基于C8051F020單片機的實時測控裝置設(shè)計
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(1)核心模塊
核心模塊由Cygnal單片機(C8051F020)、UT62L1024SRAM、SPI串行方式8 Mb的FLASH存儲器AT45DB081、日歷時鐘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，核心模塊在使用時相當(dāng)于一個“大芯片”。C8051F020單片機實時采集各種數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定在單片機中的參數(shù)，對接收數(shù)據(jù)進行綜合處理和分析計算，輸出滿足要求的各種控制信號。
(2)數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊上設(shè)計有腳距2 mm的40P雙排插孔，可以很方便地實現(xiàn)核心模塊的轉(zhuǎn)接。每個模塊還設(shè)計有3個8位數(shù)字I／O端口(P1，P2，P3)和一個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可以很方便地對外部傳感器輸入的信號進行實時采集，并通過RS 485通信與系統(tǒng)其他組件實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
(3)輸出控制模塊
測控裝置工作過程中根據(jù)時序?qū)ν獠拷M件進行供電和控制，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，為此設(shè)計了輸出控制模塊，通過單片機的可編程數(shù)字I／O端口對相關(guān)繼電器進行實時控制，從而實現(xiàn)多路電壓和控制信號的穩(wěn)定輸出。
(4)數(shù)字邏輯模塊
數(shù)字邏輯模塊將單片機輸出的部分數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換，提供給需要的外部組件，同時也可以接收其他單片機和外部組件的數(shù)字信號，進行硬件邏輯判決，從而實現(xiàn)在預(yù)定時機可靠地輸出系統(tǒng)觸發(fā)信號，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)定的被測量并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件，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)化為單片機可以處理的模擬或數(shù)字信號，并由單片機對這些信號進行采集和處理。
本系統(tǒng)使用的傳感器主要分為兩大類，一類是無線電傳感器，用來測量系統(tǒng)距目標(biāo)的距離；另一類是慣性傳感器，用來監(jiān)測系統(tǒng)運行過程中的實時加速度值。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)定可靠的機械式傳感器。
對于傳感器輸出的模擬信號，C8051F020單片機擁有專用的模擬輸入引腳(AIN)，通過12位ADC對輸入的模擬信號進行采集轉(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)進行分析處理。而對于傳感器輸出的數(shù)字信號，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后即可由數(shù)字I／O端口(P1，P2，P3)進行采集，單片機根據(jù)采集到的信號分析判斷系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，為適時輸出控制信號和系統(tǒng)觸發(fā)信號提供依據(jù)。
2 測控裝置的軟件設(shè)計
單片機采用C語言編程，相對于匯編語言來說，程序的可讀性大大提高，采用模塊化設(shè)計思想也為系統(tǒng)調(diào)試和維護帶來極大的方便。
測控裝置軟件采用采用模塊化設(shè)計，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、串口通信模塊，時序控制模塊和信號處理模塊。數(shù)據(jù)采集模塊又包含ADC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字信號采集兩個子模塊，主要是通過單片機的中斷系統(tǒng)實時采集外部模擬和數(shù)字信號；串口通信模塊主要實現(xiàn)單片機與外部組件間的RS 485通信，接收其他測控設(shè)備的控制命令，反饋單片機實時采集的各種數(shù)據(jù)；時序控制模塊利用單片機的定時器精確計時，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，按照系統(tǒng)要求的時序及時準(zhǔn)確地發(fā)出各種控制信號；信號處理模塊對各類傳感器發(fā)出的信號進行中斷處理和分析計算，最終輸出所需的系統(tǒng)觸發(fā)信號。
2．1 主程序設(shè)計
測控裝置通過串口接收上位機的指令，并存儲由上位機發(fā)送的系統(tǒng)參數(shù)，在運行過程中，通過傳感器A和傳感器B的動作情況判斷測控裝置當(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。測控裝置通過預(yù)先設(shè)定的參數(shù)和從傳感器C接收的實時數(shù)據(jù)，進行分析處理，并結(jié)合傳感器D發(fā)出的各種標(biāo)志信號進行綜合計算，從而確定輸出系統(tǒng)觸發(fā)信號的時機。另外傳感器E的信號具有排他性，可以直接導(dǎo)致測控裝置輸出系統(tǒng)觸發(fā)信號。測控裝置的主程序流程圖如圖2所示。本文引用地址：http://2s4d.com/article/192803.htm
2．2 串口通信程序設(shè)計
在以單片機為核心構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往需要實現(xiàn)PC機與單_片機之間的數(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，可以實現(xiàn)快速、穩(wěn)定、遠距離地傳送數(shù)據(jù)。
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