基于C8051F340的低成本数据采集器设计

     1 引言
　　

        工业现场一般需要数据采集器完成各类数据采集任务。实际应用中要求数据采集器工作可靠,成本低廉，操作简单，便于数据收集和分析,既能与PC机联机工作又能独立采集数据。

        为此，本文以带有片上USB控制器和D／A转换器的高度集成处理器C8051F340为核心器件，采用SD卡技术利用USB总线、虚拟仪器实现软件LabVIEW设计图形用户界面，设计一款低成本数据采集器。该数据采集器可与PC机共同实现数据采集与分析,也可长时间独立工作于工业现场，并将采集数据存放于大容量SD卡，便于数据收集并利用计算机分析。数据采集器的核心器件C8051F340是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有高达48 MI／s速率、流水线结构的8051兼容微控制器内核：全速、非侵入式的在线调试接口；带有8个灵活的端点通道，具有收发器和1 KB FIFO RAM的USB功能控制器；电源稳压器；带有模拟多路器的10位200 KS／s的单端／差分ADC；精确校准的12 MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器；多达64 KB的片内Flash器；4 352字节片内RAM；具有5个捕捉／比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器／定时器阵列；3．3 V工作电压，功耗低且带有片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器；容许5 V输入的多达40个I／O端口。还有与此处理器配套的免费集成开发软件Silicon Labs IDE，以及专为其片上USB控制器开发的USBXpress开发套件,从而使得USB软件开发变得容易。

        2 系统设计方案
　　

        系统设计框图如图1所示，整个系统由PC机和C8051F340数据采集模块组成。PC机部分主要是软件设计，包括LabVIEW软件编写的数据采集图形用户界面和C8051F340单片机片上USB主机API,负责接收、显示和处理由数据采集模块通过USB接口发送的采集数据。而数据采集模块主要由C8051F340处理器、预处理电路和SD卡构成，负责通过C8051F340片上D／A采集经预处理电路的被测信号，再将采集信号存储至SD卡，并经USB总线传输给PC机显示。另外，LabVIEW应用程序和C8051F340应用程序均是采用Silicon Laboratories公司提供的USBXpress开发套件的API和驱动程序来实现对底层USB器件的读写操作。

      3 硬件设计
　　

       系统的硬件设计主要是数据采集模块。由于C8051F340内部集成了高精度时钟源、USB控制器、电压调节器、A／D转换器以及用于A／D转换的参考电压源等丰富的片上外设，因此在对数据采集模块硬件设计时，无需扩展上述电路，使得系统硬件结构简单,集成度高，可靠性好。如图2所示，通过片上USB接口,C8051F340与PC机相连，从PC机USB接口+5 V端提取电源输入至REGIN引脚，内部电压调节器提供+3．3 V电压。SD卡等元件的供电也由PC机USB接口提供，但需经+5 V至+3．3 V的电压转换电路。此外，系统还具有独立的电源模块，应对系统独立运行而现场USB不能供电的情况。C8051F340通过其片上P00～P03引脚与SD卡连接，实现SPI模式通信。需要说明的是：P01与D0和P02与DI的两条连接线应该分别接10 kΩ和100 kΩ的上拉电阻，图2中省略。系统还设计了复位按键，用于程序代码和进行调试的10针调试接口，用于对被测信号限幅和防混叠滤波的预处理。PC机和数据采集模块互连的USB连接线应选用带有双磁环保护的连接线，以保护数据采集模块由于USB经常连接带电拔插或其他干扰而遭受损坏。
　　　　　　　　　　

       4 软件设计
　　

        系统软件主要包括PC机LabVIEW程序和C8051F340处理器程序。

   

[1]   

【责编:Luzi】

--------------------next---------------------