石長勇

（遼寧新眾網(wǎng)絡(luò)科技有限公司 遼寧 沈陽 110000）

0 引言

條干儀是一種測量紗線條干的儀器，可以測量出紗線的條干不均率、條干變異系數(shù)CV%，測出紗疵并做出紗疵分級，繪制出紗線的質(zhì)量分布圖。普通的條干儀是在實驗室里進行紗線的測量工作，而SLBT-1型便攜式細紗條干儀則是在現(xiàn)場進行測量，方便快捷的反映出紗線的條干質(zhì)量。由于現(xiàn)場和實驗室相比較，在溫度和濕度上都有較大的差異，因此對本儀器采用的CPU有很高的要求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 CPU 的選擇

通過對現(xiàn)場環(huán)境的分析，我們選用了C8051F系列單片機里的C8051F064。由于系統(tǒng)的采集電壓輸入是毫伏級的，因此對CPU的AD采集在速度和分辨率上都有比較高的要求，C8051F064有非常豐富的片上資源，有2個16位、1Msps并帶有DMA控制器的ADC。16位的高速ADC可以對毫伏級的輸入電壓有非常精確的采集結(jié)果，從而保證了采集數(shù)據(jù)的速度和準(zhǔn)確，對下步的數(shù)據(jù)處理打下好的基礎(chǔ)。C8051F064單片機具有高速的、流水線結(jié)構(gòu)的、與8051兼容的CIP-51內(nèi)核，在相同的晶振頻率下，C8051F系列單片機的指令速度要比普通的51單片機快10倍，這也保證了大量的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理對CPU處理速度的要求，從而也可以把每一次的測量結(jié)果快速準(zhǔn)確的顯示到人機界面上。

1.2 RAM 的擴展

由于每次測量需要采集1000～2000組16bit的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)全部需要保存到RAM中，在測量結(jié)束以后再對RAM中的數(shù)據(jù)進行計算處理，這就需要有大量的RAM空間，而C8051F064的內(nèi)部RAM只有4352字節(jié)，這就必須要擴展RAM存儲器。C8051F064具有外部的存儲器的接口，可以方便擴展外部存儲器。本系統(tǒng)采用了IS61LV5128存儲器，IS61LV5128是低功耗高速的、512K字節(jié)隨機存儲器，符合了本系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)量高速度的要求。

1.3 TLC7528組成的DA轉(zhuǎn)換系統(tǒng)

由于受紗線種類和支數(shù)的影響，輸入的采集電壓最高可以達到600毫伏左右，如果在次種紗線的測量過程中出現(xiàn)棉節(jié)紗疵，電壓將會提高4倍以上，這樣就會有可能超過AD采集的基準(zhǔn)電壓2.4V，因此在輸入級設(shè)計了由TLC7528組成的DAC系統(tǒng)，該電路系統(tǒng)可以對輸入的采集電壓分壓，在本系統(tǒng)中實現(xiàn)了兩檔紗線的測量，對30Ne以下的紗線采用低支檔測量，TLC7528對電壓減半，輸入到AD的輸入端，對30Ne以上的紗線采用高支檔測量，TLC7528把電壓1：1的輸入到AD輸入端。從而保證了系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的可靠性。

1.4 人機界面

本系統(tǒng)采用了320*240點陣的單色帶觸摸的LCD。屏自帶的觸摸屏代替了外接鍵盤，使得操作更加方便，也縮小了手持式設(shè)備的體積。320*240點陣可以有足夠的空間顯示出數(shù)據(jù)表格，曲線等界面。

1.5 與PC機通信

C8051F064的ROM空間有限，通過擴展外部FLASH存儲器也不能滿足數(shù)據(jù)的存儲要求，因此采用了與PC機通信的方式，把數(shù)據(jù)表上傳到PC機打印保存。本系統(tǒng)設(shè)計為C8051F064采用RS485接口，通過RS232～RS485轉(zhuǎn)接器和PC機進行通信。

2 C8051F064的工作流程

本系統(tǒng)中C8051F064主要工作包括：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、人機界面的數(shù)據(jù)交換、與PC機的數(shù)據(jù)通信等。

2.1 參數(shù)設(shè)定

直接通過人機界面的觸摸屏來進行參數(shù)的設(shè)定，C8051F064通過讀取相應(yīng)的設(shè)定值，得到TLC7528的電壓倍數(shù)，并通過計算得出系統(tǒng)必要的參數(shù)，最后將參數(shù)保存到24C64存儲器。

2.2 數(shù)據(jù)采集

C8051F064具有帶DMA控制器AD轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)中為了提供CPU的效率和數(shù)據(jù)采集的靈活性，沒有采用DMA方式，而采用了定時器中斷的采集方式，數(shù)據(jù)采集的時間可以通過人機界面設(shè)置的參數(shù)計算得出。在每次采集數(shù)據(jù)的間隔時間，分析上一次采集數(shù)據(jù)的可用性，利用軟件濾波的方法濾除噪聲等一些電壓干擾信號。將正確可用的數(shù)據(jù)保存到外部RAM中，供測量結(jié)束以后計算使用。

2.3 數(shù)據(jù)分析處理

每次測量結(jié)束后C8051F064要進行大量數(shù)據(jù)的分析處理，需要計算出紗線的支數(shù)和材料系數(shù)、條干變異系數(shù)、質(zhì)量分布圖和數(shù)據(jù)表格。

2.4 將數(shù)據(jù)顯示到人機界面

將數(shù)據(jù)處理結(jié)束以后計算出的參數(shù)顯示到人機界面，包括支數(shù)、材料系數(shù)、條干變異系數(shù)、質(zhì)量分布圖等。

2.5 數(shù)據(jù)上傳PC機并打印

將多次測量的結(jié)果保存到數(shù)據(jù)表格中，將數(shù)據(jù)通過RS232通信上傳到PC機打印。PC機的上位機界面采用VB編寫，數(shù)據(jù)上傳到PC機后可以將表格打印，或者直接保存到PC上，方便紡織廠分析紗線的質(zhì)量問題。

3 結(jié)束語

在本系統(tǒng)中，C8051F064 充分發(fā)揮了16 位高速AD 的優(yōu)勢，使采集數(shù)據(jù)高速而準(zhǔn)確，是本系統(tǒng)設(shè)計功能得以實現(xiàn)的關(guān)鍵所在。本系統(tǒng)也充分利用了C8051F 系列單片機的高速指令系統(tǒng)，使得整個系統(tǒng)在快速采集大量數(shù)據(jù)的同時，有充分的時間進行分析計算。

［1］趙亮，侯國銳.單片機C語言編程與實例[M].人民郵電出版社.