基于PIC18F1320微控制器的信號采集系統

摘要：便攜式信號采集在機器健康診斷系統中有較高的應用價(jià)值。機器健康診斷的信號特點(diǎn)是包括低頻信號。本文研究是為了實(shí)現簡(jiǎn)易而且低成本的低頻便攜式信號采集。以Microchip公司單片機PIC18F1320為核心設計信號采集電路，實(shí)現了信號的采集和保存。系統采用串行電可擦除芯片24LC32A保存數據，經(jīng)過(guò)有線(xiàn)通信，信號數據由串行口通過(guò)MAX232芯片輸送到微型計算機接收和保存，最后繪制出信號波形。微型計算機程序采用Visual Basic編程。研究成功采樣頻率為3 kHz的復雜信號，證明該方案符合設計要求。
關(guān)鍵詞：信號采集；PIC18F1320；數據通信；微型計算機；微芯；Visual Basic

信號采集設備廣泛使用于機器健康診斷系統中用來(lái)記錄、監視和診斷。機器情況數據經(jīng)常由非便攜式或者帶導線(xiàn)的設備收集。對于一些重要的應用，比如危險或者遙遠的地點(diǎn)，尤其是在航空上，提供可以方便地攜帶或者讀取的設備是必要的。另外，機器健康診斷尤其是機床振動(dòng)信號診斷經(jīng)常處理低頻信號，這值得關(guān)注。
本文研究一種微控制器為基礎的信號采集系統，以滿(mǎn)足信號采集的低成本和靈活模式。開(kāi)發(fā)系統的主要硬件包括一臺微型計算機、一個(gè)以PIC18F1320為基礎的微控制器電路板以及串行通訊鏈接設備。EEPROM 24LC32A被用來(lái)進(jìn)行存儲器擴展。微型計算機運行控制程序。一旦用戶(hù)在微型計算機界面上決定采樣輸入，信息便通過(guò)RS-232端口送往微控制器。微型計算機和微控制器通過(guò)特定的協(xié)議通信。微型計算機告知微控制器模-數轉換的采樣間隔、采樣次數與采樣通道。電路板的設計考慮了開(kāi)放式結構。該系統采用了24引腳易于插拔的插座來(lái)容納Micro-chip微控制器。微處理器將調制的信號轉換成數據直接輸送到微型計算機或者存儲于EEPROM以便將來(lái)讀取。不同的命令與反饋代表系統的不同操作。電路板通過(guò)串行電纜在采集完信號后連接到微型計算機交互，也可以即時(shí)連接和傳送。

1 系統硬件設計
系統的主要原理圖如圖1所示。其中PIC18F1320控制器采用5 V電源供電，支持在線(xiàn)串行編程，最高時(shí)鐘頻率達到40 MHz，通訊波特率可以自動(dòng)檢測。端口A(yíng)是雙向輸入／輸出復用管腳，ANO等管腳被定義成模擬輸入，由用戶(hù)進(jìn)行采樣通道的選擇?？偣灿?3個(gè)模／數轉換通道且采樣時(shí)間可以編程。通道輸入的被測信號經(jīng)過(guò)電子電路調制成符合微控制器電氣要求的信號。調制信號經(jīng)過(guò)轉換變成寄存器內的數據，模數轉換的參考電壓為+5 V。電路板可在微控制器重新編程后方便地插入；同時(shí)，電路板可通過(guò)跳線(xiàn)設置與終端用戶(hù)進(jìn)行電纜連接。由于微控制器與串行電路的電氣特性不同，工業(yè)標準級的MAX232芯片被使用以保證正確的數據傳輸(見(jiàn)圖2)。該芯片和PIC18F1320一樣適用于低功耗場(chǎng)合。MAX232上連接的電容采用的是電解電容，電容值為1 μF。MAX232的11腳或者10腳接微控制器的USART輸出端，12腳或者9腳接微控制器的USART輸入端。微控制器的存儲器擴展使用了32 k的I2C串行EEPROM(見(jiàn)圖3)，數據可以保持200年。EEPROM的地址線(xiàn)A0、A1、A2被接地。串行數據線(xiàn)SDA和串行時(shí)鐘線(xiàn)SCL被分別連接到微控制器的B端口相應管腳。寫(xiě)保護WP接+5 V。