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基于89C51单片机和AD590芯片实现微机通信程序的开发

1系统功能及特点
本系统用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、体积小、功耗低、使用电子元件较少，内部配线少，成本低，制造、安装、调试及维修方便 。该系统中单片机作为下位机，完成测温任务，测量结果可在本地显示，也可通过下位机与上位机（PC机）通讯，给出结果和提示信息 。而上位机与下位机大多是通过PC机的RS-232串行接口实现通信 。VisualBasic是可视化面向对象的采用事件驱动技术的结构化程序设计语言，本系统上位机是在Windows环境下利用Visualbasic开发微机通信程序 。
2系统基本原理
系统结构如图1所示，其中，计算机要求能够运行Windows98或更高版本）操作系统和开发环境VB6.0，具有标准的RS232串口，主要功能为数据采集处理和系统控制，是人机交互的平台 。
基于89C51单片机和AD590芯片实现微机通信程序的开发
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现场温度采集点共有4路，采用AD590采集温度送到单片机的A/D转换器转入端，测量范围最大值为50度，单片机定时采集温度信号，并按串行通信协议打包构成数据帧 。在微机中采用VB6.0编程，并选用MSCOMM控件进行串行口通讯 。MSComm控件是Microsoft提供的扩展控件，用于支持VB程序对串口的访问，同时支持查询方法和事件驱动通讯的机制 。事件驱动通讯是交互方式处理串口事务的一种非常有效的方法，特别适合Windows程序的编写 。因此用其实现微机串口的数据通讯相当简单，以很少的程序代码就可以轻松实现串口的访问和数据通讯 。
3硬件设计
3.1测量电路设计
AD590将温度转换成相应的电流后，需要有电流电压转换电路（如图2），其中电容C起滤波作用 。该电路中，考虑到测温范围是0度—50度，而ADC0809输出电压范围为0-5V，故电阻R2取3.3千欧，R3取15千欧，其中R2是滑动变阻器，精度高于R3，电阻R4取100，R5取50千欧，R4是滑动变阻器，精度高于R5，电阻R6取33千欧 。运放是温度电压变换电路，为了测试方便，设计时将0度时的输出电压定为0V，每升高一度输出电压上升100mV，与电压之间的关系为：U=K（T-T0）V式中，K为比例系数，K=0.98V/度，T为环境温度，单位为度，T0—测温下限0度 。当T=+50度和T=0度时，变换电路输出电压上限为Umax=5V，电压下限为Umin=0V，实现的办法是：首先调整R2，使得I1=273.2uA，当温度为0度时，通过AD590的电流I2=273.2uA，此时I3=0uA，R4、R5上无压降，即输出电压为0V；当环境温度为50度时，流过AD590的电流为323.2uA，此时，I3=I2-I1=50uA，调整R4，使R4+R5=98千欧，有（R4+R5）*I3=4.9V 。同样，可以计算出其余各温度所对应的输出电压 。
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3.2模数转换接口电路设计
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本系统以89C51芯片作为主芯片，管理和控制整个系统 。该芯片集成度高，兼容8051单处机，不同的是片内有4KB的ROM，为PEROM（FLASH存储器） 。A/D转换器的种类很多，目前应用较广泛的有：逐次逼近式A/D转换双积分式A/D转换器、V/F变换式A/D转换器 。本系统所使用的单片机89C51是8位，因此采用8位A/D转换器，其接口电路简单 。绝大部分集成A/D转换器的数据输出都具有TTL电平，数据输出寄存器具有可控三态输出功能，可直接挂在数据总线上，否则，就要加缓冲器接口，数据分两次读出，比较麻烦 。根据系统所要求的测量分辨力，采用8位A/D转换器时，其分辨力为50/250=0.2，已经高于规定值 。温度是一个缓慢变化的物理量，测量它时不需要高速A/D转换器，通道上也不需要加采样保持器 。逐次逼近型A/D转换器属于中速A/D转换器，常用于工业多通道单片机控制系统 。基于以上原因，本系统采用ADC0809作为模数转换器 。其结构框图如图3 。该芯片是8位逐次比较式A/D转换芯片，具有地址锁存控制的8路模拟开关，最大非线性误差小于+1LSB，应用单一+5V电源，其模拟量输入电压的范围为0+5V，对应的数字量输出为00HFFH，可锁存三态输出，输出与TTL兼容，功耗为15mW，转换时间为100S，无需调零或调整满量程 。有28个引脚，其中：IN0、IN1、IN2、…、IN7接8路模拟量输入；AD-DA、ADDB、ADDC接地址线，用以选定8路输入中的一路 。
