杜珺

摘 要：單片機的廣泛應用實現(xiàn)了工業(yè)領域各系統(tǒng)設備的大部分控制功能。分析了單片機脈沖信號的采集和采集設計，并提出了幾種單片機脈沖信號測量采集方法，僅供參考。

關鍵詞：單片機；脈沖信號；采集器；測試儀

中圖分類號：TM932 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）24-0080-02

單片機應用系統(tǒng)是通過核心CPU設備來顯示工業(yè)領域各個設備環(huán)節(jié)的系統(tǒng)。單片機的應用程序比較復雜，現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展對單片機的應用提出了更高的要求，特別在當下機械加工、化工和石油工程等多個領域，對單片機的各種性能要求十分高。而在我省工業(yè)自動化控制領域中，缺乏相應的單片機技術體系，難以滿足當下工程的數(shù)據(jù)采集、計算機處理應用、數(shù)據(jù)通信等方面的需要。為了確保工業(yè)自動化控制模式的正常開展，實現(xiàn)機械應用與計算機應用技術的協(xié)調發(fā)展，可通過優(yōu)化單片機內部結構程序或使用內部倍頻技術和瑣相環(huán)技術等，達到提升其運算和內部總線速度的目的。

1 單片機脈沖信號采集

1.1 單片機模擬信號采集

單片機系統(tǒng)采集器的信號有模擬電壓信號、PWM信號和數(shù)字邏輯信號等，其中，應用較廣泛的是模擬信號采集。模擬信號指的是電壓和電流，采用的處理技術主要有模擬量的放大和選通、信號濾波等。因為單片機測控系統(tǒng)有時需要采集和控制多路參數(shù)，如果對每條路都單獨采用一個較為復雜且成本較高的回路，就會對系統(tǒng)的校準造成較大影響，幾乎不能實現(xiàn)。因此，可以選用多路模擬開關，方便多種情況下共用。但在選擇多路模擬開關時，要注意考慮通道數(shù)量、數(shù)漏電流設計、切換速度、通導電阻、器件封裝、開關參數(shù)的漂移性和每路電阻的一致性這幾點。信號濾波是為了減少或消除工作過程中的噪聲信號，濾波常用的有模擬濾波電路和數(shù)字濾波技術，后者在單片機系統(tǒng)中發(fā)展較快。

1.2 隨機脈沖信號采集卡的設計

隨機脈沖信號采集卡的硬件組成主要有輸入輸出接口、單片機運行和控制、復讀采集和控制、信號重放和主機接口控制這五個電路模塊。該系統(tǒng)的主要硬件電路包括單片機主系統(tǒng)中的隨機脈沖放大和限幅電路、脈沖幅度、脈沖寬度測量電路、高速信號采集、存儲電路以及由EPLD等構成的控制信號電路等。單片機除了負責隨機脈沖信號的采集以外，還要將相關的數(shù)據(jù)與隨機脈沖數(shù)據(jù)組織成一個完整的信號數(shù)據(jù)結構。

