基于单片机的多路信号异步采集技术

BillScot2

9 y! Q1 _+ M* \摘要:本文介绍了一种利用软件定时器在AT87C51单片机上实现多路信号异步采集的实用技术。详细描述了采集系统的硬
件结构、软件流程和通讯机制。
关键字:单片机;软件定时器;异步信号采集
引言
6 ]6 c! s- E1 c! G" m6 O在单片机上实现多路信号异步采集的方法通常
* W) ~8 z  R, K  L3 v0 r+ Y+ `, E有两种:一种是通过外加硬件定时器来实现，即,每个
8 A# g( }1 v* _: n异步信号通道对应- -个定时器,当定时时间到达时,引
发外部中断,CPU对相应的信号进行-一次采样。这种
8 ^; n! v1 y1 H* ~- s3 J方法虽然可以保证信号采集的高速性和实时性，但开
发难度大,硬件成本高,而且信号通道的数目受定时
* R* w- X0 `9 C* r器个数的限制无法随意扩展。另一种方法是软件实现
法,这类方法开发周期短、系统成本低、灵活性强，因
此受到设计者们的青睐。在多路信号异步采集系统的
6 J5 q8 ^0 A# h) }1 o2 J$ o设计过程中,设计者们不断探索、实践,努力寻求简单
有效,灵活实用的技术途径。本文笔者在多年的实践
过程中,提出了一种利用软件定时器实现多路信号异
步采集的有效方法。
1硬件结构及工作原理
多路信号异步采集系统的硬件平台(即,采集器)
4 f! c2 h' U& z7 {/ e主要由模拟选择开关、采样保持电路、A/D转换器、通
( u! X' V# }1 B1 N/ x! q讯电路和微控制器五部分构成。模拟选择开关由单片
机控制,负责选通需要采样的信号通道。采样保持电
% W& h3 e" h& y5 q! V路负责对所选信号的模拟量电压值进行采样,采样的
' [: I! P) v, L. M7 h+ q9 h触发信号由控制器通过P3.0引脚给出。A/D转换器负
" a6 q1 ?& M+ ~' K/ X2 u$ Y) d责对采样到的信号进行数字转换,转换后的值通过数
据总线P0被控制器读入，先存放在该信号通道对应
, c, a3 w7 b: [1 B; c* S6 t% }的缓冲区内,随后由微控制器通过485通讯线送往上
$ T! {6 H+ `* \" g0 Y4 A位机。通讯电路由解码芯片和485适配器构成,解码
7 U+ Z2 O" t' Q6 v0 E8 m器用来识别和解析上位机发送的呼叫命令,当接收码

" |, l8 n8 ^5 r3 e的地址和本地码一致时，将接收到的数据送至P1口，
# q4 j% g, J5 Y7 Y同时向CPU发出接收中断,启动数据传输。具体结构
原理如图1所示。(本文以8路信号异步采集为例)
解码器UM2758-108
4 ~% R! a7 b, o图1硬件原理图
2软件定时器设计
" o. f; H, [) I. \/ Z8 ?: Q9 L* W/ r为了实现多路信号的异步采集，系统为每个信号
! z8 }# b: v3 ~- \" x# Q通道配备一个特定 的软件定时器。软件定时器靠CPU
内部定时器T0的周期性中断来驱动。具体操作办法
如下:
5 ]4 a: z2 X3 x; w8 V% g& f首先在87C51处理器的内存中建立一个固定的
- k" {; \% n$ S/ z( t软件定时器参数表,参数表为每个软件定配备3个对
: o2 i/ f7 _3 B5 W+ Q应的内部参数。参数1用来供用户设置软件定时器的
' P: e1 u, L; ^" Z6 w0 g4 g2 Z定时值,参数2用来保存软件定时器的计时值,该值
) L4 ?% s3 P) S: y- e0 p3 `9 T在定时中断产生时,由中断程序进行累加。这样软件
6 K; O# n6 ?- c2 q定时器的实际计时时间就等于定时中断周期和参数2
6 j& \! K+ U; Y' |的乘积。主程序不断的循环扫描软件定时器的计时
值,当该值达到设定值时,就对其对应的信号通道进
行一次采样,同时对计时值进行清零,使其重新开始
/ A/ j4 j$ U2 h$ Z计时。参数3用来存储软件定时器所对应的信号通道
的采样地址,以便CPU进行采样操作。
: ?4 x, n8 D# M; Z: h; v7 d8 D软件定时器参数表:
0 O; w# D- @( {9 r0 v

0 o5 N# y& t# ~7 n& d' S* T* E
% D. t8 g" r& J( Q: D. {附件下载：

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Monika

A/D转换器负责对采样到的信号进行数字转换