董 洋,，馮 超,，任 琴
（武漢軍械士官學(xué)校,，湖北 武漢 430075）
摘 要： 為實現(xiàn)某型裝備測試信號的自動記錄,，在分析被測信號特性的基礎(chǔ)上，基于單片機設(shè)計了一套信號自動記錄系統(tǒng),。給出了以C8051F020單片機為核心的硬件組成框圖,，分析了部分外圍電路的設(shè)計原理；闡述了系統(tǒng)軟件功能模塊結(jié)構(gòu)和部分功能模塊信號流程圖,。實際應(yīng)用表明：該系統(tǒng)實現(xiàn)了測試信號的自動記錄，能夠滿足該型裝備的維護(hù)需求,，提高了裝備維護(hù)效率,，降低了裝備維護(hù)成本，具有一定的使用價值和推廣價值,。
關(guān)鍵詞： 單片機,；串口通信；信號采集,；信號顯示與控制
0 引言
某型裝備在進(jìn)行技術(shù)維護(hù)時,，測試人員需要通過測試信號的測量數(shù)據(jù)來判斷裝備的性能，從而及時組織實施裝備修復(fù)工作來保障裝備的完好性,。在對測試信號進(jìn)行測量的過程中,，由于測試信號種類繁多，記錄,、計算工作十分繁瑣,，經(jīng)常出現(xiàn)缺項、漏項的情況,；并且測試信號的波形記錄使用的是筆錄儀設(shè)備,，筆錄儀記錄時需要使用特定規(guī)格的熱敏紙，其尺寸要求嚴(yán)格,，采購困難,，成本較高，不符合部隊自動化,、信息化的發(fā)展方向,。綜合以上缺點，提出了利用C8051F020單片機為核心的測試信號自動記錄系統(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
1.1 測試信號分析
測試信號同時從6個航空插座輸出,，總數(shù)超過50路，從測試信號的峰值、頻率,、是否為周期信號等特性分析,，分檔歸類各信號，確定系統(tǒng)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計方案,。
1.2 總體設(shè)計
結(jié)合系統(tǒng)所要實現(xiàn)的信號采集,、信號記錄、信號存儲與顯示等功能,，系統(tǒng)由上位機和下位機兩部分組成,。其中下位機以C8051F020單片機為核心，主要實現(xiàn)信號的調(diào)理,、采集,、預(yù)處理、串口傳輸?shù)裙δ?。上位機中以軟件系統(tǒng)為主,，實現(xiàn)串口通信、多路信號顯示與控制,、信號存儲與打印等功能,，總體設(shè)計框圖如圖1所示。
在下位機中設(shè)置了調(diào)理電路,，結(jié)合測試信號分析中信號的分檔,，將每檔信號的電壓進(jìn)行放大或衰減，滿足C8051F020單片機A/D輸入范圍,。系統(tǒng)設(shè)計6路A/D采集通路,，所采集的信號存儲在單片機的寄存器中，以文本的形式通過串口傳遞給上位機,。上位機采用C#進(jìn)行編程,，實現(xiàn)6路信號的實時顯示、記錄存儲,、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。
2 硬件設(shè)計
硬件組成是以C8051F020單片機為核心的硬件平臺,，包括信號調(diào)理電路,、信號采集電路、A/D模塊,、串口通信模塊,、電源模塊等，實現(xiàn)6路模擬信號的采集,、串口通信等功能,。模擬信號的采集通過C8051F020單片機內(nèi)部的8位A/D模塊實現(xiàn),，其采樣的最大速率為500 kS/s[1]。下位機硬件設(shè)備與上位機的通信是由CH340T芯片完成,，傳送采集的文本數(shù)據(jù)和采集控制信號,。
2.1 A/D模塊
C8051F020有一個片內(nèi)8位SAR ADC，帶有一個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外部VREF引腳之間選擇[1],。系統(tǒng)設(shè)計時使用該A/D模塊的7個輸入引腳，其中AIN1.0~AIN1.5作為系統(tǒng)6路測試信號正極,，AIN1.7作為6路測試的負(fù)極,。A/D模塊原理圖如圖3所示。
2.2 串口通信模塊
為了使下位機與上位機間的通信接口匹配,，設(shè)計了CH340T串口轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)了USB接口通信,。CH340T是一個USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，可以實現(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,。
2.3 電源模塊
下位機中硬件電路需用3.3 V和1.8 V供電,，設(shè)計了兩組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],。
3 軟件設(shè)計
上位機中使用C#設(shè)計軟件系統(tǒng),，實現(xiàn)波形顯示、存儲,、打印,、控制等功能。設(shè)計軟件選用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)計控件。系統(tǒng)軟件功能如圖6所示,。
系統(tǒng)結(jié)合了serialPort串口控件,、timer定時控件、printDocumentCurve打印控件等設(shè)計了具有波形顯示,、存儲,、打印、控制功能的控件,，方便后臺維護(hù)與更新,。下面簡介定時控件和串口控件的實現(xiàn)。
3.1 定時控件
系統(tǒng)利用timer定時控件實現(xiàn)波形的實時顯示,。為了避免timer定時控件在刷新時產(chǎn)生圖形閃爍,，采用了雙緩沖存儲繪制的方法,，其關(guān)鍵代碼如下：
BufferedGraphicsContext currentContext；
//為了消除繪圖閃爍,，重新定義繪制緩沖區(qū)
BufferedGraphics myBuffer,；
currentContext=BufferedGraphicsManager.Current；
myBuffer=currentContext.Allocate（this.CreateGraphics（）,，this.DisplayRectangle）,；
3.2 串口控件
使用serialPort控件時需要設(shè)置匹配的波特率以及端口號，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：
private void serialPort1_DataReceived（object sender，System.IO.Ports.SerialDataReceivedEventArgs e）
{serialPort1.NewLine="\n",；//判斷接收是否開始
string RecData,；//定義接收變量
if（serialPort1.IsOpen== true）//判斷串口狀態(tài)
{
RecData= serialPort1.ReadLine（）；//接收數(shù)據(jù)
RecData.Trim（）,；
}
}
4 結(jié)束語
系統(tǒng)實現(xiàn)了測試信號的自動記錄,，并加入了存儲、打印,、顯示控制等功能,。實現(xiàn)了C8051F020單片機采集、串口通信功能,；利用C#自行設(shè)計了專用控件,，實現(xiàn)了信號波形的顯示控制、存儲打印等功能,。系統(tǒng)經(jīng)過在部隊的使用表明,，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)計體現(xiàn)了裝備維護(hù)信息化、自動化的特點,，系統(tǒng)可擴(kuò)展性強,，可延伸到其他型號的裝備上，具有一定推廣價值,。
參考文獻(xiàn)
[1] 新華龍電子有限公司.C8051F020/1/2/3混合信號ISP FLASH微控制器數(shù)據(jù)手冊Rev 1.4[Z].潘琢金,，譯.2005.
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[3] 蔡曉雯,，楊恢先,，李正義,，等.基于C8051F020的外部存儲器擴(kuò)展[J].測控技術(shù)，2008,，27（3）：52-54.
[4] 蔣國峰.基于單片機的航空電臺通用控制器設(shè)計[J].計算機測量與控制,，2008，16（2）：181-184.