基于C8051F020的液压综合采集系统设计

发布时间:2010-7-23 16:17    发布者:lavida
关键词: C8051F020 , 采集系统 , 液压
1.前言   
  
在工业控制中需要对各种参量进行采集,即利用信号采集系统将各种数据采集到计算机中进行实时处理。传感器起着中间桥梁的作用,但是它输出的信号往往是很微弱的电流信号,需要经过放大转换成电压信号后才能输入到A/D中进行数据采集。另外,随着测试技术的不断发展,为了适应数字化、高效率等要求,在工业测试系统中单片机的应用也越来越广泛,它具有实时及可靠性高的优点,并且日益显示出巨大的优越性。本系统采用美国Cygnal公司的C8051F020单片机为控制核心,组成了多通道数据综合采集系统,它利用较少的外围器件实现了对液压设备的控制。  
  
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C8051F020单片机简介  
  
C8051F020器件是完全集成的混合信号系统级MCU芯片(SOC),它使用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核,CIP-51与MCS-51指令集完全兼容。它采用流水线结构,与标准的8051结构相比指令执行速度有很大的提高。CIP-51提供了22个中断源,允许大量的模拟和数字外设中断微控制器,因而有更高的执行效率。具有64个I/O引脚,每个端口都可以配置成推挽或漏极开路输出。C8051F020 MCU内部有一个SMBUS/I2C接口、两个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口,每种串行总线完全用硬件实现,都能向CIP-51产生中断。它内部有一个12位的ADC0,该子系统包括一个9 通道的可编程模拟多路选择器(AMUX0),一个可编程增益放大器(PGA0)和一个100ksps、12 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC,ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器;一个8位的ADC1,包括一个8 通道的可配置模拟多路开关(AMUX1),一个可编程增益放大器(PGA1)和一个500ksps、8 位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC。两个12位的DAC转换器,每个DAC 都具有灵活的输出更新机制,允许无缝的满度变化并支持无抖动输出更新。C8051F020还有5个通用的16位定时器和5 个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列。  
  
3.系统的硬件结构  

多通道综合采集系统以C8051F020单片机为核心,主要由以下几部分组成:数据的采集、LCD显示和数据通讯三部分,其硬件框图如图1。传感器输出的电流信号经过放大转换后,送至C8051F020内部的A/D转换器中,在单片机内部完成模数转换、数据存储、数据处理的工作,最后送到LCD显示,同时经过RS-485接口送至计算机,由上位机进行实时监控。  

  
3.1数据的采集  
  
对于液压设备中的8个待测参数选用相应的传感器来来检测,试验时选取应变式传感器作为测试现场的工具。这些选用的检测元件输出都是标准的4-20mA微弱的电流信号,电流信号又经过由LM324组成的放大转换电路转换成0-5V的电压信号输入到C8051F020的模拟输入端,如图2所示,经内部集成的A/D转换器转换成相应的数字量。C8051F020将8路采样值作为液压设备现场的状况存入相应的内存单元。  
   
3.2 LCD显示  
  
为了使数据采集系统小巧美观,同时又获得较高的性价比,选用德彼克公司生产的DMF-50174蓝屏液晶显示器,该显示器是320×240点阵式液晶,图形和文本都可以显示。显示驱动控制芯片采用EPSON 公司的一种高性能LCD 控制器SED1335。硬件电路采用间接接法,如图3所示。用单片机的P5.0~P5.7口作为SED1335的DB0~DB7数据总线的输入通道。P4.5作为SED1335的片选信号, 配合地址信号A0实现SED1335 通过数据总线接收来自单片机的指令和数据。当A 0= 0, P4.6(WR)=0,P4.7(RD)= 1时, 实现指令的写入和从SED1335 中读取数据。当A 0= 1, P4.6(WR)= 0, P4.7(RD)=1时, 则是显示数据的写入,该功能通过软件实现。  

  
3.3 数据通讯  
  
单片机C8051F020的TX0、RX0及P0.2通过MAX485与上位机相连,进行串行通信,如图3所示。P0.2控制MAX485的状态或发送,用软件控制。RX0为单片机的串行输入端,接收上位机通过MAX485向单片机发送的数据。TX0为单片机的串行输出端,通过MAX485发送给上位机。  
  
4 系统软件设计
  
  
4.1 软件设计总体上由两部分组成:一部分为单片机C8051F020  
  
主程序设计,一部分为LCD液晶显示程序设计。由于用C语言编程可以降低程序的复杂度,提高程序的可读性和可修改性,所以本软件采用C51进行编程,keil μVision2编译器进行编译。

主程序流程图如图4所示。  
  
4.11 主程序  

  void main (void){  
  long voltage; //电压以mV为单位  
  int i; //循环计数器  
  WDTCN=0xde; //禁止看门狗定时器  
  WDTCN=0xad;  
  SYSCLK_Init(); //初始化振荡器  
  PORT_Init(); //初始化数据交叉开关  
  UART0_Init(); //初始化UART0  
  Timer3_Init(SYSCLK/SAMPLERATE0); //初始化定时器3溢出作为采样率  
  ADC0_Init(); //初始化ADC   
  AD0EN=1;  //允许ADC  
  EA=1; //允许所有中断  
  while(1){  
  for(i=0;i  {EA=0;  
  voltage=result[ i];  //从全局变量中取得ADC值  
  EA=1;  
  voltage = voltage*VREF0;//计算电压(mV)  
  voltage = voltage>>16;  
  LCD_Disp(); //调显示程序,显示电压值  
  printf("Channl'%d' voltage is %ldmV\n",i,voltage);//串口输出  
}}  
  


5 结束语
  
  
测试实验中定义C8051F020的采样频率为50000Hz,ADC0设为定时器3溢出的连续转换模式,采用差动输入方式组成8路转换通道,单片机运行后由定时中断进行数据采集。  
  
C8051F020将采集的数据通过RS-485接口传送给上位机,在传送期间波特率必须和PC机设置的波特率保持一致,否则不能正确接收。在测量过程中,整个系统工作稳定,数据可以得到“准”实时的显示。
  
本文作者的创新点就是能够把液压系统参数中的功率P实时显示出来,而在以往的液压显示设备中只能分别显示液体的压力p和流量q,然后再用公式P=pq计算液压功率,比较麻烦;而且C8051F020芯片集成了大量的外设和IO口资源,在设计系统时,只需使用少量的外围芯片便可完成所需的功能,简化了硬件电路设计,节省了电路板空间,缩小了产品的体积,因而本系统有很广阔的应用前景。
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