基于C8051F020单片机的数据采集电路设计

摘要：阐述了一种以C8051F020芯片为核心的数据采集电路，该电路通过电压转换电路，实现了对操纵杆模拟信号的高速、高精度的采集，并通过RS-422串口通信模块实现与光电稳定平台的通信控制。该电路具有响应速度快，精度高，设计简单，应用灵活，易扩展等特点，在很大程度上提高了模拟信号采集的效率，完全可以满足信号采集处理对高精度和实时性的要求。
关键词：C8051F020；A／D转换；RS-422串口通信；信号采集

数据采集是为了对温度、压力、流量、速度、位移、光强度、声音等物理量进行在线测量和控制，通过传感器把上述物理量转换成模拟物理量的电信号。然后将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量，送入计算机处理、存储、传输和显示。
在操纵杆控制器的工作过程中，需要对操纵杆X轴和Y轴输出的2路电压信号进行A／D转换，转换后的数据范围要求在-1 500～1 500，采样精度为12位。另外还需要对采集后的数据进行计算，并通过串口与两自由度光电稳定平台进行通信，实现对稳定平台的功能控制，通信周期为80 ms。出于成本的考虑，没有采用传统专用A／D芯片+单片机的设计模式，只用了一片C8051F020单片机实现了上述功能。

1 芯片简介
Cygnal公司的C8051F020单片机是一款高性能的数字／模拟混合微处理器，具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核。具有丰富的片内资源和外围接口，-40～+85℃的工作环境，内置有12位精度的A／D采集接口，在工业甚至军用领域中自动控制和智能监控等方面得到了广泛的应用。

2 系统设计
传统的数据采集系统信号处理电路复杂庞大，且采集速率慢，温漂大，抗干扰性差。所以本系统采用C8051F020单片机直接将模拟量转换为数字量传给稳定平台系统，电路简单实用，采集速率快，精度高并且通过RS 422通信模块与稳定平台通信，抗干扰性强。
该系统由C8051F020单片机、晶体、电源模块及RS 422通信模块等部分组成。外部电源为+28 V，经DC28S5电源模块变换后输出+5 V，给操纵杆和MAX490芯片供电。由于单片机需要3．3 V的电源才能工作，因此需要将+5 V电源经三端稳压器LT1117-3．3 V变换后供给单片机使用。然后把经过电压调制的操纵杆模拟信号连接到单片机的ADC输入端口上，启动单片机内部A／D转换电路，将其转换成数字信号存储到内存。最后，按照规定的通信格式，通过单片机的串口和MAx490芯片将信号发送给稳定平台，从而实现了稳定平台的操纵控制过程。
系统工作原理如图1所示。

2．1 基准电压的配置
单片机ADC0模块所使用的电压基准采用内部基准电压1．2 V，其内部电压基准电路由一个1．2 V1 5 ppm／典型值的带隙电压基准发生器和一个两倍增益的输出缓冲放大器组成内部基准电压(2．4 V)。通过VREF引脚连到芯片的VREF0引脚，并在VREF引脚与AGND之间接入0．1 μF和4．7μF的旁路电容，用来将VREF的开启时间控制在2 ms。