基于單片機的脈沖信號采集與處理

杜珺

摘 要：單片機的廣泛應用實現了工業領域各系統設備的大部分控制功能。分析了單片機脈沖信號的采集和采集設計，并提出了幾種單片機脈沖信號測量采集方法，僅供參考。

關鍵詞：單片機；脈沖信號；采集器；測試儀

中圖分類號：TM932 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0080-02

單片機應用系統是通過核心CPU設備來顯示工業領域各個設備環節的系統。單片機的應用程序比較復雜，現代經濟的發展對單片機的應用提出了更高的要求，特別在當下機械加工、化工和石油工程等多個領域，對單片機的各種性能要求十分高。而在我省工業自動化控制領域中，缺乏相應的單片機技術體系，難以滿足當下工程的數據采集、計算機處理應用、數據通信等方面的需要。為了確保工業自動化控制模式的正常開展，實現機械應用與計算機應用技術的協調發展，可通過優化單片機內部結構程序或使用內部倍頻技術和瑣相環技術等，達到提升其運算和內部總線速度的目的。

1 單片機脈沖信號采集

1.1 單片機模擬信號采集

單片機系統采集器的信號有模擬電壓信號、PWM信號和數字邏輯信號等，其中，應用較廣泛的是模擬信號采集。模擬信號指的是電壓和電流，采用的處理技術主要有模擬量的放大和選通、信號濾波等。因為單片機測控系統有時需要采集和控制多路參數，如果對每條路都單獨采用一個較為復雜且成本較高的回路，就會對系統的校準造成較大影響，幾乎不能實現。因此，可以選用多路模擬開關，方便多種情況下共用。但在選擇多路模擬開關時，要注意考慮通道數量、數漏電流設計、切換速度、通導電阻、器件封裝、開關參數的漂移性和每路電阻的一致性這幾點。信號濾波是為了減少或消除工作過程中的噪聲信號，濾波常用的有模擬濾波電路和數字濾波技術，后者在單片機系統中發展較快。

1.2 隨機脈沖信號采集卡的設計

隨機脈沖信號采集卡的硬件組成主要有輸入輸出接口、單片機運行和控制、復讀采集和控制、信號重放和主機接口控制這五個電路模塊。該系統的主要硬件電路包括單片機主系統中的隨機脈沖放大和限幅電路、脈沖幅度、脈沖寬度測量電路、高速信號采集、存儲電路以及由EPLD等構成的控制信號電路等。單片機除了負責隨機脈沖信號的采集以外，還要將相關的數據與隨機脈沖數據組織成一個完整的信號數據結構。

1.3 單片機脈沖信號采集優化模式

單片機脈沖信號的采集應用必須要做好相關軟硬件的應用、采集模式等的剖析準備工作。在硬件系統中，需要主機板與接口板設備的配合。在應用軟件子系統過程中，要采用模塊化分區結構，確保脈沖信號的有效采集和處理。在單片機脈沖信號采集過程中，要注重對單片機CPU的選擇，確保其與接口板等設備相協調。優化編制程序結構，使其滿足脈沖信號采集的需求。例如SOC單片機嵌入系統，該系統的應用效果良好，是單片微控制器設備的延伸。采集單片機脈沖信號時，需要單片微控制器的配合，才能應用多個微處理器協調接口板，實現CCL信號、信號、t信號等的應用。該模式要求單片機具有運作速度快、功耗成本低、處理效率高等特點，同時，要為軟件系統的運行提供穩定的工作環境，實現單片機脈沖信號采集的優化，并確保整體系統硬件功能的正常使用。在對單片機脈沖信號采集模式進行優化設計時，要掌握硬件的運行環境。在脈沖信號采集處理過程中，要保障單片機應用系統的自檢模式、加源刻度模式等各個模塊的協調統一配合，保證軟件系統中不同軟件模塊之間的正常運行，實現人機對話模式的優化。通過優化模塊結構應用，實現綜合運作效益的提升。通過對CCL信號的處理和對輸出模塊的分析，實現對周期性脈沖信號數據的收集和模擬量數據的輸出。在該模式中，信號是一種隨機信號，通過數字濾波技術中的中值濾波技術、加權濾波技術等的應用，獲取有效、準確的數據并消除誤差，提升薄層分辨能力。在系統試調中，要確保軟硬件之間的有效適配，確保其調試環節的協調，滿足系統各功能需求，實現對單片機脈沖信號的有效采集和處理。

2 單片機脈沖信號測量

2.1 單片機脈沖信號測試儀

以單片機為核心的脈沖信號參數測試儀和控制裝置，具有體積小巧、便于攜帶、可拓展性較強的特點。例如C8051F340單片機，此種單片機具有較強大的集成模塊功能，簡化了硬件電路設計。該測試儀主要包括顯示模塊、單片機模塊、按鍵模塊、電源模塊和信號調理電路模塊，軟件采用C51語言編程，主要由主程序、按鍵子程序、信號采集子程序、信號處理子程序、液晶顯示程序和中斷子程序等部分組成。此種單片機具有豐富的中斷資源，外部中斷和定時器溢出中斷子程序可完成電壓值、周期、頻率和占空比的測量。

2.2 單片機脈沖信號測量采集方法

單片機脈沖信號的測量采用高電平寬度的方法，將四位數碼管用于顯示正脈寬度，利用單片機外中斷INT1和定時器TI配合測量得出外脈沖高電平持續時間。當ITN1腳出現下降時，進入INT1中斷服務程序來判斷脈沖位置。如果是第一個脈沖，則打開計數器T1的開關；否則，關閉T1開關。T1等到P3.4腳出現高電壓時開始計數。主函數在關閉TI的情況下讀取TI計數值，并送達四位數碼管顯示。例如AT89C51單片機脈沖信號的測量，脈沖信號測量儀用來測量脈沖的寬度、頻率等參數，主要由單片機、晶振電路設計、顯示電路設計和復位電路設計幾個部分構成。AT89C51具有低耗能、高性能且經濟的微處理器，與MCS51的指令設置和芯片引腳可相互兼容。電路設計在外圍接一個晶振和一個復位電路，然后給單片機接上電源和接地就可開始工作。在單片機運行工作中，時鐘電路在脈沖信號的測量中十分重要，各個部件的運行都以時鐘頻率為基準。利用時鐘電路提高單片機的時鐘信號，利用復位電路提高單片機的電平復位信號，顯示電路可顯示當前測量的脈沖寬度，按鍵電路負責測量脈沖信號。

參考文獻

[1]吳云靖，董恩生，龐宇，等.基于單片機的便攜式脈沖信號參數測試儀[J].國外電子測量技術，2010（03）.

〔編輯：王霞〕