基于C8051F340数据采集系统的设计

1引言

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。


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。