基于C8051F020单片机的实时测控装置设计

发布者:等放假的zr0最新更新时间:2013-04-25 来源: 电子科技 关键字:C8051F020  单片机  实时测控 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
0 引言
    C8051Fxxx单片机是美国Silabs公司推出的完全集成的混合信号系统级芯片,具有与8051指令集完全兼容的CIP-51内核。在项目研制中采用C8051F020单片机,对于熟悉掌握51单片机的技术人员来说,在硬件设计及软件编程上大大提高了研制效率和装备可维护性。测控装置是某型电子装备的实时控制装置,是整个系统最重要的组成部分之一,是系统运行过程中的指挥控制中心。该装置通过构建多单片机系统,实现了复杂时序的实时控制以及多路数据采集,可以提供系统正常工作所需的多路输出控制信号;通过硬件设计和软件编程实现了单片机与单片机、单片机与上位机之间的实时通信,各子系统之间的效据交换和复杂逻辑关系的处理,系统在规定时间可靠输出多路控制信号等功能。

1 测控装置的硬件设计
1.1 总体设计
   
测控装置主要完成装备运行过程中的参数设置、时序控制、数据采集、输出控制、串口通信等任务,其硬件设计采用了“核心模块+数据采集模块+输出控制模块+数字逻辑模块”的模块化设计思想。其中核心模块包含单片机系统的基本功能,其他三个模块分别完成系统特定功能。这种设计思想既简化了系统硬件设计,又缩短了系统研制周期。测控装置的总体设计框图如图1所示。

a.JPG[page]

    (1)核心模块
    核心模块由Cygnal单片机(C8051F020)、UT62L1024SRAM、SPI串行方式8 Mb的FLASH存储器AT45DB081、日历时钟S-3530A、10M以太网芯片8019等组成。全部芯片和电路组合在42.5 mmx53.8 mm的PCB板上,由2 mm脚距的40P双排插针与数据采集模块相连接,核心模块在使用时相当于一个“大芯片”。C8051F020单片机实时采集各种数据,根据预先设定在单片机中的参数,对接收数据进行综合处理和分析计算,输出满足要求的各种控制信号。
    (2)数据采集模块
    数据采集模块上设计有脚距2 mm的40P双排插孔,可以很方便地实现核心模块的转接。每个模块还设计有3个8位数字I/O端口(P1,P2,P3)和一个8通道模拟输入端口(AIN),另外还有RS 485通信端口和电源模块。
    通过这些端口单片机可以很方便地对外部传感器输入的信号进行实时采集,并通过RS 485通信与系统其他组件实现数据交换。
    (3)输出控制模块
    测控装置工作过程中根据时序对外部组件进行供电和控制,需要3 V,5 V,12 V和27 V等多种工作电压,以及多路输出控制信号,为此设计了输出控制模块,通过单片机的可编程数字I/O端口对相关继电器进行实时控制,从而实现多路电压和控制信号的稳定输出。
    (4)数字逻辑模块
    数字逻辑模块将单片机输出的部分数字信号进行转换,提供给需要的外部组件,同时也可以接收其他单片机和外部组件的数字信号,进行硬件逻辑判决,从而实现在预定时机可靠地输出系统触发信号,最终完成触发外部执行装置的功能。
1.2 传感器数据采集
   
传感器是能感受规定的被测量并转换成可用输出信号的器件,本系统使用的传感器作为某型电子装备的重要组成部分,根据各自的功能“感知”外界环境变化,完成将各种物理量转化为单片机可以处理的模拟或数字信号,并由单片机对这些信号进行采集和处理。
    本系统使用的传感器主要分为两大类,一类是无线电传感器,用来测量系统距目标的距离;另一类是惯性传感器,用来监测系统运行过程中的实时加速度值。其中惯性传感器既有高精度大量程的电子式传感器,又有稳定可靠的机械式传感器。
    对于传感器输出的模拟信号,C8051F020单片机拥有专用的模拟输入引脚(AIN),通过12位ADC对输入的模拟信号进行采集转换,并利用ADC转换结束引起中断响应,将转换得到的数据进行分析处理。而对于传感器输出的数字信号,经电平转换后即可由数字I/O端口(P1,P2,P3)进行采集,单片机根据采集到的信号分析判断系统当前状态,为适时输出控制信号和系统触发信号提供依据。

2 测控装置的软件设计
   
单片机采用C语言编程,相对于汇编语言来说,程序的可读性大大提高,采用模块化设计思想也为系统调试和维护带来极大的方便。
    测控装置软件采用采用模块化设计,主要包括数据采集模块、串口通信模块,时序控制模块和信号处理模块。数据采集模块又包含ADC数据转换和数字信号采集两个子模块,主要是通过单片机的中断系统实时采集外部模拟和数字信号;串口通信模块主要实现单片机与外部组件间的RS 485通信,接收其他测控设备的控制命令,反馈单片机实时采集的各种数据;时序控制模块利用单片机的定时器精确计时,并根据预先设定的参数,按照系统要求的时序及时准确地发出各种控制信号;信号处理模块对各类传感器发出的信号进行中断处理和分析计算,最终输出所需的系统触发信号。
2.1 主程序设计
   
