通用數據采集和通訊儀的設計與實現

0 引言

　　單片機自動完成賦予它的任務的過程，也就是單片機執行程序的過程，即一條條執行的指令的過程，所謂指令就是把要求單片機執行的各種操作用的命令的形式寫下來，這是在設計人員賦予它的指令系統所決定的，一條指令對應著一種基本操作；單片機所能執行的全部指令，就是該單片機的指令系統，不同種類的單片機，其指令系統亦不同。為使單片機能自動完成某一特定任務，必須把要解決的問題編成一系列指令（這些指令必須是選定單片機能識別和執行的指令），這一系列指令的集合就成為程序，程序需要預先存放在具有存儲功能的部件——存儲器中。存儲器由許多存儲單元（最小的存儲單位）組成，就像大樓房有許多房間組成一樣，指令就存放在這些單元里，單元里的指令取出并執行就像大樓房的每個房間的被分配到了唯一一個房間號一樣，每一個存儲單元也必須被分配到唯一的地址號，該地址號稱為存儲單元的地址，這樣只要知道了存儲單元的地址，就可以找到這個存儲單元，其中存儲的指令就可以被取出，然后再被執行。

　　1 系統硬件設計

　　本文設計的通用數據采集和通訊儀能夠對各種現場設備的標準輸出信號進行采集，包括傳感器輸出的0-5V／4-20mA模擬信號；開關量信號；頻率量信號；此外系統還具有RS-485接口，以便能夠與現場具有485接口的智能儀表相連接。為了實現良好的人機交互，系統擴展了鍵盤輸入，液晶顯示，實時時鐘以及現場故障報警指示電路等模塊。系統總體框圖如圖1所示。

　　1.1 電源模塊電路設計

　　在單片機數據采集系統中，電源的設計是非常關鍵的。本儀表設計采用電網和充電電池雙電源供電。電源設計如圖2所示。

　　當電網電壓正常時，220V交流電經過24V穩壓電源，電解電容器C1濾波后的電壓經二極管D1后分成兩路，一路通過三極管Q1到7805三端穩壓芯片，完成穩壓輸出+5V電壓，供單片機W77E58等芯片所需的電源；另一路通過電阻R1對鎳鎘電池9V進行充電，充電電流選擇約40mA。如果電網停電， C1放電為0V，這時，電池通過D2、Q1到7805向電路供電，使輸出端仍有+5V電壓，從而完成電網短時停電時，單片機后備電源的功能。

　　二極管D1起隔離作用，使得當電網偶爾停電時，能夠阻止電池電流流向24V穩壓電源。穩壓管D3（5.6V）的作用，是防止電池（+9V）過放電，即當電池放電下降到約6V時，因D3作用，三極管Q1截止，電池放電停止，此時單片機將停電。