《電子技術(shù)應用》
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基于單片機的某型裝備測試信號記錄系統(tǒng)設計
2015年微型機與應用第11期
董 洋,馮 超,任 琴
(武漢軍械士官學校,湖北 武漢 430075)
摘要: 為實現(xiàn)某型裝備測試信號的自動記錄,在分析被測信號特性的基礎上,基于單片機設計了一套信號自動記錄系統(tǒng)。給出了以C8051F020單片機為核心的硬件組成框圖,分析了部分外圍電路的設計原理;闡述了系統(tǒng)軟件功能模塊結(jié)構(gòu)和部分功能模塊信號流程圖。實際應用表明:該系統(tǒng)實現(xiàn)了測試信號的自動記錄,能夠滿足該型裝備的維護需求,提高了裝備維護效率,降低了裝備維護成本,具有一定的使用價值和推廣價值。
Abstract:
Key words :

  董 洋,馮 超,任 琴

 ?。ㄎ錆h軍械士官學校,湖北 武漢 430075)

  摘  要: 為實現(xiàn)某型裝備測試信號的自動記錄,在分析被測信號特性的基礎上,基于單片機設計了一套信號自動記錄系統(tǒng)。給出了以C8051F020單片機為核心的硬件組成框圖,分析了部分外圍電路的設計原理;闡述了系統(tǒng)軟件功能模塊結(jié)構(gòu)和部分功能模塊信號流程圖。實際應用表明:該系統(tǒng)實現(xiàn)了測試信號的自動記錄,能夠滿足該型裝備的維護需求,提高了裝備維護效率,降低了裝備維護成本,具有一定的使用價值和推廣價值。

  關(guān)鍵詞: 單片機;串口通信;信號采集;信號顯示與控制

0 引言

  某型裝備在進行技術(shù)維護時,測試人員需要通過測試信號的測量數(shù)據(jù)來判斷裝備的性能,從而及時組織實施裝備修復工作來保障裝備的完好性。在對測試信號進行測量的過程中,由于測試信號種類繁多,記錄、計算工作十分繁瑣,經(jīng)常出現(xiàn)缺項、漏項的情況;并且測試信號的波形記錄使用的是筆錄儀設備,筆錄儀記錄時需要使用特定規(guī)格的熱敏紙,其尺寸要求嚴格,采購困難,成本較高,不符合部隊自動化、信息化的發(fā)展方向。綜合以上缺點,提出了利用C8051F020單片機為核心的測試信號自動記錄系統(tǒng)的研制方案,該系統(tǒng)的應用不但可以滿足部隊維護裝備的需求,還能夠提高裝備維護效率,降低裝備維護成本。

1 系統(tǒng)總體設計

  1.1 測試信號分析

  測試信號同時從6個航空插座輸出,總數(shù)超過50路,從測試信號的峰值、頻率、是否為周期信號等特性分析,分檔歸類各信號,確定系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設計方案。

  1.2 總體設計

  結(jié)合系統(tǒng)所要實現(xiàn)的信號采集、信號記錄、信號存儲與顯示等功能,系統(tǒng)由上位機和下位機兩部分組成。其中下位機以C8051F020單片機為核心,主要實現(xiàn)信號的調(diào)理、采集、預處理、串口傳輸?shù)裙δ堋I衔粰C中以軟件系統(tǒng)為主,實現(xiàn)串口通信、多路信號顯示與控制、信號存儲與打印等功能,總體設計框圖如圖1所示。

001.jpg

  在下位機中設置了調(diào)理電路,結(jié)合測試信號分析中信號的分檔,將每檔信號的電壓進行放大或衰減,滿足C8051F020單片機A/D輸入范圍。系統(tǒng)設計6路A/D采集通路,所采集的信號存儲在單片機的寄存器中,以文本的形式通過串口傳遞給上位機。上位機采用C#進行編程,實現(xiàn)6路信號的實時顯示、記錄存儲、顯示控制和打印輸出等功能。系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示。

002.jpg

2 硬件設計

  硬件組成是以C8051F020單片機為核心的硬件平臺,包括信號調(diào)理電路、信號采集電路、A/D模塊、串口通信模塊、電源模塊等,實現(xiàn)6路模擬信號的采集、串口通信等功能。模擬信號的采集通過C8051F020單片機內(nèi)部的8位A/D模塊實現(xiàn),其采樣的最大速率為500 kS/s[1]。下位機硬件設備與上位機的通信是由CH340T芯片完成,傳送采集的文本數(shù)據(jù)和采集控制信號。

