基于C8051F060單片機的多路數據采集系統設計

李輝

（晉城市城市管理監督指揮中心 山西 晉城 048000）

隨著信息技術的發展和普及，數據采集技術已在通信、測控儀器、航空航天、工業自動控制等領域得到了廣泛的應用，同時C8051F060微控制器體積非常小、功能很強、可靠性也比較好，非常適合應用于計算機控制系統中用于對現場傳感器進行采集以及實現現場設備控制的場合。

1 系統硬件設計

1.1 C8051F060微控制器

美國Silicon Laboratories公司于前幾年推出了一款具有集成混合信號的片上智能系統型的單片機C8051F060，具有與80C51兼容的CIP-51內核，指令集與MCS-51完全兼容。具有59個數I/O管腳；它采用的是具有高速、流水線結構等特點的CIP-51內核（最快可達25MIPS），其內部指令的執行速度于MCS-51相比，有了極大的提高。C8051F060的內部功能部件主要包括了兩個16位、采集速率達到1 Msps的ADC模塊、具備尋址功能的64 kB的XRAM、控制器局域網（CAN2.0B）控制器、兩個具有可編程數據更新方式12位DAC、SPI接口、此外還有SMBus/I2C接口以及兩個UART串接、一個具有八通道多路開關的十位、200 ksps的ADC、集成在芯片內部的看門狗定時器、片內VDD監視器以及溫度傳感器等。

1.2 總體方案設計

系統以C8051F060為核心，采用I/O口采集外部的模擬信號，使用微控制器內部集成的的AD轉換器，將模擬量轉換成數字量，并通過計算機UART口上傳至電腦上。計算機端編寫接收軟件把數據接收上來，并通過軟件內部控件將傳感器數據還原成原始波形曲線，這樣就實現了將傳感器數據采集、波形復原功能。本系統的傳感器數據采集模塊部分的結構圖如圖1所示。

圖1 傳感器數據采集模塊結構圖Fig.1 Sensor data acquisition module structure diagram

1.3 傳感器采集模塊原理圖設計

傳感器采集模塊采用單片機內部的AD轉換器，在輸入端采用電阻分壓方式對信號幅度進行調節，可以增大傳感器信號的輸入范圍。

本系統進行電平轉換功能的芯片采用的是MAX232，之所以需要轉換，是因為C8051F060輸出的信號是TTL電平，而電腦上具有的是標準串口；因此必須要轉換二者之間的電氣參數，所以要對單片機輸出的TTL信號電平進行一定的信號轉換才能完成單片機與PC機的數據通訊。進行電壓轉換的芯片是MAX1658，因為外接的供電電源是5 V，但是C8051F060采用的是3.3 V進行供電，所以需要電壓轉換。傳感器數據采集模塊圖如圖2所示。

圖2 傳感器數據采集模塊電路圖Fig.2 Sensor data acquisition module circuit

2 傳感器數據采集模塊軟件設計

傳感器數據采集模塊軟件設計部分主要由單片機c8051f060端和以及電腦上位機端兩個部分組成。單片機c8051f060端主要功能是實現內部ADC采集多個傳感器數據，存入數組后并通過UART口向電腦上位機端實時上傳。電腦上位機端軟件主要功能是實現設置單片機c8051f060的通信波特率、接收單片機C8051F060采集的傳感器數據以及將波形進行還原等功能。

2.1 單片機軟件設計

傳感器數據采集模塊以單片機為核心控制單元，最多可采集外部八路傳感器信號。本模塊使用的是單片機c8051f060內部的數字模擬轉換器ADC2。啟動ADC2開始轉換所用的方法為為采用定時器2溢出的方式。單片機c8051f060將8個信號通道采集上來的傳感器信號統統轉換成為數字信號，再向單片機UART口發送數據之前，關閉單片機的所有中斷。等待數據全部發送結束后，打開單片機所有的中斷，開始準備下一次對傳感器進行數據采集。傳感器數據采集模塊的程序流程情況圖如圖3所示。

