原标题：C8051F060单片机的数字传感器系统硬件如何设计？

基于C8051F060单片机的数字传感器系统硬件设计主要包括控制中心模块、压力采集模块、温湿度采集模块、CAN总线模块及电源模块等部分。以下是对各个模块设计的详细阐述：

一、控制中心模块

控制中心模块选用C8051F060单片机作为核心器件。C8051F060是美国Cygnal公司推出的完全集成混合信号片上系统型MCU，它采用与8051兼容的专利内核CIP-51，速度高达25MIPS，并具有59个数字I/O引脚、5个16位通用定时器、6个带有捕捉/比较模块的可编程定时器/计数器阵列。同时，该单片机还集成了两个16位、1Msps的ADC和2个12位DAC、3个电压比较器、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器。此外，该芯片上还集成有64KB的FLASH和4352B内部RAM，以及硬件实现的SPI、SMBus/I2C和2个UART串行接口。最重要的是，C8051F060单片机还集成了CAN总线控制器，使得采用CAN总线开发具有抗干扰性强、开发费用低廉、可适用于工业现场应用等特点。

C8051F060单片机作为控制中心模块的核心，主要负责控制温湿度传感器采集数据，以及采集和转换经过跟随滤波之后的压力数据，并对这些信号进行数据处理（滤波处理、数据编帧、数据缓存等）。同时，由于C8051F060单片机自身具有CAN通信接口，因此它还可以实现数据传输。

二、压力采集模块

根据数字传感器系统的要求，压力采集模块主要由模拟传感器、电压跟随电路及低通滤波电路等组成。模拟传感器选用MPX4200A，用于获取被检测信息以及负责模数转换。为了保证所采集信号的精度，压力信号需经过跟随滤波模块的处理。滤波电路用于对传感器检测到的压力信号进行跟随和模拟滤波处理，模拟滤波能大大提高传感器采集精度。

本设计选用开关电容滤波器MAX291作为对传感器压力信号进行模拟滤波的核心元件。MAX291是MAXIM公司生产的八阶巴特沃斯型开关电容式有源低通滤波器，其3dB截止频率可以在0.1kHz~25kHz之间选择。开关电容滤波器需要由一个时钟来驱动电路工作，该时钟的频率应为3dB截止频率的100倍，可以采用外时钟或内时钟两种方式。

压力采集模块的跟随滤波原理为：MPX4200A将采集到的压力信号转换成电信号之后传输给TLV2402，TLV2402完成信号跟随之后将信号传送给MAX291进行模拟滤波处理。之后，在C8051F060单片机的控制下，由单片机内嵌的ADC1（16位A/D转换模块）采集转换压力信号，最后将采集转换的数据经编帧处理后通过CAN通信模块传递给数据记录器。

三、温湿度采集模块

温湿度采集模块选用SHT15传感器来采集温湿度数据。SHT15是瑞士Sensirion公司推出的一款数字温湿度传感器芯片，它将温湿度感测、信号变换、A/D转换和I2C总线接口等功能集成到一个芯片上，提供两线数字串行接口SCK和DATA，并支持CRC传输校验。此外，该传感器还提供温度补偿和湿度测量值以及高质量的露点计算功能，测量精度可编程调节，内置A/D转换器。由于采用了CMOSensTM技术，SHT15可浸入水中进行测量。

SHT15的性能参数如下：温度测量范围是-40~+123.8℃，湿度测量范围是0~100%RH，温度测量精度是±0.3℃，湿度测量精度是±2.0%RH，响应时间是8s。数字式温湿度传感器SHT15是8引脚SMD表面贴片封装形式，其引脚1接地，引脚4接电源，工作电压为2.4~5.5VDC，为了达到SHT15的最高精确度，供电电压为3.3V适宜。

温湿度采集模块的工作原理是：C8051F060单片机通过数据线和时钟线向SHT15发送控制命令，并接收SHT15采集、转换的温湿度数据。C8051F060单片机接收到温湿度数据后，对数据进行简单编帧等快速处理，最后通过CAN总线接口传输给数据记录器（上位机）进行数据处理与实时监测。

四、CAN总线模块

CAN总线模块是数字传感器系统中用来实现CAN总线协议、完成报文收发等功能的元器件的集合。该模块由C8051F060单片机、高速光耦HCPL0600以及CAN总线驱动TJA1050等组成。

为了保护CAN控制器，提高抗干扰能力，总线驱动与CAN总线的接口部分采用一定的安全和抗干扰措施。TJA1050的CANL和CANH引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可以使TJA1050免受过流的冲击；CANL和CANH与地之间各自都并联了一个30pF的小电容，能够尽量滤除掉总线上的高频干扰，以及提高总线的防电磁辐射的能力。

为了保证通信网络的可靠性，CAN总线模块采用网络冗余方法对总线及其驱动进行可控的总线冗余设计。该模块CAN通信接口由一个CAN控制器、两个CAN总线驱动和两对差分线组成。可以通过控制模拟多路开关CD4052在两个总线之间进行切换。A1、A0为CD4052的控制信号，由节点的主控制器控制。当A1A0=01时，X通道选通X3、Y通道选通Y3，此时总线驱动U4工作，数据通过总线1传输；当A1A0=10时，X通道选通X2、Y通道选通Y2，此时总线驱动U3工作，数据通过总线2传输。

五、电源模块

根据现场情况，CAN网络提供24V电压给传感器，而传感器需要5V或3.3V的电源供电。因此，需要电源模块将24V电压转换为5V和3.3V。可以选用TPS5410将24V电压转换为5V，再选用MAX1658将5V电压转换为3.3V。另外，为了给光耦和CAN驱动供电，CAN通信电路需要一个与前面电源不共地的5V电源，可以选用DCR010505来实现，定义该隔离出来的5V为W5V，其地为W5VGND。

综上所述，基于C8051F060单片机的数字传感器系统硬件设计包括控制中心模块、压力采集模块、温湿度采集模块、CAN总线模块及电源模块等部分。各个模块相互协作，共同实现数据的采集、处理和传输功能。