  2.1 A/D模塊

  C8051F020有一個片內(nèi)8位SAR ADC,帶有一個8通道輸入多路選擇器和可編程增益放大器。ADC0的電壓基準可以在模擬電源電壓和一個外部VREF引腳之間選擇[1]。系統(tǒng)設計時使用該A/D模塊的7個輸入引腳,其中AIN1.0~AIN1.5作為系統(tǒng)6路測試信號正極,AIN1.7作為6路測試的負極。A/D模塊原理圖如圖3所示。

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  2.2 串口通信模塊

  為了使下位機與上位機間的通信接口匹配,設計了CH340T串口轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)了USB接口通信。CH340T是一個USB總線的轉(zhuǎn)接芯片,可以實現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口、USB轉(zhuǎn)IrDA紅外或者USB打印口[2]。串口模塊原理圖如圖4所示。

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  2.3 電源模塊

  下位機中硬件電路需用3.3 V和1.8 V供電,設計了兩組LM117穩(wěn)壓芯片組成的電源模塊,電源模塊原理圖如圖5所示[3]。

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3 軟件設計

  上位機中使用C#設計軟件系統(tǒng),實現(xiàn)波形顯示、存儲、打印、控制等功能。設計軟件選用Microsoft Visual Studio 2008,該軟件不但提供了多種控件,而且還可以根據(jù)不同需求自行設計控件。系統(tǒng)軟件功能如圖6所示。

006.jpg

  系統(tǒng)結(jié)合了serialPort串口控件、timer定時控件、printDocumentCurve打印控件等設計了具有波形顯示、存儲、打印、控制功能的控件,方便后臺維護與更新。下面簡介定時控件和串口控件的實現(xiàn)。

  3.1 定時控件

  系統(tǒng)利用timer定時控件實現(xiàn)波形的實時顯示。為了避免timer定時控件在刷新時產(chǎn)生圖形閃爍,采用了雙緩沖存儲繪制的方法,其關(guān)鍵代碼如下:

  BufferedGraphicsContext currentContext;

  //為了消除繪圖閃爍,重新定義繪制緩沖區(qū)

  BufferedGraphics myBuffer;

  currentContext=BufferedGraphicsManager.Current;

  myBuffer=currentContext.Allocate(this.CreateGraphics(),this.DisplayRectangle);

  3.2 串口控件

  使用serialPort控件時需要設置匹配的波特率以及端口號,并在主程序中設置開啟串口,通過串口傳送過來的數(shù)據(jù)可以用serialPort1.ReadLine函數(shù)讀取[4]。參考代碼如下:

  private void serialPort1_DataReceived(object sender,System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e)

  {serialPort1.NewLine="\n";//判斷接收是否開始

  string RecData;//定義接收變量

  if(serialPort1.IsOpen== true)//判斷串口狀態(tài)

  {

  RecData= serialPort1.ReadLine();//接收數(shù)據(jù)

  RecData.Trim();

  }

  }

4 結(jié)束語

  系統(tǒng)實現(xiàn)了測試信號的自動記錄,并加入了存儲、打印、顯示控制等功能。實現(xiàn)了C8051F020單片機采集、串口通信功能;利用C#自行設計了專用控件,實現(xiàn)了信號波形的顯示控制、存儲打印等功能。系統(tǒng)經(jīng)過在部隊的使用表明,滿足了裝備維護的需求,提高了維護效率,降低了維護成本。系統(tǒng)的設計體現(xiàn)了裝備維護信息化、自動化的特點,系統(tǒng)可擴展性強,可延伸到其他型號的裝備上,具有一定推廣價值。

  參考文獻

  [1] 新華龍電子有限公司.C8051F020/1/2/3混合信號ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊Rev 1.4[Z].潘琢金,譯.2005.

  [2] Cygnal集成產(chǎn)品公司.C8051F單片機應用解析[M].潘琢金,孫德龍,夏秀峰,譯.北京:北京航空航天大學出版社,2002.

  [3] 蔡曉雯,楊恢先,李正義,等.基于C8051F020的外部存儲器擴展[J].測控技術(shù),2008,27(3):52-54.

  [4] 蔣國峰.基于單片機的航空電臺通用控制器設計[J].計算機測量與控制,2008,16(2):181-184.


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