基于C8051F340數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1引言

電子設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定性直接影響到現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn), 設(shè)備發(fā)生故障后高昂的維修費(fèi)以及設(shè)備停機(jī)后給企業(yè)生產(chǎn)帶來的損失, 使得各個(gè)企業(yè)紛紛采取措施, 降低設(shè)備的故障率。通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)準(zhǔn)確的獲取設(shè)備運(yùn)行特征數(shù)據(jù), 并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)是否良好, 達(dá)到提前預(yù)防故障出現(xiàn)、減少停機(jī)檢修的目的。實(shí)際應(yīng)用中對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的可靠性, 準(zhǔn)確性和便攜性要求很高。目前常用的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)(如RS232 /RS485, CAN 等)已經(jīng)不能滿足大量采集數(shù)據(jù)和高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。而USB傳輸具有高速可靠傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì), 具有成本低、可靠性高、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。本文以帶有片上USB 和高速AD轉(zhuǎn)換器的C8051F340為核心控制器件, 利用USB總線高速傳輸?shù)奶匦? 設(shè)計(jì)了一款高速度低成本的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng), 采集信號(hào)包括該設(shè)備輸出氣體的溫度、壓力和流量等14個(gè)參數(shù), 適用于特定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集工作。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖如圖1所示, 系統(tǒng)主要由C8051F340數(shù)據(jù)采集模塊與上位PC機(jī)構(gòu)成。需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)前端的傳感器轉(zhuǎn)換后送入預(yù)處理電路, 從預(yù)處理電路輸出的數(shù)據(jù)通過I/O端口送入AD轉(zhuǎn)換端口,經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)保存到C8051F340單片機(jī), 最后通過USB把數(shù)據(jù)送入上位PC機(jī)保存處理。


圖1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

3 硬件設(shè)計(jì)

在整個(gè)硬件設(shè)計(jì)中C8051F340 單片機(jī)是系統(tǒng)重要的組成部分。C8051F340單片機(jī)是S ilicon Laboratories公司推出的完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCU。具有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器內(nèi)核( 可達(dá)48M IPS ); 通用串行總線(USB )功能控制器, 有8 個(gè)靈活的端點(diǎn)管道, 集成收發(fā)器和1K FIFO RAM; 真正10位200ksps的單端/差分ADC, 帶模擬多路器; 片內(nèi)電壓基準(zhǔn)和溫度傳感器; 精確校準(zhǔn)的12MH z內(nèi)部振蕩器和4 倍時(shí)鐘乘法器; 多達(dá)64KB 的片內(nèi)FLASH 存儲(chǔ)器; 多達(dá)4352字節(jié)片內(nèi)RAM ( 256+ 4KB ); 多達(dá)40個(gè)端口I/O (容許5V 輸入)采集系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。

由于C8051F340本身集成眾多硬件電路的特性, 硬件接口設(shè)計(jì)變得非常簡(jiǎn)單, 不需要再添加額外的電子元器件就能實(shí)現(xiàn)USB 的數(shù)據(jù)傳輸和AD轉(zhuǎn)換等, 使得系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 集成度高, 可靠性好。如圖2所示, 單片機(jī)通過片上USB 接口與上位PC 機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。C8051F340上的P2. 0~ P2. 6引腳作為數(shù)據(jù)采集的輸入端口, 接受來自預(yù)處理電路輸送過來的數(shù)據(jù), 最后通過單片機(jī)的模擬多路選擇器( AMUX) 最終決定進(jìn)入AD 轉(zhuǎn)換的通道。