多通道數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言

　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，環(huán)節(jié)眾多、流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)不斷更新、隨著生產(chǎn)工藝改進(jìn)的迫切要求，需要研制新型數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)即多通道數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)?；趕tc11f48xe具有完全兼容8051系列單片機(jī)、含有flash技術(shù)主導(dǎo)的存儲(chǔ)器、可反復(fù)進(jìn)行單片機(jī)控制試驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，本文選用它作為數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的cpu。在和本地的通訊中采用rs485標(biāo)準(zhǔn)，相比rs232大大提高了通訊速率、傳輸距離和多機(jī)連接的能力，這樣使本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有抗干擾性強(qiáng)、響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)可擴(kuò)展為多機(jī)通信。

系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

　　根據(jù)系統(tǒng)要求，整個(gè)系統(tǒng)由主要以下幾個(gè)部分組成：旋轉(zhuǎn)變壓器、ad2s1200、電源模塊、stc11f48xe、485通信模塊。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　系統(tǒng)的工作原理為：旋轉(zhuǎn)變壓器綁定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上，通過(guò)ad2s1200給的勵(lì)磁信號(hào)產(chǎn)生正余弦信號(hào)送回給ad2s1200，ad2s1200對(duì)正余弦信號(hào)進(jìn)行處理后得到轉(zhuǎn)軸的位置，把這個(gè)數(shù)據(jù)以入堆棧的方式存進(jìn)stc11f48xe的ram中，當(dāng)上位機(jī)請(qǐng)求讀取數(shù)據(jù)量時(shí)，單片機(jī)通過(guò)自定義的協(xié)議把數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。

硬件電路設(shè)計(jì)

　　a/d轉(zhuǎn)換模塊

　　模擬數(shù)據(jù)量通過(guò)旋轉(zhuǎn)變壓器采集，通過(guò)ad2s1200芯片完成模數(shù)轉(zhuǎn)換。ad2s1200是ad公司推出的12位帶參考振蕩器的r/d轉(zhuǎn)換器，具有以下主要特點(diǎn)：（1）并行和串行輸出方式；（2）系統(tǒng)錯(cuò)誤檢測(cè)；（3）絕對(duì)位置和速度輸出；（4）差分輸入；（5）最大跟蹤速度為1000rps，可仿真12位分辨度的增量式編碼器；（6）與dsp和spi接口標(biāo)準(zhǔn)兼容。由于本文設(shè)計(jì)的是多路數(shù)據(jù)采集，所以我選用串行輸出方式。ad2s1200串行輸出時(shí)序圖如圖2所示。

　　如圖2所示，在sample信號(hào)拉低t2時(shí)間后，cs信號(hào)即片選信號(hào)被拉低，sample信號(hào)必須保持t1時(shí)間的低電平，rdvel信號(hào)我們選擇給以高電平，代表輸出信號(hào)是位置量。這時(shí)在so口會(huì)有數(shù)據(jù)輸出，要讀出so的數(shù)據(jù)還需要rd為低電平，且在sclk的下降沿，這樣讀出的數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定。讀串行數(shù)據(jù)的時(shí)間要求如圖3所示。

　　單片機(jī)和通信模塊

　　單片機(jī)采用宏晶科技的stc11f48xe。8051單片機(jī)在讀取外部狀態(tài)時(shí)i/o口必須先置高。傳統(tǒng)8051單片機(jī)執(zhí)行i/o口操作，檢測(cè)高低電平變化以及讀外部狀態(tài)都是12個(gè)時(shí)鐘周期，因此在讀取外部狀態(tài)i/o時(shí)相應(yīng)的i/o端口已經(jīng)是高電平。而stc11f48xe執(zhí)行相應(yīng)的操作只需要4個(gè)時(shí)鐘周期，在執(zhí)行完由低變高的指令后，需要再過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期該i/o口才會(huì)變高，這時(shí)可以通過(guò)增加兩個(gè)空操作延時(shí)指令來(lái)滿(mǎn)足讀狀態(tài)條件。單片機(jī)控制電路和通信電路如圖4所示。

　　單片機(jī)在數(shù)據(jù)通信時(shí)經(jīng)過(guò)一個(gè)總線(xiàn)收發(fā)器74hct245和一個(gè)施密特觸發(fā)器74ls14到達(dá)rs485的驅(qū)動(dòng)電路，通過(guò)485接口和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。其中總線(xiàn)收發(fā)器是為了加強(qiáng)信號(hào)，施密特觸發(fā)器是為了修正波形。lbc184是常用的485通信芯片同時(shí)完成將ttl電平轉(zhuǎn)換為rs485電平。