带存储显示功能的AD采集电路板的设计与制作

【摘要】为方便电子爱好者连续进行大量数据测量，作者用STC12C5410AD单片机设计了一种结构简单的带存储显示功能的AD采集电路板，并介绍了其工作原理和使用方法。

【关键词】单片机；存储显示；AD采集电路板

一、设计目的

电子爱好者在业余条件下进行实验，有时需连续进行大量数据测量，如测试充电电池的放电容量，但人工测量读取大量数据，测试周期短时会手忙脚乱，而周期长时要受长时间等待之苦。这时就要有一台自动测量记录仪该多好啊！但专业的AD采集模块价格较贵，且操作比较复杂。于是很多电子爱好者想到了用单片机测量和记录，但目前市场多数单片机实验板或学习板都采用8位精度的AD转换芯片如ADC0832和PCF8591，精度较低，且存储数据多用串行EEPROM 24C02或24C04，容量十分有限，为此，本人设计了一种结构简单的带存储显示功能的AD采集电路板，方便广大电子爱好者测量和采集使用。

二、电路结构和原理

电路原理图如图1所示，主要由单片机和液晶显示器构成，单片机采用STC 12C5410AD，DIP封装有20脚和28脚两种选择，由于液晶屏并口连接占用较多引脚，所以本设计采用28脚封装。之所以选用STC单片机，主要因该类单片机有如下优点：一是同价位下STC单片机内部EEPROM容量大，5410系列为2K，5620系列为4K，省去了另配EEPROM的麻烦；二是将对外通信串口和ISP在线编程接口合二为一，减小了引脚占用，相比AVR系列可节约3个I/O口；三是内部集成了复位电路和时钟电路，可使电路更简单。

由于STC单片机I/O口驱动电流可达25mA，因此蜂鸣器和发光二极管均直接驱动。为了安全起见，在蜂鸣器电路上加了22欧的限流电阻R7，实验表明，对发声强度影响不大。

为了能实时显示测试数据，采用LCD1602液晶屏作为显示器件，比LED数码管显示来说，功耗较低，显示字符较多，且为静态显示，占用系统资源少。由于显示功能较全，所以在采集数据量较小时可直接在显示屏上读取，而不一定与上位计算机连接。

由于定时采集的周期准确性和与上位机通信的要求，本电路采用11.0592MHz外部晶振作为系统时钟，若对定时要求不高，也可用内部RC振荡电路作为时钟。

由于单片机的AD基准电压即为其供电电压，所以要求供电电压是确定的值，不同的电脑USB输出电压虽然也稳定，但可能会有所不同，多在4.5-5.1V之间，因此采用HT7144低压差稳压电路进行稳压，该电路1脚为地，2脚为输入，3脚输出，输入输出最小压差仅0.1v，输出电压4.4V，电流约30mA。

S1为电源开关，S2-S4用来调整采集周期和采集数据个数。

R1-R3和DW1-DW3为限压保护用，RW1用来调节液晶屏对比度。

为了便于扩展功能，本电路板设计两路继电器输出，并带发光二极管指示，方便单片机爱好者进行开发，如进行温度控制、电压控制等，读者自制时可根据需要进行取舍。

图1 采集板电路原理图

三、采集板的主要指标：

1.采集回路共有二路，每路分0-4.4V，0-44V两档。

2.采集数据量20-1000个，设定值200以下，以10为单位改变，200-1000，以50为单位改变。

3.采集数据周期1-600s，设定值60以下，以1为单位改变，60-600，以10为单位改变。

4.采集精度：10位二进制。

5.工作电压4.5-5V，工作电流20-30mA。

四、单片机程序原理

单片机程序采用C语言编制，主程序包括液晶屏显示程序、按键处理程序、读写EEPROM程序、AD采集程序、串口发送程序等，各子程序读者可在其它杂志和网上搜索。

五、采集板使用方法及注意事项

1.与上位机连接时采用USB转TTL下载线，既可省去MAX232转换电路和供电电路，又能适用于无串行口的笔记本电脑。使用USB转TTL信号线前要安装好PL-2303HX的驱动程序，下载地址：安装方法有说明，装上以后就会虚拟出一个COM口，记下该串口号，下载或接收数据都要用到这个端口。

2.按顺序接好线：若不用专用电源，只需将USB转TTL线的一端插入电脑中的一个USB口中，另一端的红、黒、绿、白四根线分别接采集板上VCC，GND，RXD TXD，若使用另外的稳压电源，一定注意正负极不要搞错，并且USB转TTL线的红色电源线一定不要接，防止两路电压相差过大而损坏其中之一。

3.打开采集板配套的应用程序”配套接收程序.exe”，设置好接收端口号，填上采集板电源电压、电压衰减倍数、并选择接收方式为16进制接收，打开串口等待单片机采集完成后发来数据。

4.按下采集板上电源按钮S1送电，液晶屏上显示”zhouqi 60s”，这时按S2按钮，周期增加，按S3按钮，周期减小，按S4确定，液晶显示屏上显示”cishou 200”，按S2按钮，采集次数增加，按S3按钮，采集次数减小，按S4确定，蜂鸣器响一声，开始进行延时等待。

5.过一段时间后，采集板采集到两个数据，第一行显示”001 XXXX V”，第二行显示”002 XXXX V”，001/002为序号，XXXX是单片机采集到电压值，所有数据采集完毕，蜂鸣器长响一声，蓝色指示灯亮，表示单片机正在将采集到的数据发往上位计算机，发送完毕，指示灯熄灭。上位机从收到第1个数据后约5S，字符串直接显示在左侧接收区内，并自动进行合并和换算处理，保存于文本文件或EXCEL表格中。

6.传送数据完成后，按下S4按钮，液晶显示屏从1号开始重新显示刚才采集到的数据，每3s变化一次，方便小数据量时的人工读数，免除接上位计算机之烦。

7.读取完毕，本次程序结束。

8.本板子单片机芯片采用活动IC插座，方便使用者作为编程器使用，下载编程软件用STC_ISPV4.83版，程序下载地址：http：///

9.上位机程序采用Visual Basic开发，为EXE可直接执行文件，不用安装。但360等杀毒软件往往会提示为木马或危险程序，当出现警告时，选择继续运行或允许使用即可。若经常大量接收数据，应及时删除或另外保存以前的数据，防止该文件过大，打开和查看都不方便。

10.由于上位机有很强的计算能力，因此可对不同分压比的测量电压进行换算，读者可在输入电路上串入任意阻值的限流电阻，然后在接收程序中自行设定取样电路分压比，由上位机进行换算.但为了便于在液晶屏上显示，板上电压扩展电路的分压比采用10倍，这样在人工读取时若需要量程换算，只需将显示值乘10即可。

参考文献

[1]宏晶科技.STC12C5410AD系列单片机器件手册[S].2005，12.

[2]谭浩强，薛淑斌，袁玫.Visual basic程序设计[M].北京：清华大学出版社，2000.

作者简介：夏明献（1969—），男，河南南阳人，平煤股份十一矿工程师，主要从事机电设计工作。