测控装置通过串口接收上位机的指令,并存储由上位机发送的系统参数,在运行过程中,通过传感器A和传感器B的动作情况判断测控装置当前所处状态,根据不同的状态输出满足系统需要的各种控制信号。测控装置通过预先设定的参数和从传感器C接收的实时数据,进行分析处理,并结合传感器D发出的各种标志信号进行综合计算,从而确定输出系统触发信号的时机。另外传感器E的信号具有排他性,可以直接导致测控装置输出系统触发信号。测控装置的主程序流程图如图2所示。

b.JPG


2.2 串口通信程序设计
   
在以单片机为核心构成的数据采集系统中,往往需要实现PC机与单_片机之间的数据交换。传统的基于RS 232协议的串口通信存在传输距离短、速度慢、信号易受干扰等不足,其应用局限性日益突出,而利用RS 485串行通信,可以实现快速、稳定、远距离地传送数据。

[page]

    测控装置的串口通信模块实现单片机与其他单片机以及上位机之间的信息交互,根据自定义的通信协议发送或接收数据,并通过UART中断服务程序对接收的数据进行分析判断。串口通信模块分为数据发送和数据接收两个子模块。数据发送子模块实现单片机对外传输数据,这些数据主要包括单片机采集的各类传感器数据、主程序执行过程中需要向其他单片机发送的指令和单片机进行数据处理、综合计算产生盼数据。数据接收子模块主要负责接收来自其他单片机和上位机的指令,接收上位机发送的各种参数。测控装置的串口通信程序流程图如图3所示。

c.JPG



3 结语
   
在实时测控装置研制中采用了多个C8051F020单片机,以22.118 4 MHz的晶体振荡器作为系统时钟,整个系统运行速度得到了很大的提高。较硬件均采用模块化设计,为设备调试和后期维护提供了便利。通过单机调试和系统联调,24路控制信号输出准确无误,外部传感器的48路数据采集及时高效,系统工作性能稳定可靠,较好地完成了实时数据采集、复杂时序控制、多机串行通信等任务,达到了设计要求。

