基于C8051F020單片機(jī)的實(shí)時(shí)測(cè)控裝置設(shè)計(jì)
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(1)核心模塊
核心模塊由Cygnal單片機(jī)(C8051F020)、UT62L1024SRAM、SPI串行方式8 Mb的FLASH存儲(chǔ)器AT45DB081、日歷時(shí)鐘S-3530A、10M以太網(wǎng)芯片8019等組成。全部芯片和電路組合在42．5 mmx53．8 mm的PCB板上，由2 mm腳距的40P雙排插針與數(shù)據(jù)采集模塊相連接，核心模塊在使用時(shí)相當(dāng)于一個(gè)“大芯片”。C8051F020單片機(jī)實(shí)時(shí)采集各種數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定在單片機(jī)中的參數(shù)，對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理和分析計(jì)算，輸出滿足要求的各種控制信號(hào)。
(2)數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)計(jì)有腳距2 mm的40P雙排插孔，可以很方便地實(shí)現(xiàn)核心模塊的轉(zhuǎn)接。每個(gè)模塊還設(shè)計(jì)有3個(gè)8位數(shù)字I／O端口(P1，P2，P3)和一個(gè)8通道模擬輸入端口(AIN)，另外還有RS 485通信端口和電源模塊。
通過這些端口單片機(jī)可以很方便地對(duì)外部傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過RS 485通信與系統(tǒng)其他組件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
(3)輸出控制模塊
測(cè)控裝置工作過程中根據(jù)時(shí)序?qū)ν獠拷M件進(jìn)行供電和控制，需要3 V，5 V，12 V和27 V等多種工作電壓，以及多路輸出控制信號(hào)，為此設(shè)計(jì)了輸出控制模塊，通過單片機(jī)的可編程數(shù)字I／O端口對(duì)相關(guān)繼電器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，從而實(shí)現(xiàn)多路電壓和控制信號(hào)的穩(wěn)定輸出。
(4)數(shù)字邏輯模塊
數(shù)字邏輯模塊將單片機(jī)輸出的部分?jǐn)?shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，提供給需要的外部組件，同時(shí)也可以接收其他單片機(jī)和外部組件的數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行硬件邏輯判決，從而實(shí)現(xiàn)在預(yù)定時(shí)機(jī)可靠地輸出系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)，最終完成觸發(fā)外部執(zhí)行裝置的功能。
1．2 傳感器數(shù)據(jù)采集
傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件，本系統(tǒng)使用的傳感器作為某型電子裝備的重要組成部分，根據(jù)各自的功能“感知”外界環(huán)境變化，完成將各種物理量轉(zhuǎn)化為單片機(jī)可以處理的模擬或數(shù)字信號(hào)，并由單片機(jī)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采集和處理。
本系統(tǒng)使用的傳感器主要分為兩大類，一類是無(wú)線電傳感器，用來測(cè)量系統(tǒng)距目標(biāo)的距離；另一類是慣性傳感器，用來監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)加速度值。其中慣性傳感器既有高精度大量程的電子式傳感器，又有穩(wěn)定可靠的機(jī)械式傳感器。
對(duì)于傳感器輸出的模擬信號(hào)，C8051F020單片機(jī)擁有專用的模擬輸入引腳(AIN)，通過12位ADC對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采集轉(zhuǎn)換，并利用ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束引起中斷響應(yīng)，將轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。而對(duì)于傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后即可由數(shù)字I／O端口(P1，P2，P3)進(jìn)行采集，單片機(jī)根據(jù)采集到的信號(hào)分析判斷系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，為適時(shí)輸出控制信號(hào)和系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)提供依據(jù)。
2 測(cè)控裝置的軟件設(shè)計(jì)
單片機(jī)采用C語(yǔ)言編程，相對(duì)于匯編語(yǔ)言來說，程序的可讀性大大提高，采用模塊化設(shè)計(jì)思想也為系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)帶來極大的方便。
測(cè)控裝置軟件采用采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、串口通信模塊，時(shí)序控制模塊和信號(hào)處理模塊。數(shù)據(jù)采集模塊又包含ADC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號(hào)采集兩個(gè)子模塊，主要是通過單片機(jī)的中斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集外部模擬和數(shù)字信號(hào)；串口通信模塊主要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與外部組件間的RS 485通信，接收其他測(cè)控設(shè)備的控制命令，反饋單片機(jī)實(shí)時(shí)采集的各種數(shù)據(jù)；時(shí)序控制模塊利用單片機(jī)的定時(shí)器精確計(jì)時(shí)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，按照系統(tǒng)要求的時(shí)序及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)出各種控制信號(hào)；信號(hào)處理模塊對(duì)各類傳感器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行中斷處理和分析計(jì)算，最終輸出所需的系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)。
2．1 主程序設(shè)計(jì)
測(cè)控裝置通過串口接收上位機(jī)的指令，并存儲(chǔ)由上位機(jī)發(fā)送的系統(tǒng)參數(shù)，在運(yùn)行過程中，通過傳感器A和傳感器B的動(dòng)作情況判斷測(cè)控裝置當(dāng)前所處狀態(tài)，根據(jù)不同的狀態(tài)輸出滿足系統(tǒng)需要的各種控制信號(hào)。測(cè)控裝置通過預(yù)先設(shè)定的參數(shù)和從傳感器C接收的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析處理，并結(jié)合傳感器D發(fā)出的各種標(biāo)志信號(hào)進(jìn)行綜合計(jì)算，從而確定輸出系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)機(jī)。另外傳感器E的信號(hào)具有排他性，可以直接導(dǎo)致測(cè)控裝置輸出系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)。測(cè)控裝置的主程序流程圖如圖2所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/192803.htm
2．2 串口通信程序設(shè)計(jì)
在以單片機(jī)為核心構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往需要實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單_片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。傳統(tǒng)的基于RS 232協(xié)議的串口通信存在傳輸距離短、速度慢、信號(hào)易受干擾等不足，其應(yīng)用局限性日益突出，而利用RS 485串行通信，可以實(shí)現(xiàn)快速、穩(wěn)定、遠(yuǎn)距離地傳送數(shù)據(jù)。
評(píng)論