基于单片机的多路信号异步采集技术

BillScot2

$ N/ X% I" t+ Z! c摘要:本文介绍了一种利用软件定时器在AT87C51单片机上实现多路信号异步采集的实用技术。详细描述了采集系统的硬
$ V2 n6 M; d# R1 c9 ^件结构、软件流程和通讯机制。
关键字:单片机;软件定时器;异步信号采集
引言
1 x! V% J0 @2 m9 G$ A. a在单片机上实现多路信号异步采集的方法通常
有两种:一种是通过外加硬件定时器来实现，即,每个
异步信号通道对应- -个定时器,当定时时间到达时,引
" Q7 A6 c3 T& @- ^% K发外部中断,CPU对相应的信号进行-一次采样。这种
方法虽然可以保证信号采集的高速性和实时性，但开
' c! y; @1 f7 j. R: C, P发难度大,硬件成本高,而且信号通道的数目受定时
器个数的限制无法随意扩展。另一种方法是软件实现
6 @, E7 L/ c4 d法,这类方法开发周期短、系统成本低、灵活性强，因
# Q- g9 c6 _* C" @0 E2 E此受到设计者们的青睐。在多路信号异步采集系统的
设计过程中,设计者们不断探索、实践,努力寻求简单
有效,灵活实用的技术途径。本文笔者在多年的实践
# o# V" y" ~! L过程中,提出了一种利用软件定时器实现多路信号异
步采集的有效方法。
% }6 A/ N* Z; k+ F1硬件结构及工作原理
5 h* {2 @: E$ j1 ^/ L7 g( K: ^多路信号异步采集系统的硬件平台(即,采集器)
主要由模拟选择开关、采样保持电路、A/D转换器、通
/ Q! k; X' T% m1 ^# I7 N- ]讯电路和微控制器五部分构成。模拟选择开关由单片
机控制,负责选通需要采样的信号通道。采样保持电
5 H2 J9 \" z/ w+ f1 L路负责对所选信号的模拟量电压值进行采样,采样的
& h5 l5 m2 u- d* b1 O( O8 x' p+ X% E: g  H触发信号由控制器通过P3.0引脚给出。A/D转换器负
/ t& T" {, Q+ d; e) o责对采样到的信号进行数字转换,转换后的值通过数
据总线P0被控制器读入，先存放在该信号通道对应
的缓冲区内,随后由微控制器通过485通讯线送往上
- O( t# N7 D3 a% D$ c位机。通讯电路由解码芯片和485适配器构成,解码
" ^; ^% B2 z9 h9 o9 p0 s) m1 N器用来识别和解析上位机发送的呼叫命令,当接收码
) N% R9 A, G1 u; W3 V2 W7 K. W
的地址和本地码一致时，将接收到的数据送至P1口，
同时向CPU发出接收中断,启动数据传输。具体结构
- v! ~/ l1 c' [+ A6 }2 l原理如图1所示。(本文以8路信号异步采集为例)
解码器UM2758-108
图1硬件原理图
7 @# ^* B: h# B/ h" u1 b' O3 w2软件定时器设计
0 l- y  I6 u2 e# W: Y1 V1 w9 ^为了实现多路信号的异步采集，系统为每个信号
- K* I7 r# F- p- J0 k/ u$ c通道配备一个特定 的软件定时器。软件定时器靠CPU
内部定时器T0的周期性中断来驱动。具体操作办法
& M% i; b3 ?: y5 w如下:
5 r+ m  @6 w- N# z首先在87C51处理器的内存中建立一个固定的
- S. y# a' A6 z  b" {- x软件定时器参数表,参数表为每个软件定配备3个对
应的内部参数。参数1用来供用户设置软件定时器的
定时值,参数2用来保存软件定时器的计时值,该值
1 Q5 A/ i( l8 E& W: t+ C在定时中断产生时,由中断程序进行累加。这样软件
定时器的实际计时时间就等于定时中断周期和参数2
. e! I" D0 n# I3 Y$ V# u- f- s9 l的乘积。主程序不断的循环扫描软件定时器的计时
值,当该值达到设定值时,就对其对应的信号通道进
行一次采样,同时对计时值进行清零,使其重新开始
" m$ l& s& s' `( R计时。参数3用来存储软件定时器所对应的信号通道
的采样地址,以便CPU进行采样操作。
4 i! ^0 v. G6 A, O软件定时器参数表:


7 D$ x, B- G$ q5 Z
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Monika

A/D转换器负责对采样到的信号进行数字转换