数据采集系统的设计与实现1设计目的和要求分析设计一个数据采集系统，系统要采集10路模拟量(10位精度)，20路开关量，采集的数据每隔1秒，通过串行通讯方式RS485向一台工控机传送。要求：①选择合适的芯片；②设计原理电路（包含译码电路）；③编制数据采集的程序段；④编制数据通信程序段；本次任务是设计一个数据采集系统，系统要采集10路模拟量(10位精度)，20路开关量，采集的数据每隔1秒，通过串行通讯方式RS485向一台工控机传送。由以上要求可知该系统设计可分为四个部分：模拟量采集电路、开光量采集电路、单片机与PC机的串口通讯电路及程序设计部分。下面分别做详细的介绍。2模拟量采集电路设计摸拟量的采集要用到A/D转换芯片，而且要求精度为10位，这里选择TLC1543A/D转换器。同时TLC1543有11路模拟通道输入满足采集10路模拟量的要求。TLC1543是一种低功耗、低电压的10位开关电容逐次逼近模数转换器，最大非线性误差小于1LSB，TLC1543A/D转换芯片有三个输入端和一个3态输出端片选CS、输入/输出时钟（I/OCLOCK）地址输入（ADDRESS）和数据输出DATAOUT，这样就和主处理器的串行口有一个直接的4线接口。除了高速的转换器和通用的控制能力外，这些器件有一个片内的14通道多路器可以选择11个输入中的任何一个或3个内部自测试（self-test）电压中的一个。采样-保持是自动的。在转换结束时,“转换结束”（EOC）输出端变高以指示转换的完成。。开关电容的设计可以使在整个温度范围内有较小的转换误差。TLC1543详细资料如下：（1）TLC1543引脚如下图1所示：1图1TLC1543引脚图（2）TLC1543工作时序图如下图所示：图2TLC1543工作时序图（3）TLC1543A/D芯片的数据读取程序设计A/D芯片的数据读取程序是根据TLC1543的工作时序来进行设计的。TLC1543工作时序如图2所示，其工作过程分为两个周期：访问周期和采样周期。工作状态由CS使能或禁止，工作时CS必须置低电平。CS为高电平时，I/OCLOCK、ADDRESS被禁止，同时DATAOUT为高阻状态。当CPU使CS变低时，TLC1543开始数据转换，2I/OCLOCK、ADDRESS使能，DATAOUT脱离高阻状态。随后，CPU向ADDRESS端提供4位通道地址，控制14个模拟通道选择器从11个外部模拟输入和3个内部自测电压中选通1路送到采样保持电路。同时，I/OCLOCK端输入时钟时序，CPU从DATAOUT端接收前一次A/D转换结果。I/OCLOCK从CPU接受10个时钟长度的时钟序列。前4个时钟用4位地址从ADDRESS端装载地址寄存器，选择所需的模拟通道，后6个时钟对模拟输入的采样提供控制时序。模拟输入的采样起始于第4个I/OCLOCK的下降沿，而采样一直持续6个I/OCLOCK周期，并一直保持到第10个I/OCLOCK的下降沿。转换过程中，CS的下降沿使DATAOUT引脚脱离高阻状态并起动一次I/OCLOCK的工作过程。CS的上升沿终止这个过程并在规定的延迟时间内使DATAOUT引脚返回到高阻状态，经过两个系统时钟周期后禁止I/OCLOCK和ADDRESS端。TLC1543数据采集子程序流程图如图3所示。该程序通过CPU通道地址的写操作，发出A/D转换启动脉冲，启动以后CPU查询A/D转换是否结束，一旦结束CPU通过对通道地址的读操作读取数值，值得注意的是在TLC1543启动后，从A/D转换时序可知EOC约在启动脉冲之后300ns才变为高电平。开始设置通道地址把通道地址输入1543发AD转换启动脉冲A/D转换取AD值返回AD值图3TLC1543数据采集子程序流程图（4）模拟量通过TLC1543AD转换芯片与Atmega16单片机的接口电路3TLC1543的三个控制输入端/CS、I/OCLK、ADDRESS和一个数据输出端DATAOUT遵循串行外设接口SPI协议，要求微处理器具有SPI接口。TLC1543芯片的三个输入端和一个输出端与单片机的I/O口直接连接。将放大后的模拟电压通过TLC1543与单片机的接口电路输出数字信号。其接口电路如图4所示。图4TLC1543AD转换芯片与Atmega16单片机的接口电路图3开关量采集电路设计系统要求实时采集20路开关量，由于单片机I/O接口有限，故采用两片74LS165芯片16路并行输入转换成串行输入，剩