基于PIC18F1320微控制器的信号采集系统

摘要：便携式信号采集在机器健康诊断系统中有较高的应用价值。机器健康诊断的信号特点是包括低频信号。本文研究是为了实现简易而且低成本的低频便携式信号采集。以Microchip公司单片机PIC18F1320为核心设计信号采集电路，实现了信号的采集和保存。系统采用串行电可擦除芯片24LC32A保存数据，经过有线通信，信号数据由串行口通过MAX232芯片输送到微型计算机接收和保存，最后绘制出信号波形。微型计算机程序采用Visual Basic编程。研究成功采样频率为3 kHz的复杂信号，证明该方案符合设计要求。
关键词：信号采集；PIC18F1320；数据通信；微型计算机；微芯；Visual Basic

信号采集设备广泛使用于机器健康诊断系统中用来记录、监视和诊断。机器情况数据经常由非便携式或者带导线的设备收集。对于一些重要的应用，比如危险或者遥远的地点，尤其是在航空上，提供可以方便地携带或者读取的设备是必要的。另外，机器健康诊断尤其是机床振动信号诊断经常处理低频信号，这值得关注。
本文研究一种微控制器为基础的信号采集系统，以满足信号采集的低成本和灵活模式。开发系统的主要硬件包括一台微型计算机、一个以PIC18F1320为基础的微控制器电路板以及串行通讯链接设备。EEPROM 24LC32A被用来进行存储器扩展。微型计算机运行控制程序。一旦用户在微型计算机界面上决定采样输入，信息便通过RS-232端口送往微控制器。微型计算机和微控制器通过特定的协议通信。微型计算机告知微控制器模-数转换的采样间隔、采样次数与采样通道。电路板的设计考虑了开放式结构。该系统采用了24引脚易于插拔的插座来容纳Micro-chip微控制器。微处理器将调制的信号转换成数据直接输送到微型计算机或者存储于EEPROM以便将来读取。不同的命令与反馈代表系统的不同操作。电路板通过串行电缆在采集完信号后连接到微型计算机交互，也可以即时连接和传送。

1 系统硬件设计
系统的主要原理图如图1所示。其中PIC18F1320控制器采用5 V电源供电，支持在线串行编程，最高时钟频率达到40 MHz，通讯波特率可以自动检测。端口A是双向输入／输出复用管脚，ANO等管脚被定义成模拟输入，由用户进行采样通道的选择。总共有13个模／数转换通道且采样时间可以编程。通道输入的被测信号经过电子电路调制成符合微控制器电气要求的信号。调制信号经过转换变成寄存器内的数据，模数转换的参考电压为+5 V。电路板可在微控制器重新编程后方便地插入；同时，电路板可通过跳线设置与终端用户进行电缆连接。由于微控制器与串行电路的电气特性不同，工业标准级的MAX232芯片被使用以保证正确的数据传输(见图2)。该芯片和PIC18F1320一样适用于低功耗场合。MAX232上连接的电容采用的是电解电容，电容值为1 μF。MAX232的11脚或者10脚接微控制器的USART输出端，12脚或者9脚接微控制器的USART输入端。微控制器的存储器扩展使用了32 k的I2C串行EEPROM(见图3)，数据可以保持200年。EEPROM的地址线A0、A1、A2被接地。串行数据线SDA和串行时钟线SCL被分别连接到微控制器的B端口相应管脚。写保护WP接+5 V。