该系统中ADDC接地，AD-DA、ADDB分别接89C51的P3.3和P3.4，构成4路输入;ALE是地址锁存允许，START是芯片的起动引脚，其上脉冲的下降沿起动一次新的A/D转换，一起接入P3.7;EOC是转换结束信号，与P362相接，向单片机申请中断；OE是输出允许端，直接接+5V；CLK是时钟端，因芯片的时钟频率最高只工作于640KHZ，故通常由单片机的ALE经分频后接向该引脚；DB0DB7是数字量输出，与PO相接，LSB表示最低位，MSB表示最高位 。
3.3串行接口电路设计
下位机（单片机）通过串行口（RXD和TXD）与上位机（PC机）进行异步通信，采用RS—232标准接口 。RS—232规定了自己的电气标准，而此标准并不能满足TTL电平（MCS—51单片机串行口电平为TTL电平）传送要求 。因此当RS232电平与TTL电平接口时，必须进行电平转换 。目前RS232与TTL的电平转换最常用的芯片是传输线驱动器MC1488和传输线接收器MC1489，其作用除了电平转换外，还实现正负逻辑电平的转换 。
4软件设计
系统软件主要是用VB6.0对RS232串口编程 。实现硬件之间的通讯 。MSComm是Microsoft公司提供的主要用于串行通信编程的ActiveX控件 。ActiveX控件包括一系列的属性、方法和事件，应用程序通过ActiveX控件提供的接口来访问控件的功能 。通信控件把许多复杂的操作都留给了VB和Windows处理，编程人员编程时只需设置其中的一些属性 。
系统的关键代码如下：
CoastCMDconfig=“%0101210600”’设置端口命令字符，0--100度，科学单位
CoastCMDdataInl=“#O1”‘读串口1数据命令字符
CoastCMDdataIn2=“#02”‘读串口2数据命令字符
CoastCMDspanCalibration=“$010”‘校准命令字符
CoastCMDoffsetCalibration=“$011”‘偏移量校准命令字符
CoastCMDconfigStatus=“$012”‘读端口信息命令字符
CoastCMDmoduleName=“$OlM”‘读模块名命令字符
PrivateSubCmdStart_onClick（）‘开始命令子程序
MSComml.CommPor=COMnum‘设置申口号
IfMSComml.PortOpen=FalseThen‘打开串口
MSComml.PorOpen=True
EndIf
IfCOMnum=1Then
CMDdataln=CMIMataInl
Else
CMDdataln=CMDdataIn2
EndIf
MSComml.Output=CStr（CMDdataIn）&vbCr‘发出读数命令
TimeDelay500‘延时500ms
Picturel.CurrentX=0‘绘制曲线坐标起点
Picturel.CurrentY=temperature
Timer1.EnabLED=True‘开始计时
EndSub
PrivateSubMSComml_OnComm（）‘事件响应子程序
SelectCaseMSComml.CommEvent‘判断MSComml通讯事件
CasecomEvReceive‘收到Rthreshold个字节产生的接收事件
MSComml.RThreshold=0‘关闭OnComm事件接收
TimeDelay20‘延时20ms
temperatureShow=Right（MSComml.Input.7）‘读取第一个数据字节（BCD码高位字节）
temperature=VaI（temperature5how）‘数值组合，标定小数点
MSComml.Output=CStr（CMDdataIn）&vbCr‘发送读命令
MSComml.InBufferCount=0‘清空缓存
MSComml.RThreshold=1‘关闭OnComm事件接收
CasecomEventBreak‘收到Break
…
CaseElse
EndSelect
EndSub
系统时钟最小可以设为1ms，在使用中需要注意，由于串口速度有限，系统运行速度有限，ADAM4013模块的采样率也有限，所以设置串口采样间隔一般不能小于50ms，否则会出现延时错误 。其实对于温度采集来说，20次/s的采样率已经够用，大的采样率并无太大意义 。
5结束语
系统中没有对温度超过测温范围时情况的处理，可在系统改进中增加一个报警电路 。将单片机的一个口与一个发光二极管相接，所测温度超过规定温度时，发光二极管点亮，提醒用户 。本系统由于进行了实时显示和数据存储的设计，便于直观地观察温度变化和数据处理 。本系统最大的特点就是容易实现，不需要数据采集卡，不需要硬件驱动程序，硬件连接方便，软件编制也比较容易掌握，特别适合短期的测温系统开发 。
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