基于单片机的多路信号异步采集技术

BillScot2

5 L8 W$ n7 _2 M: A( j) }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
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
. @( \; W, t$ c! b! r$ I4 C% H6 ~引言
, }* r; d7 @  R/ M: Y3 T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
( V* b: i( F4 q7 W5 O4 g异步信号通道对应- -个定时器,当定时时间到达时,引
* G( J- g/ d" @1 }1 R0 ]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
, ?: a  h( \; e! O# e$ ~! q发难度大,硬件成本高,而且信号通道的数目受定时
5 Z+ a' O" W. ~1 K$ U器个数的限制无法随意扩展。另一种方法是软件实现
法,这类方法开发周期短、系统成本低、灵活性强，因
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
% g2 m7 I  `& D/ f有效,灵活实用的技术途径。本文笔者在多年的实践
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。
1 v+ M' [/ i# O  P1硬件结构及工作原理
多路信号异步采集系统的硬件平台(即,采集器)
7 j; M/ j/ a, i6 D- o8 V1 @主要由模拟选择开关、采样保持电路、A/D转换器、通
* v9 ]0 a' f: m  U  q% x- l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
1 x* `$ u& F. K路负责对所选信号的模拟量电压值进行采样,采样的
6 {  w) Q/ y( m* P触发信号由控制器通过P3.0引脚给出。A/D转换器负
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
- z9 ^( h0 v) u+ |9 S- w的缓冲区内,随后由微控制器通过485通讯线送往上
位机。通讯电路由解码芯片和485适配器构成,解码
, v) J+ O7 d- e$ _器用来识别和解析上位机发送的呼叫命令,当接收码

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
; b3 t  d3 q; L& r6 R) L$ w原理如图1所示。(本文以8路信号异步采集为例)
8 z1 R% _4 [0 E) K( Z解码器UM2758-108
图1硬件原理图
2软件定时器设计
为了实现多路信号的异步采集，系统为每个信号
! [3 T! }' r0 I( b- \( s# A' n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
) ]# {2 E: {2 v) u  G) ?如下:
4 u) [( x1 l0 q2 E' U首先在87C51处理器的内存中建立一个固定的
软件定时器参数表,参数表为每个软件定配备3个对
8 A/ ]# Y$ H  h) R1 f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
在定时中断产生时,由中断程序进行累加。这样软件
) H/ R  L* c: v9 v1 o7 B; ?5 T定时器的实际计时时间就等于定时中断周期和参数2
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
0 D9 M& b& _5 Y) I行一次采样,同时对计时值进行清零,使其重新开始
. m9 z" x9 X  G+ G* U8 m, l' O& s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。
软件定时器参数表:

" Q5 U) u) ]0 t8 H  l8 a

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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