基于C8051F340數據采集系統的設計

1引言

電子設備運行狀態(tài)的穩定性直接影響到現代企業(yè)的生產(chǎn), 設備發(fā)生故障后高昂的維修費以及設備停機后給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的損失, 使得各個(gè)企業(yè)紛紛采取措施, 降低設備的故障率。通過(guò)數據采集系統準確的獲取設備運行特征數據, 并對數據進(jìn)行分析,判斷設備的運行狀態(tài)是否良好, 達到提前預防故障出現、減少停機檢修的目的。實(shí)際應用中對數據采集系統的可靠性, 準確性和便攜性要求很高。目前常用的數據傳輸網(wǎng)絡(luò )(如RS232 /RS485, CAN 等)已經(jīng)不能滿(mǎn)足大量采集數據和高速實(shí)時(shí)數據傳輸的要求。而USB傳輸具有高速可靠傳輸的優(yōu)勢, 具有成本低、可靠性高、維護方便等優(yōu)點(diǎn)。本文以帶有片上USB 和高速AD轉換器的C8051F340為核心控制器件, 利用USB總線(xiàn)高速傳輸的特性, 設計了一款高速度低成本的數據采集系統, 采集信號包括該設備輸出氣體的溫度、壓力和流量等14個(gè)參數, 適用于特定設備運行狀態(tài)的數據采集工作。

2系統設計

系統設計圖如圖1所示, 系統主要由C8051F340數據采集模塊與上位PC機構成。需要監控的數據通過(guò)系統前端的傳感器轉換后送入預處理電路, 從預處理電路輸出的數據通過(guò)I/O端口送入AD轉換端口,經(jīng)過(guò)AD轉換將數據保存到C8051F340單片機, 最后通過(guò)USB把數據送入上位PC機保存處理。


圖1 系統設計框圖

3 硬件設計

在整個(gè)硬件設計中C8051F340 單片機是系統重要的組成部分。C8051F340單片機是S ilicon Laboratories公司推出的完全集成的混合信號片上系統型MCU。具有高速、流水線(xiàn)結構的8051兼容的微控制器內核( 可達48M IPS ); 通用串行總線(xiàn)(USB )功能控制器, 有8 個(gè)靈活的端點(diǎn)管道, 集成收發(fā)器和1K FIFO RAM; 真正10位200ksps的單端/差分ADC, 帶模擬多路器; 片內電壓基準和溫度傳感器; 精確校準的12MH z內部振蕩器和4 倍時(shí)鐘乘法器; 多達64KB 的片內FLASH 存儲器; 多達4352字節片內RAM ( 256+ 4KB ); 多達40個(gè)端口I/O (容許5V 輸入)采集系統的電路設計。

由于C8051F340本身集成眾多硬件電路的特性, 硬件接口設計變得非常簡(jiǎn)單, 不需要再添加額外的電子元器件就能實(shí)現USB 的數據傳輸和AD轉換等, 使得系統的硬件結構簡(jiǎn)單, 集成度高, 可靠性好。如圖2所示, 單片機通過(guò)片上USB 接口與上位PC 機連接進(jìn)行數據的傳輸。C8051F340上的P2. 0~ P2. 6引腳作為數據采集的輸入端口, 接受來(lái)自預處理電路輸送過(guò)來(lái)的數據, 最后通過(guò)單片機的模擬多路選擇器( AMUX) 最終決定進(jìn)入AD 轉換的通道。