1.3 單片機脈沖信號采集優(yōu)化模式

單片機脈沖信號的采集應用必須要做好相關軟硬件的應用、采集模式等的剖析準備工作。在硬件系統(tǒng)中，需要主機板與接口板設備的配合。在應用軟件子系統(tǒng)過程中，要采用模塊化分區(qū)結構，確保脈沖信號的有效采集和處理。在單片機脈沖信號采集過程中，要注重對單片機CPU的選擇，確保其與接口板等設備相協(xié)調。優(yōu)化編制程序結構，使其滿足脈沖信號采集的需求。例如SOC單片機嵌入系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應用效果良好，是單片微控制器設備的延伸。采集單片機脈沖信號時，需要單片微控制器的配合，才能應用多個微處理器協(xié)調接口板，實現(xiàn)CCL信號、信號、t信號等的應用。該模式要求單片機具有運作速度快、功耗成本低、處理效率高等特點，同時，要為軟件系統(tǒng)的運行提供穩(wěn)定的工作環(huán)境，實現(xiàn)單片機脈沖信號采集的優(yōu)化，并確保整體系統(tǒng)硬件功能的正常使用。在對單片機脈沖信號采集模式進行優(yōu)化設計時，要掌握硬件的運行環(huán)境。在脈沖信號采集處理過程中，要保障單片機應用系統(tǒng)的自檢模式、加源刻度模式等各個模塊的協(xié)調統(tǒng)一配合，保證軟件系統(tǒng)中不同軟件模塊之間的正常運行，實現(xiàn)人機對話模式的優(yōu)化。通過優(yōu)化模塊結構應用，實現(xiàn)綜合運作效益的提升。通過對CCL信號的處理和對輸出模塊的分析，實現(xiàn)對周期性脈沖信號數(shù)據(jù)的收集和模擬量數(shù)據(jù)的輸出。在該模式中，信號是一種隨機信號，通過數(shù)字濾波技術中的中值濾波技術、加權濾波技術等的應用，獲取有效、準確的數(shù)據(jù)并消除誤差，提升薄層分辨能力。在系統(tǒng)試調中，要確保軟硬件之間的有效適配，確保其調試環(huán)節(jié)的協(xié)調，滿足系統(tǒng)各功能需求，實現(xiàn)對單片機脈沖信號的有效采集和處理。

2 單片機脈沖信號測量

2.1 單片機脈沖信號測試儀

以單片機為核心的脈沖信號參數(shù)測試儀和控制裝置，具有體積小巧、便于攜帶、可拓展性較強的特點。例如C8051F340單片機，此種單片機具有較強大的集成模塊功能，簡化了硬件電路設計。該測試儀主要包括顯示模塊、單片機模塊、按鍵模塊、電源模塊和信號調理電路模塊，軟件采用C51語言編程，主要由主程序、按鍵子程序、信號采集子程序、信號處理子程序、液晶顯示程序和中斷子程序等部分組成。此種單片機具有豐富的中斷資源，外部中斷和定時器溢出中斷子程序可完成電壓值、周期、頻率和占空比的測量。

2.2 單片機脈沖信號測量采集方法

單片機脈沖信號的測量采用高電平寬度的方法，將四位數(shù)碼管用于顯示正脈寬度，利用單片機外中斷INT1和定時器TI配合測量得出外脈沖高電平持續(xù)時間。當ITN1腳出現(xiàn)下降時，進入INT1中斷服務程序來判斷脈沖位置。如果是第一個脈沖，則打開計數(shù)器T1的開關；否則，關閉T1開關。T1等到P3.4腳出現(xiàn)高電壓時開始計數(shù)。主函數(shù)在關閉TI的情況下讀取TI計數(shù)值，并送達四位數(shù)碼管顯示。例如AT89C51單片機脈沖信號的測量，脈沖信號測量儀用來測量脈沖的寬度、頻率等參數(shù)，主要由單片機、晶振電路設計、顯示電路設計和復位電路設計幾個部分構成。AT89C51具有低耗能、高性能且經(jīng)濟的微處理器，與MCS51的指令設置和芯片引腳可相互兼容。電路設計在外圍接一個晶振和一個復位電路，然后給單片機接上電源和接地就可開始工作。在單片機運行工作中，時鐘電路在脈沖信號的測量中十分重要，各個部件的運行都以時鐘頻率為基準。利用時鐘電路提高單片機的時鐘信號，利用復位電路提高單片機的電平復位信號，顯示電路可顯示當前測量的脈沖寬度，按鍵電路負責測量脈沖信號。

參考文獻

[1]吳云靖，董恩生，龐宇，等.基于單片機的便攜式脈沖信號參數(shù)測試儀[J].國外電子測量技術，2010（03）.

〔編輯：王霞〕