圖3 傳感器數據采集模塊程序流程圖Fig.3 Sensor data acquisition module program flow chart

C8051f060單片機的內部定時器2的中斷應用程序：

void TIMER2_ISR （void） interrupt 5//單片機 c8051f060的內部定時器2中斷

{

SFRPAGE=TMR2_PAGE；

TF2=0； //去掉中斷標志TF2

tongdao_input++； //切換至下一路輸入

if（tongdao_input==moni_input） //當最后一路數據采集完成后轉到第一通道

{

tongdao_input=0；

}

SFRPAGE=ADC2_PAGE；

AMX2SL=tongdao_input；

}

C8051f060單片機的內部ADC2轉換結束中斷應用程序：

void ADC2_ISR （void）interrupt 18//單片機 c8051f060的內部ADC2轉換結束中斷

{

static long jishuqi[10]={0L}；

unsigned char i；

char SFRPAGE_SAVE=SFRPAGE；//保存目前的 SFR配置頁

SFRPAGE=ADC2_PAGE；//切換到 ADC2的配置頁AD2INT=0； //去掉ADC2的轉換完成標志

jishuqi[amux_convert]=ADC2； //讀取ADC2內的數值

if（tongdao_convert== （moni_input-1））

{

for（i=0； i

result[i]=jishuqi[i]；

jishuqi[i]=0L；

}

SFRPAGE=UART1_PAGE；//切換到串口配置頁

EA=0；//關閉所有中斷

for（j=0； j

{

SBUF1=244+j；

while（!TI1）；

TI1=0；

celiangzhi=result[j]*243/1023；//將測量值經過計算轉換為實際值

SBUF1=measurement；

while（!TI1）；//等待串口發送成功標志變化

TI1=0；

}

EA=1；//重新開全局中斷

}

tongdao_convert= 通 道 _input；//當 前 轉 換 路 變 為tongdao_input

SFRPAGE=SFRPAGE_SAVE； //保存當前的SFR配置頁

}

2.2 電腦端系統的上位機軟件設計

上位機端采用Visual Basic程序語言進行數據接收與波形還原。以下為串口配置初始化函數程序代碼：

Main.ctrMSComm.InputLen=1

Main.ctrMSComm.InputMode=1'接受方式為二進制數組

Main.ctrMSComm.InBufferSize=1024'接受緩沖區為1大小

Main.ctrMSComm.RThreshold=1'接收緩沖區為一個字節就觸發事件

intPort=1

strSet="115200,n,8,1"

blnAutoSendFlag=False

blnReceiveFlag=False

intReceiveLen=0'接收初始化

繪圖部分主要調用兩條語句：Line語句和PSet語句。Line語句表示在圖中畫一個線段：起點和終點分別是語句中的兩個坐標點。PSet語句的作用是在制定容器內畫一個點，此容器的位置就是語句內的坐標點。

Line語句與PSet語句如下：

drawline.Line(X0,Y0)-(X,Y)

drawline.PSet(X,Y)

圖4與圖5為用Visual Basic程序編寫的多路數據采集系統數據接收界面以及波形還原界面。

圖4 多路數據采集系統數據接收界面Fig.4 The data receiving interface of multi-channel data acquisition system

圖5 多路數據采集系統波形還原界面Fig.5 Multi channel data acquisition system to restore the waveform interface

3 系統測試

在多路數據采集系統設計完成后，對系統進行了測試。在任意一路模擬信號端連接信號發生器，對數據進行采集，并波形還原，再與用示波器捕捉到的信號發生器的波形進行比較，看是否吻合。圖6與圖8為示波器捕捉到的頻率為30 Hz的三角波與正弦波截圖。圖7與圖9為用多路數據采集系統采集到數據后進行波形還原后，在計算機上看到的波形圖。

可以從圖6～圖9中看到：多路數據采集系統采集到的波形發生器的波形與示波器捕捉到的信號發生器的波形基本一致。

圖6 三角波30 Hz（示波器）Fig.6 Triangle wave 30 Hz(DSO)

圖7 三角波30 Hz（上位機）Fig.7 Triangle wave 30 Hz(PC)

圖8 三角波30 Hz（示波器）Fig.8 Triangle wave 30 Hz(DSO)

圖9 三角波30 Hz（上位機）Fig.9 Triangle wave 30 Hz(PC)

4 結 論

文中設計的基于C8051F060的多路數據采集系統可對8路模擬量數據進行采集，并能實時傳輸到PC機，并能實時顯示所采集的數據及模擬量的波形。且成本低廉，結構簡單，可廣泛應用于各種工業場合中。

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