摘要：闡述了一種以C8051F020芯片為核心的數據采集電路，該電路通過電壓轉換電路，實現了對操縱桿模擬信號的高速、高精度的采集，并通過RS-422串口通信模塊實現與光電穩定平臺的通信控制。該電路具有響應速度快，精度高，設計簡單，應用靈活，易擴展等特點，在很大程度上提高了模擬信號采集的效率，完全可以滿足信號采集處理對高精度和實時性的要求。
關鍵詞：C8051F020；A／D轉換；RS-422串口通信；信號采集

數據采集是為了對溫度、壓力、流量、速度、位移、光強度、聲音等物理量進行在線測量和控制，通過傳感器把上述物理量轉換成模擬物理量的電信號。然后將模擬電信號經過處理并轉換成計算機能識別的數字量，送入計算機處理、存儲、傳輸和顯示。
在操縱桿控制器的工作過程中，需要對操縱桿X軸和Y軸輸出的2路電壓信號進行A／D轉換，轉換后的數據范圍要求在-1 500～1 500，采樣精度為12位。另外還需要對采集后的數據進行計算，并通過串口與兩自由度光電穩定平臺進行通信，實現對穩定平臺的功能控制，通信周期為80 ms。出于成本的考慮，沒有采用傳統專用A／D芯片+單片機的設計模式，只用了一片C8051F020單片機實現了上述功能。

1 芯片簡介
Cygnal公司的C8051F020單片機是一款高性能的數字／模擬混合微處理器，具有與8051指令集完全兼容的CIP-51內核。具有豐富的片內資源和外圍接口，-40～+85℃的工作環境，內置有12位精度的A／D采集接口，在工業甚至軍用領域中自動控制和智能監控等方面得到了廣泛的應用。

2 系統設計
傳統的數據采集系統信號處理電路復雜龐大，且采集速率慢，溫漂大，抗干擾性差。所以本系統采用C8051F020單片機直接將模擬量轉換為數字量傳給穩定平臺系統，電路簡單實用，采集速率快，精度高并且通過RS 422通信模塊與穩定平臺通信，抗干擾性強。
該系統由C8051F020單片機、晶體、電源模塊及RS 422通信模塊等部分組成。外部電源為+28 V，經DC28S5電源模塊變換后輸出+5 V，給操縱桿和MAX490芯片供電。由于單片機需要3．3 V的電源才能工作，因此需要將+5 V電源經三端穩壓器LT1117-3．3 V變換后供給單片機使用。然后把經過電壓調制的操縱桿模擬信號連接到單片機的ADC輸入端口上，啟動單片機內部A／D轉換電路，將其轉換成數字信號存儲到內存。最后，按照規定的通信格式，通過單片機的串口和MAx490芯片將信號發送給穩定平臺，從而實現了穩定平臺的操縱控制過程。
系統工作原理如圖1所示。

2．1 基準電壓的配置
單片機ADC0模塊所使用的電壓基準采用內部基準電壓1．2 V，其內部電壓基準電路由一個1．2 V1 5 ppm／典型值的帶隙電壓基準發生器和一個兩倍增益的輸出緩沖放大器組成內部基準電壓(2．4 V)。通過VREF引腳連到芯片的VREF0引腳，并在VREF引腳與AGND之間接入0．1 μF和4．7μF的旁路電容，用來將VREF的開啟時間控制在2 ms。