單片機測控系統的軟硬件平臺技術(shù)

1． 前言

目前，隨著(zhù)芯片技術(shù)及單片機功能的不斷發(fā)展和成熟，單片機技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)測控系統中得到了廣泛的應用。市場(chǎng)上出現了很多型號的單片機和相應的外圍模塊化產(chǎn)品，尤以8051系列和PIC單片機最為流行。功能強大的各種單片機的確減輕了控制系統設計人員的工作量，但它存在兩個(gè)問(wèn)題：其一，在選定單片機過(guò)程中沒(méi)有考慮軟硬件的綜合設計，即只考慮了硬件的方便性，沒(méi)有考慮與之相應的軟件，所以在系統設計周期中，硬件與軟件的設計過(guò)程分離且相互獨立，在系統集成前沒(méi)有交互作用；其二，在硬件選擇過(guò)程中，沒(méi)有考慮系統開(kāi)發(fā)周期及成本，往往需要購買(mǎi)專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)系統及編程器，開(kāi)發(fā)人員還要花費一定的時(shí)間熟悉指令和仿真器，延長(cháng)開(kāi)發(fā)周期。顯然，這種依據項目功能選擇單片機的設計方法限制了平衡軟硬件的能力，不能充分發(fā)揮軟硬件各自的潛力。當最后軟件與硬件組合到一起時(shí)，很可能要對硬件或軟件進(jìn)行修改，有時(shí)甚至要增加部分特制的硬件，從而導致開(kāi)發(fā)周期延長(cháng)、系統綜合性能下降及潛在開(kāi)發(fā)費用的增加。為此，要在開(kāi)發(fā)周期和費用的限制下設計完整的控制系統，需要采用軟硬件綜合設計的方法。本文提出的軟硬件平臺技術(shù)，正是在軟硬件綜合設計思想的基礎上，考慮到單片機測控系統的獨特性及其在大多數應用領(lǐng)域中的相似性，以一種通用的硬件平臺和軟件平臺來(lái)實(shí)現計算機測控系統快速有效的綜合設計。用戶(hù)只需依據項目要求編制相應程序，即可完成整個(gè)系統的設計。

2． 平臺技術(shù)介紹　　

以往在單片機測控系統中總是孤立地對待每一個(gè)工程項目，因此每做一個(gè)項目時(shí)，都需要從頭做起，效率很低。事實(shí)上，雖然單片機測控系統沒(méi)有辦公或管理系統那樣規范，但還是有一定規律。因此可以將共同的部分抽象出來(lái)，組成基本框架——即平臺。通常的單片機測控系統的組成框圖如圖一所示?！?/p>

在生產(chǎn)過(guò)程的控制中，從信號檢測和輸出控制兩個(gè)方向來(lái)看，單片機測控系統通常要處理3種類(lèi)型的信號：

① 表示生產(chǎn)過(guò)程運行情況的開(kāi)關(guān)量信號，如各種被控設備的啟停狀態(tài)、接觸器的開(kāi)閉狀態(tài)、操作面板上的開(kāi)關(guān)狀態(tài)以及各種物理量的上下限報警信號等。

② 反映生產(chǎn)過(guò)程工況和驅動(dòng)現場(chǎng)控制裝置的模擬量信號，如模擬量輸入的重量、流量、轉速、壓力、料位、成分等，模擬量輸出的連續調節的調節閥，電動(dòng)執行機構等，它們都是一些隨時(shí)間連續變化的模擬量。

③ 純數字設備要求的數字信號，如與上位機進(jìn)行通訊的RS232、RS485串行口、微型打印機等常規外設，某些數字式執行裝置（步進(jìn)電機及數顯裝置）以及某些數字式檢測裝置（光電碼盤(pán)，數字流量計等）。此類(lèi)純數字信號大都可直接與單片機的數據線(xiàn)或通訊接口相連，其標準性和通用性很強，應用十分方便。而前兩類(lèi)信號則大多與工業(yè)現場(chǎng)打交道，情況要復雜得多，這也是在系統設計中最難標準化、最費時(shí)的一項工作。平臺技術(shù)綜合應用軟硬件技術(shù)，力圖綜合工業(yè)現場(chǎng)中的大多數測控系統的主要部分，將圖一中的數字信號輸入、模擬信號輸入、A/D多路轉換、開(kāi)關(guān)量輸出、模擬量輸出、鍵盤(pán)、數碼管顯示、與上位機通訊、看門(mén)狗電路、 FLASH存儲等硬件部分綜合成一個(gè)硬件平臺；依據該硬件平臺開(kāi)發(fā)相應的鍵盤(pán)輸入模塊、數碼管顯示模塊、A/D轉換模塊、數字量輸入/輸出模塊、數據存儲模塊、與上位機通訊模塊等，并由這些模塊綜合成一個(gè)通用軟件平臺。兩者互為補充，又互為支持。

2． 1 硬件平臺

設計的單片機測控系統主要實(shí)現的功能有：

①實(shí)現單片機與生產(chǎn)過(guò)程之間的信息變換，包括A/D轉換、D/A轉換、電平變換、數字量的輸入輸出等。

②實(shí)現單片機與生產(chǎn)過(guò)程之間的信息傳送，包括多路信息的分時(shí)采集、多路控制的分時(shí)操作等。所有的功能做在一塊含CPU的主線(xiàn)路板上（也可稱(chēng)為CPU板），鍵盤(pán)和顯示部分根據系統具體的面板要求靈活配置，實(shí)現單片機測控系統的鍵盤(pán)輸入和數碼管顯示。

③單片機測控系統采集數據及設置參數的存儲及硬件看門(mén)狗。