，单片机原理及系统设计.清华大学出版社. 2002.41-42.
[3]潘新民，微型计算机控制技术.电子工业出版社.2003.47-48.
作者简介：
袁玲珑，男，湖北孝感，工学硕士，主要从事嵌入式系统应用，自动控制技术等的研究。