关键字:C8051F020  单片机  实时测控 引用地址:基于C8051F020单片机的实时测控装置设计

上一篇:基于GSM模块的LED显示屏设计
下一篇:基于C8051F020的高精度超声波测距系统设计

推荐阅读最新更新时间:2024-03-16 13:22

从EEMBC看低功耗MCU的评分基准
本文编译自EEWORLDONLINE 有多种方法和基准可用于量化嵌入式微控制器 (MCU) 的能耗,以及蓝牙低功耗和 Wi-Fi 等常见外设功能的相关能耗基准。随着时间的推移,MCU 设计发生了变化,以支持对更高能效的需求。此外,还有服务器(SPECpower——运行Java的Web服务器的基准)、数据中心(Power Usage Effectiveness、PUE、国际标准ISO/IEC 30134-2:2016)以及其他领域的能耗基准测试。不过这些已经超出了本文的范围。 低功率设备的功耗常常用毫瓦 (mW) 来衡量,但超低能耗通常以微焦耳 (µJ) 来衡量。功耗与电源最相关,例如只能提供几毫瓦(或者毫安),在电池应用中
[单片机]
从EEMBC看低功耗<font color='red'>MCU</font>的评分基准
MCS-51单片机与无线调制器的应用
GPS是目前技术上最成熟且已实用的一种定位系统,但是在GPS定位系统中,由于其是一个单向导航系统,他是把星历数据等传给地面接收机,可在许多具体应用时,例如在车辆调度系统中,一般都需要把利用GPS测得的信息数据传到调度中心,由于其系统由一个基准站和多个用户台组成,基准站与用户台之间的联系,即由基准站计算出的各种校正值发送到用户台,上边这一切都需要用到数据链来完成数据的传输。其中,数据链由调制解调器和电台组成。在无线数据传输系统中,调制解调器足一个关键部分,调制解调器(Modem)是将数据进行编码和调制,然后输入到电台发射出去,用户台将其接收下来,并将数据解调后,送入GPS接收机进行改正。本文介绍了单片机控制Modem的原理和方法。
[工业控制]
MCS-51<font color='red'>单片机</font>与无线调制器的应用
基于MCU的汽车方向盘按键控制器系统设计
随着汽车在人们日常生活中的普及以及汽车电子在汽车应用领域价值不断地扩大,越来越多的舒适性能和“智能”应用被集成进车身电子的领域。飞思卡尔最新的汽车级8位微控制器MC9S08SC4便是本文所要介绍的主角,该款微控制器是业界使用广泛的飞思卡尔HCS08系列汽车级微控制器家族最新的成员,以其低成本、小封装但同时兼具高性能、高可靠性的特点,适用于众多汽车电子应用领域,例如:简单的灯光控制、按键控制、HVAC、LIN通信控制器、车内后视镜调光以及简单的继电器和马达控制。如果你正在为你的应用物色一颗高性能、低成本的汽车级微控制器,但又为电子模块成本和PCB面积的限制而苦恼,相信MC9S08SC4正是你要找的这颗芯片。 MC9S08SC4的片
[单片机]
基于<font color='red'>MCU</font>的汽车方向盘按键控制器系统设计
为什么有些人说单片机简单,我学起来这么吃力?
相信我,你不是学不会,只是没找对方法。 看完这篇文章,你就发现原来自己学起来并没那么吃力。 开始前点赞+收藏赶紧点起来,不然我怕你看得太入神,下次想看都找不到。 很多人学单片机从入门到入土,最核心的问题无非就是以下3个: 1.学习路径不够清晰 2.学习内容不成体系 3.学习过程没人指导 下面,我们重点针对这3个问题来讲下解决办法。 一、学习路径不够清晰 1.学习路径不清晰会有什么问题? 一会学一下电路,一会学一下单片机,一会学一下c语言,学了很多东西,最后发现啥也没学会。 还有就是在学习某个知识点的时候,突然发现看不懂了,一脸懵逼。 比如你看开发板的电路,发现某个电路看不懂。 你会以为自己电路基础太差,又返回去把模
[单片机]
单片机在平衡能力静态测试及动态训练中应用方案
1. 引言 人类的平衡能力是人能够进行各种运动的基础,人的站立、坐卧、行走都需要有平衡能力。一旦人的平衡能力有障碍,则人的行动能力就受制约,给学习、生活带来极大的不便。在现代化的社会,人口老龄化问题突出,老年人因某种疾病而导致脑损伤引起平衡能力降低,行动能力受阻。因此,在临床治疗中,需要一种能对平衡功能检验的设备。我校在上海瑞金医院的协作下,在分析了国际、国内有关资料的基础上,应用先进的计算机控制技术研制成功了多功能的人体平衡康复仪。使用该仪器可以客观、定量地进行平衡功能的测试、分析和训练,可以地进行平衡能力的静态测试和动态训练。为临床研究提供了有效的手段。 2.仪器功能 ·仪器的测量范围:10---360kg ·重心位置
[单片机]
<font color='red'>单片机</font>在平衡能力静态测试及动态训练中应用方案
avr单片机智能频率计的设计
智能频率计仿真原理图如下 单片机源程序如下: #ifndef main_c //test ok #define main_c #endif #include main.h //************************全局变量 volatile uint t0_cont; volatile uint t1_cont; volatile uchar flg1; // //------------------------------------------------------------------------- // 测试函数 用来初始化 //--------------------------
[单片机]
avr<font color='red'>单片机</font>智能频率计的设计
意法半导体安全微控制器让汽车联网拥有更安全的网络环境
到2020年,预计在公路上行驶的联网汽车数量将达到1.5到2.5亿辆,联网汽车的数据安全将由芯片来提供保护,例如横跨多重电子应用领域的全球领先的半导体供应商意法半导体(STMicroelectronics,简称ST;纽约证券交易所代码:STM)的最新的安全微控制器。 接入互联网将给汽车及其车主带来很多服务,例如软件更新、服务软件包、位置信息服务、社交媒体、流媒体娱乐内容和紧急救援,这要求联网汽车必须能够防御互联网攻击,防止盗窃个人数据或破坏汽车重要系统。 意法半导体的新安全微控制器(ST32G512A和ST33G1M2A)利用其市场领先的专有安全技术提供数据保护功能,并通过了世界最严格的汽车产品质量认证标准AEC-Q100
[汽车电子]
意法半导体安全<font color='red'>微控制器</font>让汽车联网拥有更安全的网络环境
基于AVR微控制器的电力机车智能辅保系统的实现
    摘要: 给出了以AVR微控制器为核心的电力机车智能辅保系统的设计方案,并介绍了系统硬件及软件的具体实现方法。     关键词: 智能辅保系统 AVR微控制器 硬件 软件 电气机车辅助系统中有劈相机、空气压缩机、通风机及制动风机等各种类型的电机。运行中为了防止出现短路、过流等异常情况而烧毁电机,通常配置辅助保护系统,起到及时监测电机故障并加以处理的作用。目前电力机车上安装的辅保系统都是模拟电路装置,系统硬件复杂,又不方便司机使用和维修。因此,设计一种实时性高、性能可靠的智能辅保系统替代原有的模拟电路装置势在必行。本文将介绍笔者开发的用于韶山型电力机车的智能辅助保护系统的设计及实现。 1 系统的主要功能
[传感技术]
小广播
添点儿料...
无论热点新闻、行业分析、技术干货……
设计资源 培训 开发板 精华推荐

最新单片机文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved