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新疆电信与新疆友好联手开展《朗读的力量》公

? 2018-09-20 17:21 ? 次阅读

1引言

美股破位,中美贸易战开打,危险信号一个接着一个来临。

电子设备运行状态的稳定性直接影响到现代企业的生产, 设备发生故障后高昂的维修费以及设备停机后给企业生产带来的损失, 使得各个企业纷纷采取措施, 降低设备的故障率。通过数据采集系统准确的获取设备运行特征数据, 并对数据进行分析,判断设备的运行状态是否良好, 达到提前预防故障出现、减少停机检修的目的。实际应用中对数据采集系统的可靠性, 准确性和便携性要求很高。目前常用的数据传输网络(如RS232 /RS485, CAN 等)已经不能满足大量采集数据和高速实时数据传输的要求。而USB传输具有高速可靠传输的优势, 具有成本低、可靠性高、维护方便等优点。本文以带有片上USB 和高速AD转换器的C8051F340为核心控制器件, 利用USB总线高速传输的特性, 设计了一款高速度低成本的数据采集系统, 采集信号包括该设备输出气体的温度、压力和流量等14个参数, 适用于特定设备运行状态的数据采集工作。

2系统设计

系统设计图如图1所示, 系统主要由C8051F340数据采集模块与上位PC机构成。需要监控的数据通过系统前端的传感器转换后送入预处理电路, 从预处理电路输出的数据通过I/O端口送入AD转换端口,经过AD转换将数据保存到C8051F340单片机, 最后通过USB把数据送入上位PC机保存处理。

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

图1 系统设计框图

3 硬件设计

在整个硬件设计中C8051F340 单片机是系统重要的组成部分。C8051F340单片机是S ilicon Laboratories公司推出的完全集成的混合信号片上系统型MCU。具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核( 可达48M IPS ); 通用串行总线(USB )功能控制器, 有8 个灵活的端点管道, 集成收发器和1K FIFO RAM; 真正10位200ksps的单端/差分ADC, 带模拟多路器; 片内电压基准和温度传感器; 精确校准的12MH z内部振荡器和4 倍时钟乘法器; 多达64KB 的片内FLASH 存储器; 多达4352字节片内RAM ( 256+ 4KB ); 多达40个端口I/O (容许5V 输入)采集系统的电路设计。

由于C8051F340本身集成众多硬件电路的特性, 硬件接口设计变得非常简单, 不需要再添加额外的电子元器件就能实现USB 的数据传输和AD转换等, 使得系统的硬件结构简单, 集成度高, 可靠性好。如图2所示, 单片机通过片上USB 接口与上位PC 机连接进行数据的传输。C8051F340上的P2. 0~ P2. 6引脚作为数据采集的输入端口, 接受来自预处理电路输送过来的数据, 最后通过单片机的模拟多路选择器( AMUX) 最终决定进入AD 转换的通道。

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

图2 数据采集硬件原理图。

4 软件设计

系统的软件部分包括单片机固件和上位PC 机客户端程序。单片机固件主要负责单片机初始化及与上位机的通信准备, 而客户端程序则负责对固件中相应控制的调用, 实现数据的传输控制、数据保存以及故障的预警。

4. 1 单片机固件( firmw are)

单片机固件采用K eil uV ision3软件进行编写,由主程序, AD数据转换, USB通讯三个模块组成。

主程序负责初始化单片机的各个端口和功能模块, 设置相应的IO 端口为数据输入端口, 完成各项初始化后通过vo id USB_API_TEST _ISR ( void)函数进入USB中断服务, 在中断服务中通过调用Get_Interrupt_Source( )函数获得USB 中断源。然后根据不同的入口情况, 来进行相应的处理。比如收到初始化命令时, 复位单片机内的各个状态参数。

AD数据转换模块主要负责AD转换时的转换时间间隔、采样精度的设置。C8051F340单片机的AD转换启动有6 种触发方式, 由ADC0CN 中的ADC0转换启动方式位( AD0CM2..0)的状态决定采用哪一种方式。本系统则是是通过单片机中的定时器2的每次计时溢出来触发AD 转换。为确保每次定时器触发AD 转换时上一次数据转换完全结束, 因此定时器2溢出后到下一次计时溢出的时间间隔( Tcon t)必须要大于AD 转换时间, 才能保证每次AD转换的完整进行。AD 转换时间由建立转换时间( Tsettle)和采样时间( Tsample)构成。图3所示为在差分方式下等效的AD 转换的输入电路。对于一个给定的建立精度( SA ) 的系统中, 所需要的ADC 建立时间( Tsettle)可以用方程1来确定。而采样时间( Tsamp le)通过查询技术手册得知需要10个SAR 时钟。Tcon t则必须要满足式( 2)和式( 3), 才能满足设计要求。

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

图3 AD 转换等效输入电路。

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

其中: SA 是建立精度, 用一个LSB 的分数表示(例如, 建立精度0. 25对应1 /4LSB ); t为所需要的建立时间( Tsettle), 以秒为单位; n为ADC 的分辨率,用比特表示。Rtota l为AMUX 电阻与外部信号源电阻之和; C samp le为ADC采样电容:

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

其中: K 为定时器2溢出后重载的计数数值; clk 为系统时钟频率。

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

USB通讯模块则设置单片机与主机的数据传输模式。根据USB 通信协议要求, 设置相应寄存器来配置USB中端点0与端点2跟上位主机进行数据通信, 其中端点0负责与主机的控制命令接收与响应, 端点2 负责将采集的数据传输到上位主机, 同时配置端点2在U SB0的FIFO 分配中256字节使用空间全部为数据输出。由于C8051F340 整合的是10位ADC控制器, 采集到的数据填充为16位数据, 以先低8 位, 后高8位将数据保存到系统的RAM 中, 而一次AD 转换能得到2个字节的数据, 因此为了每次数据上传时充分利用端点2的使用空间, 在ADC中断响应函数中添加一个变量i来检测进行转换的次数, 在进行完128次AD转换后通过调用B lock_W rite( )函数向主机发送数据。部分代码如下:

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

4. 2 上位PC 机客户端程序

上位PC 机客户端程序包括USB 驱动程序和用户应用程序两个部分。

USB驱动程序是一个软件组件, 封装了应用程序存取硬件设备的功能函数。有些设备具有相同的属性, 把它们归为一组标准类别, 可以定义设备类规范作为该类设备的主机驱动框架。设备类驱动程序使用相似的函数, 处理不同设备间的通信,这样使设备类驱动程序的开发可以脱离设备制造商。本系统的驱动程序使用了Silicon Laboratories公司提供的USB Xpress开发包, 在V isua l C ++ 6. 0环境下开发, 封装成动态链接库DLL 的形式供用户应用程序调用。

用户应用程序采用C + + 编写, 由客户交互界面, USB数据通信, 数据保存显示, 设备故障预警四个模块组成。在USB 数据通信模块设计中, 使用S ilicon Laboratories公司提供的S I_GetN umDevices,S I_GetProductString ( ), SI_Open( ), SI_C lose( ) , SI_Read( ) , SI_W rite( ) 等API函数, 屏蔽了对底层硬件操作中USB 复杂的通信协议, 简化了USB 通信开发, 使得开发USB 通信的程序变得更容易 。

程序流程图如图4所示。

以C8051F340单片机为核心的USB数据采集系统设计

图4 客户端应用程序流程图。

诱发设备出现故障的原因很多, 为保证设备正常运行需要检测多方面的数据, 本系统主要是检测设备的温度和压力等的数据, 检测获得的数据一旦超过某个界限, 表示设备可能出现故障。因此为了保证设备长时间的稳定工作, 需要对获取的实时数据与事先设好的临界值进行对比, 一旦超过临界值, 系统则发出警报提醒工作人员对设备进行故障排查, 起到了故障预警的效果。

5 结语

基于USB 数据采集系统可供选择的方案很多, 而本设计从便携式和高速传输考虑, 编写了固件和客户端数据传输协议, 使得该数据采集系统方便携带, 数据传输高速准确, 具有良好的人机交互界面, 并能对一定的设备故障进行预警提醒, 有较大的使用价值。而且单片机端口资源还没有用完,还有开发和扩展的空间。

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浅谈遥控模块的使用说明 电动窗遥控模块功能详解

在单片机中,C语言的数据存储与程序编写需要哪些基...

一、五大内存分区 内存分成5个区,它们分别是堆、栈、自由存储区、全局/静态存储区和常量存储区。

发表于 2018-09-20 19:41 ? 512次阅读
在单片机中,C语言的数据存储与程序编写需要哪些基...

一文教你制作AT单片机的串口ISP下载线

先说一下两种单片机下载程序是要用到的引脚:STC的下载引脚为P3.0、P3.1,也就是RXD和TXD...

发表于 2018-09-20 14:30 ? 447次阅读
一文教你制作AT单片机的串口ISP下载线

数据的备份与归档区别是什么?差异为何重要?

数据的备份和归档具有不同的功能,很多人没有认识到两者之间的差异,这可能导致访问问题,甚至法律问题。而...

发表于 2018-09-20 11:25 ? 294次阅读
数据的备份与归档区别是什么?差异为何重要?

您愿意分享汽车连网数据吗?调研显示的详细结果资料...

据数据服务平台公司Otonomo和研调机构Edison Research所进行的一项研究显示,即使在...

发表于 2018-09-20 11:05 ? 209次阅读
您愿意分享汽车连网数据吗?调研显示的详细结果资料...

PLC与单片机有什么不同

PLC是应用单片机构成的比较成熟的控制系统,是已经调试成熟稳定的单片机应用系统的产品。有较强的通用性...

发表于 2018-09-20 14:11 ? 199次阅读
PLC与单片机有什么不同

一文教你用51单片机做蓝牙开关

首先是蓝牙APP, 易安卓编写的,说编写其实我只是修改了其中的一些内容,两张界面和代码截图,非常简单...

发表于 2018-09-20 08:38 ? 974次阅读
一文教你用51单片机做蓝牙开关

一文教你避免单片机熔丝位锁死

初学AVR的人难免会碰到心爱的单片机熔丝位锁死,直接罢工的烦恼。绝大部分情况是我们的工作时钟源设置错...

发表于 2018-09-20 09:46 ? 349次阅读
一文教你避免单片机熔丝位锁死

什么是滑动均值滤波?matlab如何实现滑动平均...

滑动平均滤波就是把连续取得的N个采样值看成一个队列,队列的长度固定为N,每次采样得到一个新数据放到队...

发表于 2018-09-20 09:18 ? 332次阅读
什么是滑动均值滤波?matlab如何实现滑动平均...

一文看懂单片机与PLC程序设计的区别

单片机与PLC编程的区别 单片机与PLC的程序设计有很大的区别,单片机的全部程序都是用户设计的,PL...

发表于 2018-09-20 07:39 ? 456次阅读
一文看懂单片机与PLC程序设计的区别

单片机设计经验总结(干扰抑制元件及抗干扰能力的主...

单片机设计要注意的事项总结 1.降低外时钟频率 外时钟是高频的噪声源,除能引起对本应用系统的干扰之外...

发表于 2018-09-20 07:27 ? 462次阅读
单片机设计经验总结(干扰抑制元件及抗干扰能力的主...

新手学习单片机的首选:51单片机

学什么单片机最有前途? 这是单片机初学者经常问的问题。对于这个问题,我想没有人敢下定论。因为每一种单...

发表于 2018-09-20 07:21 ? 439次阅读
新手学习单片机的首选:51单片机

均值、方差、均方值、均方差计算

标准差(Standard Deviation)用σ表示,有的时候标准差又可以被称为均方根误差RMSE...

发表于 2018-09-20 08:16 ? 404次阅读
均值、方差、均方值、均方差计算

51单片机指令助记符及其相关符号的记忆方法

增量 INC-Incremect减量 DNC-Decrement短转移 SJMP-Short jum...

发表于 2018-09-20 08:03 ? 398次阅读
51单片机指令助记符及其相关符号的记忆方法

跑马灯和流水灯的区别是什么?单片机如何控制LED...

弄清楚跑马灯的显示状态后可以开始进行设计了, 在日常的跑马灯设计电路中LED灯一般接为这两种形式...

发表于 2018-09-20 16:24 ? 471次阅读
跑马灯和流水灯的区别是什么?单片机如何控制LED...

单片机和嵌入式的概念

发表于 2018-09-20 11:21 ? 188次阅读
单片机和嵌入式的概念

基于AT89C51单片机下的引脚说明及引脚图

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单...

发表于 2018-09-20 14:56 ? 656次阅读
基于AT89C51单片机下的引脚说明及引脚图

单片机想入门应该怎么学?请记住以下几点

单片机应用的核心技术是什么?是按键,数码管,流水灯,串口。是它们的程序框架。按键和数码管是输入是...

发表于 2018-09-20 14:34 ? 782次阅读
单片机想入门应该怎么学?请记住以下几点

基于单片机下Watchdog之浅析

单片机的watchdog一般都有两个,一个是独立看门狗IWDG,一个是窗口看门狗WWDG。

发表于 2018-09-20 14:19 ? 429次阅读
基于单片机下Watchdog之浅析

基于单片机读取外部电压ADC阻抗匹配问题之浅析

单片机的基准电压一般为3.3V,如果外部信号超过了AD测量范围,可以采用电阻分压的方法,但是要注意阻...

发表于 2018-09-20 08:34 ? 771次阅读
基于单片机读取外部电压ADC阻抗匹配问题之浅析

一些数据科学家在工作中最常遇到的“奇葩”需求

现在,人们对机器学习、人工智能的偏见是社会性的,这里面包括公司销售。举个不靠谱的例子,当销售们和客户...

发表于 2018-09-20 09:44 ? 457次阅读
一些数据科学家在工作中最常遇到的“奇葩”需求

云计算及其相关技术,以及云计算在军事领域的发展现...

云计算模式的重点是将各类资源作为服务提供给用户,主要包括三种服务模式:基础设施即服务(Infrast...

发表于 2018-09-20 09:04 ? 644次阅读
云计算及其相关技术,以及云计算在军事领域的发展现...

uCOS-II的介绍和uCOS-II在单片机使用...

早在20世纪60年代,就已经有人开始研究和开发嵌入式操作系统。但直到最近,它才在国内被越来越多的提及...

发表于 2018-09-20 15:53 ? 621次阅读
uCOS-II的介绍和uCOS-II在单片机使用...

基于STM32单片机SPWM逆变电源模块的详细资...

本模块可以将4.5V到35V的直流输入电压转换成±4.5V-±35V的交流电压,模块采用STM32F...

发表于 2018-09-20 15:35 ? 824次阅读
基于STM32单片机SPWM逆变电源模块的详细资...

基于51单片机下红外遥控小车程序原理

下面是一款Android手机通过蓝牙模块与单片机通信单片机程序,单片机可以使用以下51单片机:AT8...

发表于 2018-09-20 08:31 ? 1198次阅读
基于51单片机下红外遥控小车程序原理

单片机调试方法浅析

其电路很简单,一个LED通过限流电阻接到VCC电源。I/O设置为输出方式。我们可以用下面的宏来定义L...

发表于 2018-09-20 16:02 ? 551次阅读
单片机调试方法浅析

5月份北美PCB总出货量,与去年同期相比,增长了...

同比增长率和年初至今的增长率,对于探究行业的发展趋势具有指导意义。环比数据因其受周期性和短期性变动因...

发表于 2018-09-20 15:47 ? 517次阅读
5月份北美PCB总出货量,与去年同期相比,增长了...

基于STC单片机发热、复位问题之浅析

最近有个项目,需要一个继电器,接收到低电平就动作,用的STC15W104、使用的市面上的开关电源5V...

发表于 2018-09-20 15:09 ? 387次阅读
基于STC单片机发热、复位问题之浅析

模拟电路、传统数字电路与单片机有什么区别

相比较于模拟电路的误差,数字电路精确度得到很大的提高,单片机本质上也是数字电路,但与我们平常所说的传...

发表于 2018-09-20 14:04 ? 649次阅读
模拟电路、传统数字电路与单片机有什么区别

STM32F103系列单片机最实用看门狗的详细资...

事情很简单先前做的一款采集数据的产品不知道为何异常,陷入死循环然后“死机”,分析了很多次,没发现原因...

发表于 2018-09-20 10:16 ? 521次阅读
STM32F103系列单片机最实用看门狗的详细资...

晶振电路中为什么用22pf或30pf的电容

有些用于工控的项目,建议不要用无源晶振的方法来起振,而是直接接有源晶振。也是主要由于无源晶振需要起振...

发表于 2018-09-20 09:29 ? 1547次阅读
晶振电路中为什么用22pf或30pf的电容

备受程序员们追捧的蚕蛹你了解多少?

众所周知,蚕蛹是东北程序员非常喜欢的一种原始数据,其加工算法有烧烤,盐煮,开边等,其中受烧烤算法在东...

发表于 2018-09-20 14:26 ? 313次阅读
备受程序员们追捧的蚕蛹你了解多少?

七种复位电路的介绍和复位电路几种设计详细概述

复位源是导致单片机内部复位操作的源泉,大致可分为七种:上电复位(POR)﹑人工复位(MRST)﹑电源...

发表于 2018-09-20 18:45 ? 673次阅读
七种复位电路的介绍和复位电路几种设计详细概述

深度学习会是犯罪行为吗?欧洲“史上最严”的数据保...

Sandra Wachter博士也认为,基于人工智能的系统往往是不透明的“黑盒子”,难以仔细检查。随...

发表于 2018-09-20 11:22 ? 575次阅读
深度学习会是犯罪行为吗?欧洲“史上最严”的数据保...
何超凤 创冯小刚作品之最 李庸观 变身上海滩“白莲花 "温暖之痛"牵动人心 第2次开庭延期 众星悼长春盗车案遇难婴儿 酷似顶板子在睡觉 陈伟霆晒与友人合影 曝动作版预告
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