基于單片機(jī)的某型裝備測(cè)試信號(hào)記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

董 洋，馮 超，任 琴

（武漢軍械士官學(xué)校，湖北 武漢 430075）

0 引言

某型裝備在進(jìn)行技術(shù)維護(hù)時(shí)，測(cè)試人員需要通過測(cè)試信號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)來判斷裝備的性能，從而及時(shí)組織實(shí)施裝備修復(fù)工作來保障裝備的完好性。在對(duì)測(cè)試信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的過程中，由于測(cè)試信號(hào)種類繁多，記錄、計(jì)算工作十分繁瑣，經(jīng)常出現(xiàn)缺項(xiàng)、漏項(xiàng)的情況；并且測(cè)試信號(hào)的波形記錄使用的是筆錄儀設(shè)備，筆錄儀記錄時(shí)需要使用特定規(guī)格的熱敏紙，其尺寸要求嚴(yán)格，采購困難，成本較高，不符合部隊(duì)自動(dòng)化、信息化的發(fā)展方向。綜合以上缺點(diǎn)，提出了利用C8051F020單片機(jī)為核心的測(cè)試信號(hào)自動(dòng)記錄系統(tǒng)的研制方案，該系統(tǒng)的應(yīng)用不但可以滿足部隊(duì)維護(hù)裝備的需求，還能夠提高裝備維護(hù)效率，降低裝備維護(hù)成本。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試信號(hào)分析

測(cè)試信號(hào)同時(shí)從6個(gè)航空插座輸出，總數(shù)超過50路，從測(cè)試信號(hào)的峰值、頻率、是否為周期信號(hào)等特性分析，分檔歸類各信號(hào)，確定系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1.2 總體設(shè)計(jì)

結(jié)合系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的信號(hào)采集、信號(hào)記錄、信號(hào)存儲(chǔ)與顯示等功能，系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成。其中下位機(jī)以C8051F020單片機(jī)為核心，主要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的調(diào)理、采集、預(yù)處理、串口傳輸?shù)裙δ?。上位機(jī)中以軟件系統(tǒng)為主，實(shí)現(xiàn)串口通信、多路信號(hào)顯示與控制、信號(hào)存儲(chǔ)與打印等功能，總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

在下位機(jī)中設(shè)置了調(diào)理電路，結(jié)合測(cè)試信號(hào)分析中信號(hào)的分檔，將每檔信號(hào)的電壓進(jìn)行放大或衰減，滿足C8051F020單片機(jī)A/D輸入范圍。系統(tǒng)設(shè)計(jì)6路A/D采集通路，所采集的信號(hào)存儲(chǔ)在單片機(jī)的寄存器中，以文本的形式通過串口傳遞給上位機(jī)。上位機(jī)采用C#進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)6路信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示、記錄存儲(chǔ)、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。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件組成是以C8051F020單片機(jī)為核心的硬件平臺(tái)，包括信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)采集電路、A/D模塊、串口通信模塊、電源模塊等，實(shí)現(xiàn)6路模擬信號(hào)的采集、串口通信等功能。模擬信號(hào)的采集通過C8051F020單片機(jī)內(nèi)部的8位A/D模塊實(shí)現(xiàn)，其采樣的最大速率為500 kS/s[1]。下位機(jī)硬件設(shè)備與上位機(jī)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(hào)。

2.1 A/D模塊

C8051F020有一個(gè)片內(nèi)8位SAR ADC，帶有一個(gè)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(zhǔn)可以在模擬電源電壓和一個(gè)外部VREF引腳之間選擇[1]。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使用該A/D模塊的7個(gè)輸入引腳，其中AIN1.0～AIN1.5作為系統(tǒng)6路測(cè)試信號(hào)正極，AIN1.7作為6路測(cè)試的負(fù)極。A/D模塊原理圖如圖3所示。

2.2 串口通信模塊

為了使下位機(jī)與上位機(jī)間的通信接口匹配，設(shè)計(jì)了CH340T串口轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)了USB接口通信。CH340T是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，可以實(shí)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。

圖4 串口模塊原理圖

2.3 電源模塊

下位機(jī)中硬件電路需用3.3 V和1.8 V供電，設(shè)計(jì)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]。

圖5 電源模塊原理圖

3 軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)中使用C#設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)波形顯示、存儲(chǔ)、打印、控制等功能。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)控件。系統(tǒng)軟件功能如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)軟件功能框圖

系統(tǒng)結(jié)合了serialPort串口控件、timer定時(shí)控件、printDocumentCurve打印控件等設(shè)計(jì)了具有波形顯示、存儲(chǔ)、打印、控制功能的控件，方便后臺(tái)維護(hù)與更新。下面簡介定時(shí)控件和串口控件的實(shí)現(xiàn)。

3.1 定時(shí)控件

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

3.2 串口控件

使用serialPort控件時(shí)需要設(shè)置匹配的波特率以及端口號(hào)，并在主程序中設(shè)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：

4 結(jié)束語

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試信號(hào)的自動(dòng)記錄，并加入了存儲(chǔ)、打印、顯示控制等功能。實(shí)現(xiàn)了C8051F020單片機(jī)采集、串口通信功能；利用C#自行設(shè)計(jì)了專用控件，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)波形的顯示控制、存儲(chǔ)打印等功能。系統(tǒng)經(jīng)過在部隊(duì)的使用表明，滿足了裝備維護(hù)的需求，提高了維護(hù)效率，降低了維護(hù)成本。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了裝備維護(hù)信息化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可延伸到其他型號(hào)的裝備上，具有一定推廣價(jià)值。

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

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

[3]蔡曉雯，楊恢先，李正義，等.基于 C8051F020的外部存儲(chǔ)器擴(kuò)展[J].測(cè)控技術(shù)，2008，27（3）：52-54.

[4]蔣國峰.基于單片機(jī)的航空電臺(tái)通用控制器設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2008，16（2）：181-184.